RU2777723C1 - Winding head system for electric rotating machine - Google Patents
Winding head system for electric rotating machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777723C1 RU2777723C1 RU2021131066A RU2021131066A RU2777723C1 RU 2777723 C1 RU2777723 C1 RU 2777723C1 RU 2021131066 A RU2021131066 A RU 2021131066A RU 2021131066 A RU2021131066 A RU 2021131066A RU 2777723 C1 RU2777723 C1 RU 2777723C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wires
- insulating coating
- electrically insulating
- winding
- thermal spraying
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 23
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims description 21
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N BeO Chemical compound O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium(0) Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение касается системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины.The invention relates to a head winding system for an electrical rotating machine.
Изобретение касается также статора для электрической вращающейся машины, который имеет проводящий магнитное поле статорный элемент и по меньшей мере одну такую систему лобовой части обмотки.The invention also relates to a stator for an electrical rotating machine which has a magnetically conductive stator element and at least one such end winding system.
Изобретение касается, кроме того, электрической вращающейся машины, имеющей по меньшей мере один такой статор.The invention also relates to an electrical rotating machine having at least one such stator.
Помимо этого, изобретение касается способа изготовления системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины.In addition, the invention relates to a method for manufacturing a head winding system for an electric rotating machine.
Обычно статорные обмотки такой электрической вращающейся машины, которая может эксплуатироваться с мощностью по меньшей мере в один мегаватт, выполняются в виде шаблонных катушек. Шаблонные катушки изготавливаются, например, посредством растягивания, литья или порошковой металлургии. На концах шаблонных катушек находится лобовая часть обмотки, которая возникает путем сгибания и отгибания проводов шаблонных катушек. Эта лобовая часть обмотки нуждается в значительном осевом конструктивном пространстве. Из-за дополнительной неактивной длины проводов лобовой части обмотки возникают омические потери, которые снижают коэффициент полезного действия электрической вращающейся машины. Помимо этого, лобовые части обмотки требуется охлаждать. Для охлаждения нужно дополнительное конструктивное пространство.Typically, the stator windings of such an electrical rotating machine, which can be operated with a power of at least one megawatt, are made in the form of template coils. Template coils are produced, for example, by stretching, casting or powder metallurgy. At the ends of the template coils is the frontal part of the winding, which occurs by bending and bending the wires of the template coils. This end winding needs a significant axial structural space. Due to the additional inactive length of the winding end wires, ohmic losses occur which reduce the efficiency of the electrical rotating machine. In addition, the frontal parts of the winding need to be cooled. Additional structural space is required for cooling.
В частности, у быстроходных машин с малым числом полюсов увеличенное из-за лобовых частей обмотки расстояние между подшипниками негативно сказывается на динамике ротора. Далее, из-за больших длин проводов требуются дополнительные трудоемкие меры по повышению жесткости, чтобы предотвращать недопустимые колебания и деформации при эксплуатации. Помимо этого, повышаются общая длина и вес электрической вращающейся машины. В частности, при модульной конструкции больших машин, при которой несколько отдельных машин в осевом направлении образуют одну общую машину, из-за лобовых частей обмотки возникают значительные электрически не используемые длины.In particular, in high-speed machines with a small number of poles, the increased distance between the bearings due to the end parts of the winding has a negative effect on the dynamics of the rotor. Further, due to the large lengths of the wires, additional labor-intensive stiffening measures are required in order to prevent unacceptable vibrations and deformations during operation. In addition, the overall length and weight of the electric rotary machine is increased. In particular, with the modular design of large machines, in which several individual machines in the axial direction form one common machine, significant electrically unusable lengths arise due to the winding ends.
Лобовые части обмотки шаблонных катушек изготавливаются полуавтоматически при высоких издержках, например, когда медные провода сгибаются так, чтобы они могли с посадкой размещаться в пазах. Последующее соединение каждого из медных проводов, изоляция мест соединения и придание медным проводам жесткости друг относительно друга осуществляется вручную при высоких издержках. Принципиально только при высоких издержках, например, с применением различных длин проводов, которые соединяются пайкой, можно реализовывать различные геометрии проводов в пазах и в лобовых частях обмотки.The winding ends of templated coils are produced semi-automatically at high cost, for example when copper wires are bent so that they can fit into the slots. The subsequent connection of each of the copper wires, the isolation of the connection points and the stiffening of the copper wires relative to each other is carried out manually at high costs. In principle, only at high costs, for example, by using different lengths of wires that are connected by soldering, it is possible to realize different wire geometries in the grooves and in the ends of the winding.
