DE102010032827A1 - Runner with winding head cap - Google Patents

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Gunnar Schubert
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    • H02K3/51—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only

Abstract

Bei elektrischen Maschinen, deren Läufer bei hohen Drehzahlen betrieben wird, soll eine verbesserte Wickelkopfkühlung erreicht werden. Daher wird ein Läufer (1) mit einer Wickelkopfkappe (4) bereitgestellt, die einen zylinderförmigen Mantel aufweist. Der Mantel ist zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung gebildet und weist einen durch ihn hindurch verlaufenden Kanal (10) auf. Damit kann ein Kühlmittelstrom in radialer Richtung aus der Wickelkopfkappe (4) erreicht werden, sodass die Wickelkopfkühlung optimiert ist.In the case of electrical machines whose rotor is operated at high speeds, an improved end winding cooling is to be achieved. A rotor (1) is therefore provided with a winding head cap (4) which has a cylindrical jacket. The jacket is formed at least partially from a fiber composite material or from a light metal or from a light metal alloy and has a channel (10) running through it. A flow of coolant in the radial direction out of the end winding cap (4) can thus be achieved so that the end winding cooling is optimized.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Läufer für eine elektrische Maschine mit einer Wickelkopfkappe, die einen zylinderförmigen Mantel aufweist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf schnelllaufende elektrische Maschinen, die eine Bemessungsdrehungszahl von 3000 U/min und mehr und/oder eine Bemessungsleistung im Megawattbereich, insbesondere von mindestens 2 MW und vorzugsweise von mindestens 5 MW aufweisen.The present invention relates to a rotor for an electric machine with a winding cap which has a cylindrical jacket. In particular, the present invention relates to high-speed electrical machines having a rated rotation speed of 3000 rpm and more and / or a rated power in the megawatt range, in particular of at least 2 MW and preferably of at least 5 MW.

Läufer von elektrischen Maschinen sind häufig mit Wicklungen ausgestattet, die an der Stirnseite eines Blechpakets bzw. Ballens in einem Wickelkopf miteinander verschaltet sind. Je höher die Beanspruchung der elektrischen Maschine ist, desto mehr erwärmt sich der Wickelkopf. Dies gilt insbesondere auch für elektrische Maschinen mit hoher Drehzahl. Bei hoher Drehzahl werden häufig Läuferwickelkopfkappen insbesondere zur radialen Abstützung der fliehkraftbelasteten Wickelköpfe benötigt. Diese Wickelkopfkappen 4 bestehen in der Regel aus hochfestem Stahl und sind gemäß 1 als geschlossene Strukturen ausgeführt. Dies bedeutet, dass die Wickelkopfkappe 4 im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei ihr Mantel geschlossen ist. An der einen axialen Seite 5 ist die Wickelkopfkappe 4 auf den Ballen 3 der Welle aufgeschrumpft. An der anderen Stirnseite der zylinderförmigen Wickelkopfkappe 4 befindet sich ein einteilig angeformter Ring 6, der einen etwas kleineren Durchmesser als den Außendurchmesser des Wickelkopfs 2 besitzt. Sein Innendurchmesser ist jedoch größer als der axial aus der Wickelkopfkappe 4 ragende Wellenbereich 7. Außerdem ist der Innendurchmesser des Wickelkopfs 2 größer als der Außendurchmesser des Wellenbereichs 7. Daher kann Kühlmedium 8 gemäß den in 1 dargestellten Pfeilen zwischen dem Wellenbereich 7 und der ringförmigen Öffnung 9 der Wickelkopfkappe 4 in den Raum zwischen dem Wellenbereich 7 und dem Wickelkopf 2 strömen.Runners of electrical machines are often equipped with windings, which are interconnected on the front side of a laminated core or bale in a winding head. The higher the stress on the electrical machine, the more the winding head heats up. This is especially true for high-speed electrical machines. At high speed rotor winding head caps are needed in particular for the radial support of the centrifugal force-loaded end windings. These winding head caps 4 are usually made of high strength steel and are according to 1 executed as closed structures. This means that the winding head cap 4 is formed substantially hollow cylindrical, with her coat is closed. On one axial side 5 is the winding head cap 4 on the bale 3 the shaft shrunk. At the other end of the cylindrical winding cap 4 there is a one-piece molded ring 6 , which has a slightly smaller diameter than the outer diameter of the winding head 2 has. Its inner diameter is, however, greater than that of the axial end of the winding head cap 4 protruding wave range 7 , In addition, the inner diameter of the winding head 2 greater than the outer diameter of the waveband 7 , Therefore, cooling medium can 8th according to the in 1 shown arrows between the waveband 7 and the annular opening 9 the winding head cap 4 in the space between the wave area 7 and the winding head 2 stream.