У зубцовых катушечных обмоток, в частности, в варианте осуществления из плоского провода, расстояние между соседними пазами может быть лишь настолько малым, насколько это позволяет подлежащий соблюдению радиус гибки изолированного медного провода.With toothed coil windings, in particular in the flat wire embodiment, the distance between adjacent slots can only be as small as the bending radius of the insulated copper wire to be observed allows.
Описание изобретения к патенту DE 10 2009 032 882 B3 описывает способ изготовления шаблонной катушки для многоуровневой обмотки динамоэлектрической машины, а также изготавливаемую посредством упомянутого способа шаблонную катушку. Чтобы упростить изготовление шаблонной катушки, она изготавливается из заготовки катушки, причем эта заготовка катушки имеет две продольные стороны, которые предусмотрены для того, чтобы вкладываться в пазы статора или ротора динамоэлектрической машины. Заготовка катушки имеет две стороны лобовой части обмотки, которые предусмотрены для того, чтобы образовывать по одной лобовой части обмотки шаблонной катушки, причем эти продольные стороны сгибаются под 90° таким образом, чтобы вкладывать продольные стороны в пазы и отгибать от продольных сторон стороны лобовой части обмотки.The description of the invention to the patent DE 10 2009 032 882 B3 describes a method for manufacturing a template coil for a multilevel winding of a dynamo-electric machine, as well as a template coil manufactured using the above method. In order to simplify the manufacture of the template coil, it is made from a coil blank, this coil blank having two longitudinal sides, which are provided in order to fit into slots in the stator or rotor of a dynamo-electric machine. The coil blank has two winding end sides which are provided to form one winding end each of the template coil, these longitudinal sides being bent at 90° in such a way as to insert the longitudinal sides into the grooves and to bend away from the longitudinal sides the sides of the winding end .
Описание изобретения к патенту EP 1 742 330 B1 описывает лобовую часть статорной обмотки для статорной части турбогенератора. Эта лобовая часть статорной обмотки выполнена в виде диска, имеющего средний проем для продевания ротора, причем этот диск имеет изолирующую основную часть, в которую интегрировано электрическое соединение для контактирования статорного провода. Это контактирование создается в виде штекерного соединения и/или с помощью сквозных контактирований.Description of the invention to the patent EP 1 742 330 B1 describes the frontal part of the stator winding for the stator part of the turbogenerator. This frontal part of the stator winding is made in the form of a disk having a middle opening for threading the rotor, and this disk has an insulating body in which the electrical connection for contacting the stator wire is integrated. This contact is created as a plug-in connection and/or via through contacts.
Выложенная заявка EP 3 297 131 A1 описывает статор для электрической вращающейся машины, который имеет пакет листов статора, имеющий катушечные стержни и по меньшей мере одну плату лобовой части статорной обмотки, имеющую изолирующую основную часть. Чтобы уменьшить осевую длину статора, предлагается, чтобы в изолирующую основную часть были интегрированы проводящие дорожки, при этом указанная по меньшей мере одна плата лобовой части статорной обмотки опирается на торцевую сторону пакета листов статора, и при этом проводящие дорожки соединены с катушечными стержнями посредством материала.Laid-Open EP 3 297 131 A1 describes a stator for an electrical rotating machine which has a stator sheet stack having coil bars and at least one stator winding head board having an insulating body. In order to reduce the axial length of the stator, it is proposed that conductive tracks be integrated into the insulating body, wherein said at least one stator winding end plate rests on the end side of the stator sheet stack, and the conductive tracks are connected to the coil bars by means of a material.
В основе изобретения лежит задача, предложить систему лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины, которая может изготавливаться проще и экономичнее по сравнению с уровнем техники.The invention is based on the object of providing a winding end system for an electric rotary machine which can be manufactured in a simpler and more economical manner than the prior art.
Решение задачи получается, например, у системы лобовой части обмотки по п.1 формулы изобретения, у статора по п.13 формулы изобретения, у электрической вращающейся машины по п.15 формулы изобретения или, соответственно, при способе по п.16 формулы изобретения. Возможные варианты осуществления изобретения получаются, например, по пп.2-12, 14, 15 или, соответственно, 17-26 формулы изобретения.The solution to the problem is obtained, for example, with the end winding system according to claim 1, the stator according to claim 13, the electric rotating machine according to claim 15 or, respectively, the method according to
Задача в соответствии с изобретением решается с помощью системы головной части обмотки для электрической вращающейся машины, имеющей по меньшей мере одну основную часть и несколько проводов из первого металлического материала, при этом основная часть включает в себя, то есть имеет, электропроводящий материал, имеющий электроизолирующее покрытие, при этом провода через электроизолирующее покрытие соединены с основной частью, при этом провода нанесены на электроизолирующее покрытие посредством первого аддитивного способа изготовления.The problem according to the invention is solved by means of a winding head system for an electrical rotating machine having at least one body and several wires of a first metallic material, the body comprising, i.e. having, an electrically conductive material having an electrically insulating coating , wherein the wires are connected to the body through the electrically insulating coating, wherein the wires are applied to the electrically insulating coating by means of a first additive manufacturing method.