Der Ballen 3 besitzt, sofern die elektrische Maschine für höhere Leistungen ausgelegt ist, häufig radial gerichtete Entlüftungsbohrungen, die in 1 der Übersicht halber nicht eingezeichnet sind. Die Wickelkopfkappe 4 hingegen ist aus Stabilitätsgründen geschlossen ausgebildet. Dies führt im Kappenbereich zu einer unzureichenden Abfuhr der dort entstehenden Verlustwärme. Es entstehen Zonen mit sehr hoher Wicklungstemperatur (so genannte „hot spots”).The bale 3 If the electric machine is designed for higher performance, it often has radially directed vent holes, which in 1 are not shown for clarity. The winding head cap 4 however, is designed to be closed for stability reasons. This leads in the cap area to an insufficient dissipation of the resulting heat loss. This results in zones with very high winding temperature (so-called "hot spots").

Eine hohe Wicklungstemperatur setzt aber die Lebensdauer der Wicklungsisolierung deutlich herab. Als Gegenmaßnahme wird daher meist die Leistung der Maschine begrenzt, oder die Maschine wird thermisch überdimensioniert ausgelegt.However, a high winding temperature significantly reduces the life of the winding insulation. As a countermeasure, therefore, usually the performance of the machine is limited, or the machine is designed thermally oversized.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Leistung einer elektrischen Maschine gegebenenfalls auch im Hinblick auf ihre Rotordynamik (insbesondere das Biegeschwingungsverhalten) erhöhen zu können.The object of the present invention is therefore to be able to increase the power of an electric machine, possibly also with regard to its rotor dynamics (in particular the bending vibration behavior).

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Läufer für eine elektrische Maschine mit einer Wickelkopfkappe, die einen zylinderförmigen Mantel aufweist, wobei der Mantel zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung gebildet ist und einen durch ihn hindurch verlaufenden Kanal aufweist. Unter einem Faserverbundwerkstoff wird hier kein GFK (Glasfaserverbundwerkstoff) verstanden. Hingegen sollen z. B. Kevla oder Aramid sowie Kohlefaserverbundwerkstoffe darunter verstanden werden.According to the invention, this object is achieved by a rotor for an electrical machine having a winding cap which has a cylindrical jacket, wherein the jacket is at least partially formed from a fiber composite material or from a light metal or from a light metal alloy and has a channel extending therethrough. Under a fiber composite material here is not understood GRP (fiberglass composite). On the other hand, z. As Kevla or aramid and carbon fiber composites are understood.

In vorteilhafter Weise lässt sich durch das leichte Mantelmaterial eine verbessertes rotordynamisches Verhalten (Biegeschwingungsverhalten) des Läufers erzielen. Darüber hinaus ist der Mantel der Wickelkopfkappe mit einem oder mehreren hindurchlaufenden Kanälen versehen, sodass Kühlmittel, welches radial (z. B. durch die Wickelköpfe oder zwischen zwei Wicklungen) strömt, durch die Wickelkopfkappe nach außen abgeleitet wird. Dadurch lässt sich der Wickelkopf effizienter kühlen, was wiederum einer Steigerung der Leistung der elektrischen Maschine dienlich ist.Advantageously, can be achieved by the light jacket material improved rotor dynamic behavior (bending vibration behavior) of the rotor. In addition, the jacket of the winding head cap is provided with one or more passing channels, so that coolant, which flows radially (eg, through the winding heads or between two windings), is discharged through the winding head cap to the outside. As a result, the winding head can be cooled more efficiently, which in turn serves to increase the power of the electric machine.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Faserverbundwerkstoff um einen Kohlefaserverbundwerkstoff. Dieser ist nicht nur sehr beanspruchbar, sondern auch elektrisch leitend.Preferably, the fiber composite material is a carbon fiber composite material. This is not only very durable, but also electrically conductive.

An dem zylinderförmigen Mantel kann stirnseitig ein Metallring zur Befestigung der Wickelkopfkappe an dem Läufer angebracht sein. Ein derartiger Stahlring ermöglicht es, dass beispielsweise eine Wickelkopfkappe, die im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, auf den Läufer aufgeschrumpft wird.On the cylindrical shell, a metal ring for attaching the winding head cap can be attached to the end face of the runner. Such a steel ring makes it possible, for example, for a winding head cap, which essentially consists of a fiber composite material, to be shrunk onto the rotor.

In einer speziellen Ausführungsform weist der Läufer eine Welle mit einem Ballen auf, an dem die Wickelkopfkappe befestigt ist. Der Ballen stellt den radial stärksten Bereich einer Läuferwelle dar, in dem beispielsweise Dämpferkeile eingebracht sind.In a special embodiment, the rotor has a shaft with a bale, to which the winding head cap is fastened. The bale represents the radially strongest region of a rotor shaft in which, for example damper wedges are introduced.

Weist der Mantel des Läufers den oben genannten Metallring auf, so kann der Mantel mithilfe des Metallrings an dem oben ebenfalls bereits genannten Ballen der Welle befestigt sein. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dass der Metallring (z. B. Stahlring) auf den Ballen aufgeschrumpft werden kann.If the jacket of the rotor has the abovementioned metal ring, then the jacket can be fastened by means of the metal ring to the bale of the shaft, which is also already mentioned above. In particular, it is advantageous that the metal ring (eg steel ring) can be shrunk onto the bale.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Wickelkopfkappe elektrisch leitend und als elektrischer Dämpferkäfig ausgebildet. Dies ist beispielsweise auch hinsichtlich der Strapazierfähigkeit des Materials der Wickelkopfkappe durch einen Kohlefaserverbundwerkstoff erreichbar. In a further embodiment, the winding head cap is electrically conductive and designed as an electrical damper cage. This is also achievable, for example, in terms of the durability of the material of the winding head cap by a carbon fiber composite material.

Die Wickelkopfkappe kann außerdem eine axial gerichtete Einströmöffnung zum Einströmen eines Kühlmediums in die Wickelkopfkappe und den genannten Kanal zum Ausströmen aufweisen. Dadurch kann ein stetiger Kühlmittelstrom realisiert werden, der in die Wickelkopfkappe axial eintritt und radial austritt.The winding head cap can also have an axially directed inflow opening for the inflow of a cooling medium into the winding head cap and the said channel for outflow. As a result, a continuous flow of coolant can be realized, which enters the winding head cap axially and emerges radially.

Der erfindungsgemäße Läufer kann in eine elektrische Maschine und insbesondere in einen elektrischen Motor oder einen elektrischen Generator integriert werden. Damit können sehr leistungsfähige (auch im Hinblick auf ihre Rotordynamik) Motoren und Generatoren bereitgestellt werden.The rotor according to the invention can be integrated in an electric machine and in particular in an electric motor or an electric generator. This makes it possible to provide very powerful motors and generators (also with regard to their rotor dynamics).

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Querschnitt durch einen Wickelkopfbereich eines Läufers gemäß dem Stand der Technik; 1 a cross section through a winding head region of a rotor according to the prior art;

2 einen Querschnitt durch einen Wickelkopfbereich eines Läufers gemäß der vorliegenden Erfindung; und 2 a cross-section through a winding head region of a rotor according to the present invention; and

3 einen Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Wickelkopfkappe mit Metallring. 3 a cross section through a portion of a winding cap according to the invention with metal ring.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.