Помимо этого, задача в соответствии с изобретением решается с помощью статора для электрической вращающейся машины, который имеет проводящий магнитное поле статорный элемент и по меньшей мере одну такую систему лобовой части обмотки.In addition, the problem according to the invention is achieved by using a stator for an electric rotating machine, which has a magnetically conductive stator element and at least one such end winding system.
Далее, задача в соответствии с изобретением решается с помощью электрической вращающейся машины, имеющей по меньшей мере один такой статор.Further, the task according to the invention is solved by means of an electric rotating machine having at least one such stator.
Кроме того, задача в соответствии с изобретением решается с помощью способа изготовления системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины, при этом основная часть изготавливается путем по меньшей мере частичного покрытия электропроводящего материала электроизолирующим покрытием, при этом несколько проводов из первого металлического материала соединяются с основной частью таким образом, что провода наносятся на электроизолирующее покрытие посредством первого аддитивного способа изготовления.In addition, the object according to the invention is solved by a method for manufacturing a winding end system for an electric rotating machine, wherein the body is made by at least partially coating an electrically conductive material with an electrically insulating coating, wherein several wires of a first metallic material are connected to the main body. so that the wires are applied to the electrically insulating coating by means of the first additive manufacturing method.
Приведенные ниже в связи с системой лобовой части обмотки преимущества и предпочтительные варианты осуществления могут переноситься по смыслу на статор, электрическую вращающуюся машину и способ.The advantages and preferred embodiments given below in connection with the end winding system can be transferred in meaning to the stator, the electrical rotating machine and the method.
В основе изобретения лежит, в частности, рассуждение о том, чтобы оптимизировать изготовление системы лобовой части обмотки путем применения аддитивного способа изготовления, при этом провода наносятся на основную часть посредством первого аддитивного способа изготовления. Аддитивными способами изготовления являются, например, трехмерная печать, трафаретная печать или способы термического напыления. Аддитивный способ изготовления делает возможной реализацию сложных и компактных структур. Когда на основную часть наносят электроизолирующее покрытие, например, из керамического материала, то для основной части может применяться электропроводящий материал, например, металл, электропроводящая керамика или электропроводящий пластик. Этот электропроводящий материал имеет при температуре помещения электрическую проводимость по меньшей мере 1,0 МСм/м. Изолирующее покрытие, в отличие от этого, имеет удельное электрическое сопротивление по меньшей мере 1010 Ом∙см. Основная часть из электропроводящего материала, например, из алюминия, оказывается, например, более крепкой при аддитивном нанесении проводов, может легче и/или с более высокой точностью обрабатываться, например, фрезерованием с ЧПУ, и более экономична в механической обработке.The invention is based, in particular, on the consideration of optimizing the manufacture of the end winding system by applying an additive manufacturing method, wherein the wires are deposited on the body by means of a first additive manufacturing method. Additive manufacturing methods are, for example, 3D printing, screen printing or thermal spray processes. The additive manufacturing method makes it possible to realize complex and compact structures. When an electrically insulating coating such as a ceramic material is applied to the body, an electrically conductive material such as metal, electrically conductive ceramic, or electrically conductive plastic may be used for the body. This electrically conductive material has, at room temperature, an electrical conductivity of at least 1.0 MS/m. The insulating coating, in contrast, has an electrical resistivity of at least 1010 ohm.cm. A body of electrically conductive material, such as aluminum, is, for example, stronger with additive wire deposition, can be machined more easily and/or with higher precision, such as by CNC milling, and is more economical in machining.
В одном из вариантов осуществления электроизолирующее покрытие изготовлено путем анодирования второго металлического материала. Под анодированием следует понимать контролируемое окислительное преобразование какого-либо, в частности металлического, материала. Анодирование проводится, например, посредством электролиза в водном растворе. Второй металлический материал представляет собой, например, алюминий или бериллий. Например, второй металлический материал наносится на основную часть и затем анодируется с получением гомогенного и прочного на пробой электроизолирующего слоя оксида металла, например, из оксида алюминия или оксида бериллия. Так провода путем анодирования просто и экономично электроизолирующим образом соединяются с основной частью.In one embodiment, the electrically insulating coating is made by anodizing a second metallic material. Under anodizing should be understood the controlled oxidative transformation of any, in particular metallic, material. Anodizing is carried out, for example, by electrolysis in an aqueous solution. The second metallic material is, for example, aluminum or beryllium. For example, a second metal material is deposited on the body and then anodized to form a homogeneous and breakdown-resistant electrically insulating metal oxide layer, such as alumina or beryllium oxide. Thus, the wires are simply and economically electrically insulated connected to the main part by anodizing.