In 2 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Läufers im Querschnitt dargestellt. Einige der Komponenten wurden bereits in Zusammenhang mit 1 erläutert. Sie besitzen die gleichen Bezugszeichen wie in 1. Es wird daher ergänzend auf die Beschreibung von 1 verwiesen.In 2 is a part of a rotor according to the invention shown in cross section. Some of the components have already been associated with 1 explained. They have the same reference numbers as in 1 , It is therefore supplementary to the description of 1 directed.

In dem Beispiel von 2 besitzt der Läufer 1 ebenfalls eine Welle mit einem Ballenbereich 3, der im Wesentlichen das Aktivteil des Läufers darstellt. In ihn ist eine Wicklung eingelegt, die an der Stirnseite des Ballens 3 aus diesem herausragt und den Wickelkopf 2 bildet. Im Zentrum der Stirnseite des zylindrischen Ballens 3 setzt sich ein schlankerer, ebenfalls zylindrischer Wellenbereich 7 fort. Dieser verläuft zunächst koaxial mit dem Wickelkopf 2 bezüglich der Rotationsachse 19 des Läufers 1. Der Wellenbereich 7 reicht beispielsweise zu einem in 2 nicht dargestellten Lagersitz, mit dem der Läufer 1 rotatorisch gelagert ist.In the example of 2 owns the runner 1 also a wave with a ball area 3 which essentially represents the active part of the runner. In it a winding is inserted, which at the front side of the bale 3 protrudes from this and the winding head 2 forms. In the center of the front of the cylindrical bale 3 is a slimmer, also cylindrical wave range 7 continued. This initially runs coaxially with the winding head 2 with respect to the axis of rotation 19 of the runner 1 , The wave range 7 For example, it is enough for one in 2 Bearing seat, not shown, with which the runner 1 is mounted rotationally.

Der Wickelkopf 2 ist an seinem Außenumfang von einer rohrförmigen Wickelkopfkappe 4 umgeben, die also einen hohlzylindrischen Mantel besitzt. Auf einer axialen Seite ist die Wickelkopfkappe 4 in einem Abschnitt 5 auf den Ballen 3 aufgesteckt bzw. aufgeschrumpft. Dieser Abschnitt 5 besitzt also im Wesentlichen den Innendurchmesser entsprechend dem Außendurchmesser des Ballens 3. Demgegenüber weist die Wickelkopfkappe 4 insbesondere im Bereich des Wickelkopfs 2 einen etwas kleineren Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Wickelkopfs 2 entspricht. An dem dem Abschnitt 5 gegenüberliegenden Teil der Wickelkopfkappe 4 ist wie in 1 der Ring 6 angebracht, der einteilig mit den anderen Abschnitten der Wickelkopfkappe 4 ausgebildet ist. Sein Innendurchmesser ist etwas größer als der Außendurchmesser des Wellenbereichs 7. Dadurch kann Kühlmittel 8 in axialer Richtung also parallel zur Rotationsachse 19 der Welle in die Wickelkopfkappe 4 durch die ringförmige Öffnung 9 einströmen, um den Wickelkopf 2 zu kühlen.The winding head 2 is at its outer periphery of a tubular winding cap 4 surrounded, which thus has a hollow cylindrical shell. On one axial side is the winding head cap 4 in a section 5 on the bale 3 plugged or shrunk. this section 5 Thus, it essentially has the inner diameter corresponding to the outer diameter of the bale 3 , In contrast, the winding head cap 4 especially in the region of the winding head 2 a slightly smaller inner diameter, the outer diameter of the winding head 2 equivalent. At the the section 5 opposite part of the winding head cap 4 is like in 1 the ring 6 attached, the one-piece with the other sections of the winding cap 4 is trained. Its inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the shaft area 7 , This may cause coolant 8th in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 19 the shaft in the winding head cap 4 through the annular opening 9 flow in to the winding head 2 to cool.

Für die verbesserte Kühlung des Wickelkopfbereichs sind hier radiale Entlüftungsbohrungen 10 (vorzugsweise symmetrisch am Umfang verteilt) in das Kappenrohr bzw. den Wickelkopf 4 eingebracht. Die Entlüftungsbohrungen können im Hinblick auf Anzahl und Geometrie für optimale Kühlung ausgelegt sein. In radialer Verlängerung der Entlüftungsbohrungen 10 der Wickelkopfkappe 4 besitzt der Wickelkopf 2 eine Aussparung 11. Durch die Aussparung 11 und den Entlüftungskanal 10 kann Kühlmittel aus der Wickelkopfkappe 4 gemäß Pfeil 12 radial nach außen dringen. Somit kann ein Kühlmittelstrom erreicht werden, der zunächst axial zwischen dem Wellenbereich 7 und dem Ring 6 der Wickelkopfkappe 4 in diese eindringt und dann radial nach außen gelenkt wird. Durch diesen ungehinderten Kühlmittelstrom lässt sich eine sehr effiziente Kühlung des Wickelkopfs 2 erreichen.For the improved cooling of the winding overhang area, here are radial venting holes 10 (preferably distributed symmetrically around the circumference) in the cap tube or the winding head 4 brought in. The vent holes can be designed in terms of number and geometry for optimal cooling. In radial extension of the ventilation holes 10 the winding head cap 4 owns the winding head 2 a recess 11 , Through the recess 11 and the venting channel 10 can coolant from the winding head cap 4 according to arrow 12 penetrate radially outward. Thus, a coolant flow can be achieved, initially axially between the shaft region 7 and the ring 6 the winding head cap 4 penetrates into this and is then directed radially outward. This unimpeded coolant flow allows a very efficient cooling of the winding head 2 to reach.

Derartige Entlüftungsbohrungen 10 in der Wickelkopfkappe 4 sind bei bislang üblichen Kappenwerkstoffen nicht möglich, da die Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen zur Erreichung der Beanspruchungsgrenze des Kappenwerkstoffs führen. Aus diesem Grunde müssen Wickelkopfkappen bislang in höchstem Maße beanspruchungsoptimiert bzw. möglichst kerbwirkungsunempfindlich und somit frei von z. B. Bohrungen ausgeführt sein. Die Wickelkopfkappen sollten also keine Geometriesprünge aufweisen, an denen die mechanischen Spannungen bei hohen Drehzahlen unter Umständen zu hoch werden. Ein großer Teil der Fliehkraftbelastung wird durch die hohe Masse der bislang aus einem hochfesten Stahl gefertigten Kappe selbst verursacht. Daher ist die Kappe hier aus einem leichteren Material gefertigt, z. B. einem Leichtmetall, einer Leichtmetalllegierung oder einem Faserverbundwerkstoff. Selbst bei einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung ist die Masse deutlich geringer als die einer gleich großen Stahlkappe, sodass die Fliehkraftbelastung entsprechend gering ist. Damit können Entlüftungsbohrungen 10 in die Wickelkopfkappe eingebracht werden, denn es ist eine ausreichende Festigkeitsreserve vorhanden.Such vent holes 10 in the winding head cap 4 are not possible with hitherto conventional cap materials, since the centrifugal forces at high speeds to achieve the stress limit of the cap material. For this reason, winding end caps have been optimized to the highest degree of stress optimization or as possible not impact-insensitive and thus free of z. B. holes can be performed. The winding cap should therefore have no jumps in geometry, where the mechanical stresses at high speeds may be too high. A large part of the centrifugal force load is caused by the high mass of the cap made up to now from a high-strength steel itself. Therefore, the cap is made here of a lighter material, for. As a light metal, a light metal alloy or a fiber composite material. Even with a light metal or a light alloy, the mass is significantly lower than that of a steel cap of the same size, so that the centrifugal force load is correspondingly low. This can vent holes 10 be introduced into the winding head cap, because there is a sufficient strength reserve available.