В другом варианте осуществления основная часть изготовлена из второго металлического материала, а электроизолирующее покрытие основной части изготовлено путем анодирования второго металлического материала. Например, основная часть изготовлена из алюминия, при этом поверхность основной части из алюминия анодируется или, соответственно, анодирована с получением электроизолирующего покрытия из алюминия. Наряду с простым и экономичным изготовлением путем анодирования основная часть, благодаря соединению за посредством материала между вторым металлическим материалом и электроизолирующим покрытием, является механически очень крепкой.In another embodiment, the main body is made of a second metallic material, and the electrically insulating coating of the main body is made by anodizing the second metallic material. For example, the body is made of aluminum, and the surface of the aluminum body is anodized or, respectively, anodized to form an electrically insulating coating of aluminum. In addition to simple and economical production by anodizing, the body is mechanically very strong due to the material connection between the second metal material and the electrically insulating coating.
Другой вариант осуществления предусматривает, что провода напылены на электроизолирующее покрытие посредством первого способа термического напыления, в частности посредством холодного газодинамического напыления. Способами термического напыления являются, например, электродуговое напыление, плазменное напыление, газопламенное напыление или холодное газодинамическое напыление. С помощью способа термического напыления толстые, по сравнению с другими аддитивными способами изготовления, слои, например, в миллиметровом диапазоне и в сантиметровом диапазоне, могут изготавливаться за короткое время и с большой геометрической гибкостью. Таким образом, благодаря способу термического напыления процесс изготовления становится проще и экономичнее.Another embodiment provides that the wires are sprayed onto the electrically insulating coating by means of a first thermal spraying method, in particular by cold gas dynamic spraying. Thermal spraying methods are, for example, arc spraying, plasma spraying, flame spraying or cold gas spraying. With the thermal spray process, thicker, compared to other additive manufacturing methods, layers, for example in the millimeter range and in the centimeter range, can be produced in a short time and with great geometric flexibility. Thus, thanks to the thermal spraying method, the manufacturing process becomes simpler and more economical.
В одном из вариантов осуществления электроизолирующее покрытие имеет по существу постоянную первую толщину в пределах от 150 мкм до 1000 мкм. По существу постоянная толщина имеет отклонение толщины слоя по большей мере ±10%, в частности ±5%. Благодаря такой толщине слоя достигается достаточная изоляция и пробойная прочность.In one embodiment, the electrically insulating coating has a substantially constant first thickness ranging from 150 µm to 1000 µm. The substantially constant thickness has a layer thickness variation of at most ±10%, in particular ±5%. Due to this layer thickness, sufficient insulation and breakdown strength are achieved.
Другой вариант осуществления предусматривает, что провода имеют электроизолирующее покрытие проводов, которое изготовлено путем анодирования. Благодаря анодированию изоляция проводов может наноситься просто и экономично даже у сложных систем проводов.Another embodiment provides that the wires have an electrically insulating coating of the wires, which is made by anodizing. Thanks to anodizing, wire insulation can be applied simply and economically, even with complex wire systems.
В одном из вариантов осуществления на провода аддитивно нанесен третий металлический материал, в частности посредством холодного газодинамического напыления, при этом электроизолирующее покрытие проводов изготовлено путем по меньшей мере частичного анодирования этого третьего металлического материала. Например, провода изготовлены из меди, и на провода наносится алюминий, который анодируется с получением электроизолирующего покрытия проводов из оксида алюминия. Это предпочтительно, так как достигается как оптимальная проводимость проводов, так и оптимальная изоляция и пробойная прочность электроизолирующего покрытия проводов.In one embodiment, the wires are additively coated with a third metallic material, in particular by cold gas spraying, wherein the electrically insulating coating of the wires is made by at least partially anodizing this third metallic material. For example, the wires are made of copper, and the wires are coated with aluminum, which is anodized to form an electrically insulating coating of aluminum oxide wires. This is advantageous because both the optimum conductivity of the wires and the optimum insulation and breakdown strength of the electrically insulating coating of the wires are achieved.
В другом варианте осуществления провода соединены с электроизолирующим покрытием каждый по меньшей мере через один промежуточный слой. Этот промежуточный слой изготовлен, например, из серебра, алюминия, сурьмы, магния, олова, цинка, свинца, тантала или из их смеси и/или по меньшей мере из одного сплава. Благодаря такому промежуточному слою избегают повреждения электроизолирующего покрытия при нанесении на провода.In another embodiment, the wires are connected to the electrically insulating coating each through at least one intermediate layer. This intermediate layer is made of, for example, silver, aluminium, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum or a mixture thereof and/or at least one alloy. Due to such an intermediate layer, damage to the electrically insulating coating is avoided when applied to the wires.
Еще в одном варианте осуществления промежуточный слой нанесен на электроизолирующее покрытие посредством второго аддитивного способа изготовления, причем этот второй аддитивный способ изготовления отличается от первого аддитивного способа изготовления. В то время как металлический материал проводов имеет наибольшую возможную электрическую проводимость, материал промежуточного слоя пригоден для того, чтобы образовывать механически и термически стабильное соединение между электроизолирующим покрытием основной части и соответствующими проводами. В частности, этот второй аддитивный способ изготовления оптимизирован в отношении бережного нанесения промежуточного слоя на электроизолирующее покрытие. Помимо этого, промежуточный слой напыляется аддитивным способом изготовления для реализации непрерывного и единообразного способа изготовления.In yet another embodiment, the intermediate layer is applied to the electrically insulating coating by a second additive manufacturing method, this second additive manufacturing method being different from the first additive manufacturing method. While the metallic material of the wires has the highest possible electrical conductivity, the material of the intermediate layer is suitable to form a mechanically and thermally stable connection between the electrically insulating coating of the body and the respective wires. In particular, this second additive manufacturing method is optimized with respect to the gentle application of the intermediate layer to the electrically insulating coating. In addition, the intermediate layer is sprayed with an additive manufacturing method to realize a continuous and uniform manufacturing method.
Другой вариант осуществления предусматривает, что первый аддитивный способ изготовления представляет собой первый способ термического напыления, при этом второй аддитивный способ изготовления представляет собой второй способ термического напыления, при этом второй способ термического напыления отличается от первого способа термического напыления скоростью и/или размером частиц. Например, при применении мягкого материала, такого как олово, требуется более низкая кинетическая энергия, чтобы твердотельные частицы при попадании образовывали плотный, прочно прилипающий слой. Благодаря этому избегают повреждений электроизолирующего покрытия основной части.Another embodiment provides that the first additive manufacturing method is a first thermal spraying method, wherein the second additive manufacturing method is a second thermal spraying method, wherein the second thermal spraying method differs from the first thermal spraying method in speed and/or particle size. For example, when using a soft material, such as tin, lower kinetic energy is required so that the solid particles form a dense, strongly adhesive layer when hit. This avoids damage to the electrically insulating coating of the body.
Еще в одном варианте осуществления промежуточный слой по меньшей мере частично расположен в пазах основной части, причем эти пазы основной части имеют профилирование, посредством которого создается соединение с геометрическим замыканием. Например, это профилирование выполнено в форме ласточкина хвоста или в T-образной форме. Этим профилированием стабилизируется соединение с геометрическим замыканием. Благодаря расположению в пазах промежуточный слой защищен от внешних влияний.In another embodiment, the intermediate layer is at least partially located in the grooves of the main body, and these grooves of the main body have a profiling, through which a form-fitting connection is created. For example, this profiling is done in a dovetail or T-shape. This profiling stabilizes the form-fitting connection. Due to the location in the grooves, the intermediate layer is protected from external influences.
В одном из вариантов осуществления несколько проводов соединены с основной частью механически, термически стабильно.In one embodiment, several wires are mechanically, thermally stable connected to the main body.
То есть при эксплуатации электрической вращающейся машины механическое соединение является термически стабильным, что означает, что соединение не разъединяется при допустимой эксплуатации электрической вращающейся машины.That is, when the electric rotating machine is operated, the mechanical connection is thermally stable, which means that the connection is not released when the electric rotating machine is operated tolerably.
Это механическое соединение является, в частности, соединением посредством материала, при этом механическое соединение между проводами и основной частью получается, в частности через электроизолирующее покрытие и/или по меньшей мере один промежуточный слой. То есть это механическое соединение обеспечено также опосредованно через электроизолирующее покрытие и/или по меньшей мере один промежуточный слой.This mechanical connection is in particular a material connection, whereby the mechanical connection between the wires and the body is obtained in particular via an electrically insulating coating and/or at least one intermediate layer. That is to say, this mechanical connection is also provided indirectly via the electrically insulating coating and/or at least one intermediate layer.
Далее изобретение описывается и поясняется подробнее на примерах осуществления, изображенных на фигурах.In the following, the invention is described and explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.