Von besonderem Vorteil ist, wenn als Kappenmaterial ein hochfester Faserverbundwerkstoff verwendet wird. Dadurch reduziert sich die Kappenmasse bei gleicher Geometrie um etwa 80% gegenüber üblichen Stahlkappen. Zudem weisen insbesondere auf Kohlefasern basierende Verbundwerkstoffe (CFK) bei geeigneter Verarbeitung höhere Festigkeiten in der relevanten Lastrichtung als das bisherige Kappenmaterial auf. Die damit erzielte Festigkeitsreserve erlaubt umso mehr die Einbringung radialer Bohrungen (Entlüftungsbohrungen 10).It is particularly advantageous if a high-strength fiber composite material is used as the cap material. This reduces the cap mass with the same geometry by about 80% compared to conventional steel caps. In addition, carbon fiber-based composite materials (CFRP), when suitably processed, have higher strengths in the relevant load direction than the previous cap material. The strength reserve thus achieved allows all the more the introduction of radial holes (vent holes 10 ).

Die Verwendung von CFK als Wickelkopfkappenwerkstoff hat darüber hinaus den Vorteil, dass dann mit der Wickelkopfkappe ein elektrischer Dämpferkäfig realisiert werden kann, denn das CFK ist elektrisch leitend. Es ist dann jedoch der elektrische Übergang von der Wickelkopfkappe 4 zu dem Ballen 3 zu optimieren. Problematisch dabei ist zudem, dass CFK einen verhältnismäßig geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, sodass die CFK-Wickelkopfkappe 4 nicht auf den Ballen 3 aufgeschrumpft werden kann. Aus diesem Grund kann es fertigungstechnisch von Vorteil sein, die CFK-Wickelkopfkappe 4 stirnseitig mit einem Metallring, insbesondere Stahlring 13 auszustatten, wie dies in 3 dargestellt ist. Der Stahlring 13 ist in einem Teilbereich seiner axialen Länge ausgedreht, sodass sich eine Schulter 14 ergibt, an die der Stahlring 13 z. B. anschlägt, wenn er axial auf den Ballen 3 aufgesteckt wird. Der Stahlring 13 kann nun auf den Ballen 3 des Läufers 1 aufgeschrumpft werden.The use of CFRP as a winding cap material has the additional advantage that then with the winding cap an electric damper cage can be realized because the CFRP is electrically conductive. However, it is then the electrical transition from the winding cap 4 to the bale 3 to optimize. Another problem is that CFRP has a relatively low coefficient of thermal expansion, so that the CFRP end cap 4 not on the bale 3 can be shrunk. For this reason, it may be advantageous in terms of production, the CFK winding head cap 4 frontally with a metal ring, in particular steel ring 13 to equip, as in 3 is shown. The steel ring 13 is twisted in a portion of its axial length, leaving a shoulder 14 results to which the steel ring 13 z. B. strikes when he is axially on the bale 3 is plugged. The steel ring 13 can now on the bale 3 of the runner 1 shrunk.

An einer Stirnseite des Stahlrings 13 ist die Wickelkopfkappe 4 aus dem Verbundfaserwerkstoff oder dem Leichtmetall oder der Leichtmetalllegierung befestigt. Dafür sind entsprechende Befestigungsmittel 15 vorgesehen.At one end of the steel ring 13 is the winding head cap 4 from the composite fiber material or the light metal or the light metal alloy attached. For this are appropriate fasteners 15 intended.

Die radiale Stärke der Wickelkopfkappe 4 entspricht hier der radialen Stärke des Stahlrings 13. Außerdem ist die Wickelkopfkappe 4 hier in axialer Richtung mit mehreren Entlüftungsbohrungen 10 versehen. Weitere Entlüftungsbohrungen 10 befinden sich vorzugsweise symmetrisch gleich verteilt am Umfang der Wickelkopfkappe 4.The radial strength of the end cap 4 corresponds here to the radial strength of the steel ring 13 , In addition, the winding head cap 4 here in the axial direction with several vent holes 10 Mistake. Further ventilation holes 10 are preferably symmetrically distributed equal to the circumference of the winding head cap 4 ,