Фиг.1: продольное сечение электрической вращающейся машины;1: longitudinal section of an electric rotating machine;
фиг.2: трехмерное изображение системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины;figure 2: three-dimensional image of the system of the front part of the winding for an electric rotating machine;
фиг.3: увеличенное поперечное сечение первого варианта осуществления системы лобовой части обмотки;figure 3: an enlarged cross-section of the first embodiment of the end winding system;
фиг.4: поперечное сечение проводов первого варианта осуществления системы лобовой части обмотки;4: cross-section of the wires of the first embodiment of the end winding system;
фиг.5: поперечное сечение проводов второго варианта осуществления системы лобовой части обмотки;Fig. 5: wire cross-section of the second embodiment of the end winding system;
фиг.6: поперечное сечение проводов третьего варианта осуществления системы лобовой части обмотки;6: wire cross section of the third embodiment of the end winding system;
фиг.7: поперечное сечение проводов четвертого варианта осуществления системы лобовой части обмотки.7: cross-section of the wires of the fourth embodiment of the end winding system.
В поясняемых далее примерах осуществления речь идет о предпочтительных вариантах осуществления изобретения. В этих примерах осуществления описанные компоненты вариантов осуществления представляют собой каждый отдельные, рассматриваемые независимо друг от друга признаки изобретения, каждый из которых также независимо друг от друга совершенствуют изобретение и вместе с тем также должны рассматриваться как составная часть изобретения по отдельности или в комбинации, отличающейся от показанной. Также описанные варианты осуществления могут дополняться и другими из уже описанных признаков изобретения.In the following exemplary embodiments, we are talking about preferred embodiments of the invention. In these exemplary embodiments, the described components of the embodiments are each separate, considered independently of each other features of the invention, each of which also independently improves the invention and at the same time should also be considered as an integral part of the invention individually or in combination, different from shown. Also, the described embodiments can be supplemented by other features of the invention already described.
Одинаковые ссылочные обозначения на разных фигурах имеют одинаковое значение.The same reference designations in different figures have the same meaning.
На фиг.1 показано продольное сечение электрической вращающейся машины 2, которая в качестве примера выполнена в виде синхронной машины. Эта синхронная машина имеет вращающийся вокруг оси 4 вращения ротор 6, который для примера выполнен в виде ротора с выступающими полюсами, и статор 8, окружающий этот ротор 6. Между ротором 6 и статором 8 находится зазор 10, который, в частности, выполнен в виде воздушного зазора. Ось 4 вращения задает осевое направление, радиальное направление и окружное направление. Ротор 6 включает в себя вал 12 и выступающие полюса 14, имеющие обмотку 16 возбуждения. Альтернативно ротор 6 имеет постоянные магниты или короткозамкнутую клетку.Figure 1 shows a longitudinal section of an electric rotating machine 2, which is designed as an example in the form of a synchronous machine. This synchronous machine has a
Статор 8 включает в себя проводящий магнитное поле, в частности подавляющий вихревые токи статорный элемент 18, который, например, выполнен в виде пакета листов, и статорную обмотку 20. Эта статорная обмотка 20 включает в себя катушечные стержни 22, которые изготовлены, например, из меди и в осевом направлении проходят через проводящий магнитное поле статорный элемент 18. Осевые концы катушечных стержней 22 соединены каждый с системой 24 лобовой части обмотки. Подключения статорной обмотки 20, например, к клеммной коробке, в целях обзорности не изображены.The stator 8 includes a magnetic field-conductive, in particular eddy current-suppressing
На фиг.2 показано трехмерное изображение системы 24 лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины 2. Система 24 лобовой части обмотки включает в себя в качестве примера два расположенных в осевом направлении друг за другом уровня E1, E2, имеющих каждый основную часть 26, 28. Система 24 лобовой части обмотки предусмотрена для двухслойной обмотки. Основная часть 26, 28 имеет по существу полую цилиндрическую форму. Каждый уровень укомплектован несколькими проводами 30, причем эти провода 30 соединены с соответствующей основной частью 26, 28. Провода 30 имеют в качестве примера прямоугольное или квадратное поперечное сечение провода и изготовлены из первого металлического материала, например, меди, имеющего проводимость по меньшей мере 50 МСм/м. У проводов 30 расположены металлические соединительные участки 32 для создания соединения проводов 30 с соответствующими катушечными стержнями 22. Помимо этого, провода 30 каждого из уровней E1, E2 соединены посредством электропроводящих соединительных элементов 34. Например, эти соединительные элементы 34 изготовлены из меди. В остальном исполнение системы 24 лобовой части обмотки на фиг.2 соответствует исполнению на фиг.1.Figure 2 shows a three-dimensional view of the
На фиг.3 показано увеличенное поперечное сечение первого варианта осуществления системы 24 лобовой части обмотки. Основные части 26, 28 изготовлены из электропроводящего материала, например, второго металлического материала, такого как алюминий, причем этот электропроводящий материал включает в себя электроизолирующее покрытие 35.Figure 3 shows an enlarged cross-section of the first embodiment of the winding
Провода 30 изготовлены из электропроводящих твердотельных частиц, которые посредством первого способа термического напыления, в частности посредством холодного газодинамического напыления, напыляются на электроизолирующее покрытие 35 каждой основной части 26, 28. Эти электропроводящие твердотельные частицы содержат, например, медь, причем посредством первого способа термического напыления достигается электрическая проводимость по меньшей мере 50 МСм/м. Благодаря изолирующему покрытию 35 провода 30 расположены, будучи изолированы от электропроводящего материала каждой основной части 26, 28, и соединены с ней через изолирующее покрытие 35. В остальном исполнение системы 24 лобовой части обмотки на фиг.3 соответствует исполнению на фиг.2.The
На фиг.4 показано поперечное сечение проводов 30 первого варианта осуществления системы 24 лобовой части обмотки, которые соединены с основной частью 26. Основная часть 26 изготовлена из электропроводящего материала и включает в себя на обращенной к проводам 30 поверхности электроизолирующее покрытие 35, через которое провода 30 соединены с основной частью 26. Благодаря электроизолирующему покрытию 35 предотвращается короткое замыкание проводов 30 на электропроводящий материал основной части 26. Электроизолирующее покрытие 35 имеет по существу постоянную первую толщину d1 в пределах от 150 мкм до 1000 мкм, в частности от 200 мкм до 500 мкм. Например, основная часть 26 изготовлена из второго металлического материала, в частности из алюминия. Электроизолирующее покрытие 35 изготовлено путем анодирования, то есть путем контролируемого окислительного преобразования, второго металлического материала. Анодирование проводится, например, посредством электролиза в водном растворе. При анодировании поверхности алюминия образуется гомогенный и прочный на пробой слой оксида алюминия, через который провода 30 электроизолированным образом соединены с основной частью 26. В остальном исполнение системы 24 лобовой части обмотки на фиг.4 соответствует исполнению на фиг.3.Figure 4 shows a cross-section of the
На фиг.5 показано поперечное сечение проводов 30 второго варианта осуществления системы 24 лобовой части обмотки. Поверхность основной части 26 на фиг.5 по существу полностью анодирована, так что на всей поверхности основной части 26 выполнено гомогенное и прочное на пробой изолирующее покрытие 35. В остальном исполнение системы 24 лобовой части обмотки на фиг.5 соответствует исполнению на фиг.4.Figure 5 shows a cross-section of the
На фиг.6 показано поперечное сечение проводов 30 третьего варианта осуществления системы 24 лобовой части обмотки, при этом провода 30 соединены каждый с основной частью 26 через промежуточный слой 36, причем этот промежуточный слой 36 образует фундамент для проводов и соединен с каждой изолирующей основной частью 26, 28 посредством соединения с геометрическим замыканием. Промежуточный слой 36 расположен соответственно в пазах 38 основной части 26, при этом промежуточный слой 36 заканчивается по существу заподлицо с обращенной к проводам 30 поверхностью основной части 26. Поверхность основной части 26 анодирована также внутри пазов 38, так что на всей поверхности основной части 26 выполнено гомогенное и прочное на пробой изолирующее покрытие 35. Снабженные покрытием пазы 38 имеют профилирование 40, посредством которого создается соединение с геометрическим замыканием с изолирующей основной частью 26. В частности, паз 38 профилирован, сужаясь наружу, чтобы обеспечивать соединение с геометрическим замыканием каждого промежуточного слоя 36 с изолирующей основной частью 26. Например, паз 38 выполнен в виде T-образного паза или в виде паза в форме ласточкина хвоста. Промежуточный слой 36 изготовлен из материала, который отличается от первого металлического материала проводов 30 и от второго металлического материала основной части. Промежуточный слой 36 изготовлен, например, из серебра, алюминия, сурьмы, магния, олова, цинка, свинца, тантала или из их смеси и/или по меньшей мере из одного сплава. Опционально промежуточный слой 36 имеет дополнительные наполнители, такие как, например, какой-либо керамический материал.Figure 6 shows a cross-section of the
Промежуточный слой 36 напыляется на изолирующее покрытие основной части 26 посредством второго способа термического напыления, в частности посредством холодного газодинамического напыления. Чтобы, несмотря на профилирование 40, гомогенно заполнять паз 38, частицы второго способа термического напыления распыляются в каждый паз 38 из различных направлений. Альтернативно промежуточный слой 36 вводится в пазы 38 иным образом, например, путем заливки или гальваническим способом.The