Ein erfindungsgemäßer Läufer mit einer Wickelkopfkappe, deren Mantel zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung gebildet ist und einen oder mehrere durch ihn hindurch verlaufende Kanäle besitzt, hat den Vorteil, dass eine verbesserte Wickelkopfkühlung erreicht werden kann. Außerdem wird dadurch die Wicklungs- und somit die Maschinenlebensdauer bei gleicher Leistung erhöht. Ferner lässt sich eine bessere Ausnutzung der Maschinenleistung erzielen. Zudem ergibt sich eine deutliche Reduktion der Läufergesamtmasse (beispielsweise um 10%), was zu verbesserten dynamischen insbesondere rotordynamischen Eigenschaften des Läufers führt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil von CFK-Kappen ist, dass sie geringere Kosten gegenüber üblichen hochfesten Stahlkappen verursachen.A rotor according to the invention with a winding head cap, the jacket of which is formed at least partially from a fiber composite material or from a light metal or a light metal alloy and has one or more channels extending therethrough, has the advantage that an improved winding head cooling can be achieved. In addition, this increases the winding and thus the machine life for the same power. Furthermore, a better utilization of the engine power can be achieved. In addition, there is a significant reduction in the total weight of the rotor (for example, by 10%), which leads to improved dynamic particular rotor dynamic properties of the rotor. Another key benefit of carbon fiber caps is that they cost less than standard high strength steel caps.

Claims (10)

Läufer (1) für eine elektrische Maschine mit – einer Wickelkopfkappe (4), die einen zylinderförmigen Mantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Mantel zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung gebildet ist und – einen durch ihn hindurch verlaufenden Kanal (10) aufweist.Runner ( 1 ) for an electrical machine with - a winding cap ( 4 ), which has a cylindrical jacket, characterized in that - the jacket is at least partially formed from a fiber composite material or from a light metal or from a light metal alloy and - a channel extending therethrough ( 10 ) having. Läufer (1) nach Anspruch 1, wobei der Faserverbundwerkstoff ein Kohlefaserverbundwerkstoff ist.Runner ( 1 ) according to claim 1, wherein the fiber composite material is a carbon fiber composite material. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kanal radial durch den Mantel verläuft.A rotor according to claim 1 or 2, wherein the channel extends radially through the jacket. Läufer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem zylinderförmigen Mantel stirnseitig ein Metallring (13) zur Befestigung der Wickelkopfkappe (4) an dem Läufer (1) angebracht ist.Runner ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein on the cylindrical shell frontally a metal ring ( 13 ) for attaching the end cap ( 4 ) on the runner ( 1 ) is attached. Läufer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Welle mit einem Ballen (3) aufweist, an dem die Wickelkopfkappe (4) befestigt ist.Runner ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising a shaft with a bale ( 3 ), on which the winding head cap ( 4 ) is attached. Läufer (1) nach Anspruch 5, dessen Mantel den Stahlring (13) nach Anspruch 3 aufweist, wobei der Mantel mithilfe des Metallrings (13) an dem Ballen (3) befestigt ist.Runner ( 1 ) according to claim 5, whose jacket is the steel ring ( 13 ) according to claim 3, wherein the jacket by means of the metal ring ( 13 ) on the bale ( 3 ) is attached. Läufer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wickelkopfkappe (4) elektrisch leitend ist und als elektrischer Dämpferkäfig ausgebildet ist.Runner ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the winding head cap ( 4 ) is electrically conductive and is designed as an electrical damper cage. Läufer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wickelkopfkappe (4) eine axial gerichtete Einströmöffnung zum Einströmen eines Kühlmediums (8) in die Wickelkopfkappe (4) und den Kanal (10) zum Ausströmen aufweist.Runner ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the winding head cap ( 4 ) an axially directed inflow opening for the inflow of a cooling medium ( 8th ) in the winding head cap ( 4 ) and the channel ( 10 ) for outflow. Elektrische Maschine, wobei die Maschine einen um eine Rotationsachse (9) der Maschine rotierbar angeordneten Läufer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Electric machine, the machine being rotated about an axis of rotation ( 9 ) of the machine rotatably arranged runners ( 1 ) according to one of the preceding claims. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, die als elektrischer Motor oder elektrischer Generator ausgebildet ist.Electric machine according to claim 9, which is designed as an electric motor or electric generator.
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