Провода 30 напыляются на промежуточный слой 36 посредством первого способа термического напыления, в частности посредством холодного газодинамического напыления. В частности, при применении частиц из меди, которые напыляются на промежуточный слой 36 посредством холодного газодинамического напыления, промежуточный слой 36 обеспечивает возможность лучшего прилипания и большей плотности частиц, так как частицы могут напыляться на промежуточный слой 36 с большей скоростью, чем на изолирующее покрытие 35 основной части 26. В остальном исполнение системы 24 лобовой части обмотки на фиг.6 соответствует исполнению на фиг.5.The
На фиг.7 показано поперечное сечение проводов 30 четвертого варианта осуществления системы 24 лобовой части обмотки. Провода 30, которые изготовлены из меди, имеют электроизолирующее покрытие 42 проводов, которое имеет вторую толщину d2 в пределах от 150 мкм до 1000 мкм, в частности от 200 мкм до 500 мкм, и изготавливается путем анодирования.Figure 7 shows a cross-section of the
При изготовлении электроизолирующего покрытия 42 проводов на медные провода 30 напыляется третий металлический материал, в частности посредством холодного газодинамического напыления, причем этот третий металлический материал содержит, например, алюминий. Благодаря по меньшей мере частичному анодированию третьего металлического материала, например, контролируемому окислительному преобразованию алюминия в оксид алюминия, образуется гомогенное прочное на пробой изолирующее покрытие 42 проводов. В остальном исполнение системы 24 лобовой части обмотки на фиг.7 соответствует исполнению на фиг.5.In the production of the electrically insulating
Итак, изобретение касается системы 24 лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины. Чтобы предложить систему 24 лобовой части обмотки, которая может изготавливаться проще и экономичнее по сравнению с уровнем техники, предлагается, чтобы система 24 головной части обмотки имела по меньшей мере одну основную часть 26, 28 и несколько проводов 30 из первого металлического материала, при этом основная часть 26, 28 включает в себя электропроводящий материал, имеющий электроизолирующее покрытие 35, при этом провода 30 через электроизолирующее покрытие 35 соединены с основной частью 26, 28, и при этом провода 30 нанесены на электроизолирующее покрытие 35 посредством первого аддитивного способа изготовления.Thus, the invention relates to a
Claims (66)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19167872.1 | 2019-04-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777723C1 true RU2777723C1 (en) | 2022-08-08 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0670508A (en) * | 1992-08-07 | 1994-03-11 | Nippondenso Co Ltd | Electric rotary machine |
| RU2294588C2 (en) * | 2003-02-07 | 2007-02-27 | Кор Инновэйшн, Ллк | Rotational electric machine with axial field |
| WO2018050331A1 (en) * | 2016-09-19 | 2018-03-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator for an electric rotating machine |
| WO2018153745A1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator for a rotating electric machine |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0670508A (en) * | 1992-08-07 | 1994-03-11 | Nippondenso Co Ltd | Electric rotary machine |
| RU2294588C2 (en) * | 2003-02-07 | 2007-02-27 | Кор Инновэйшн, Ллк | Rotational electric machine with axial field |
| WO2018050331A1 (en) * | 2016-09-19 | 2018-03-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator for an electric rotating machine |
| WO2018153745A1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator for a rotating electric machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109690911B (en) | Electric machine | |
| CN109716624B (en) | Stator for rotating electric machine | |
| US11496014B2 (en) | Winding head arrangement for an electric rotating machine | |
| RU2725183C1 (en) | Stator for electric rotating machine | |
| JP7178558B2 (en) | Coil and motor using it | |
| WO2011095945A2 (en) | Stator with radially mounted teeth | |
| WO2014050164A1 (en) | Electric machine | |
| US20190165634A1 (en) | Stator having housing-integrated bus bars and internal cooling jacket | |
| CN112789795B (en) | Method for manufacturing rotor of rotating electrical machine | |
| RU2777723C1 (en) | Winding head system for electric rotating machine | |
| JP7122505B2 (en) | Coil and motor using it | |
| US20180145549A1 (en) | Rotary electric machine and manufacturing method for rotary electric machine | |
| RU2772303C1 (en) | Method for manufacturing an end winding system for an electric rotating machine | |
| JP2010193623A (en) | Squirrel cage rotor for electric motor, electric motor, submersible pump, and method of manufacturing them | |
| US11901783B2 (en) | Method for producing a winding overhang assembly for an electrical rotating machine | |
| JP7386399B2 (en) | Coil installation structure, stator and motor | |
| CN111066223B (en) | Stator for rotating electric machine | |
| WO2019012178A1 (en) | A rotor of an induction machine and a method for assembling a cage winding of the rotor | |
| US20210384788A1 (en) | I-pin stator with planar winding connection | |
| CN117200489A (en) | Electrical machine with prefabricated conductors and end rings and method of manufacturing the same |