WO2002011268A1 - Windings for electrical machines with conductors consisting of litz wires - Google Patents

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WO2002011268A1
WO2002011268A1 PCT/IB2000/001154 IB0001154W WO0211268A1 WO 2002011268 A1 WO2002011268 A1 WO 2002011268A1 IB 0001154 W IB0001154 W IB 0001154W WO 0211268 A1 WO0211268 A1 WO 0211268A1
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coils
coil
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windings
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PCT/IB2000/001154
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Heinz Brandes
Wolfgang Golbig
Thomas Hillmer
Holger Klotsche
Germar Müller
Thomas Partzsch
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Von Roll Isola Winding Systems Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors

Definitions

  • Windings for electrical machines with conductors made of stranded wire Windings for electrical machines with conductors made of stranded wire.
  • This invention relates to the field of “electrical machines” with the sub-term “windings of electrical machines”.
  • the field of application of the invention is electrical engineering, specifically the production of windings for electrical machines with open slots and rated voltages from 0.2 kV to 15.75 kV and frequencies up to 100 Hz.
  • the winding is the heart of the electrical machine. This winding is available in two basic designs: a) Round wire windings b) Rectangular wire windings
  • windings of such electrical machines are today made from shaped coils with rectangular wires (also called flat wires). Detailed statements on this can be found among others at SEQUENZ, H.: Manufacture of windings for electrical machines, Vienna, Springer-Verlag 1973 from page 107.
  • Form coil windings with flat wires are associated with a high technological effort in their manufacture and are very labor-intensive.
  • the production of the known form coil winding is carried out as follows: a) winding the output spool, the so-called fish spool b) bandaging the fish spool with an auxiliary bandage for spreading c) spreading the fish spool in the spreader to form the spool d) removing the auxiliary bandage e) pre-consolidating the spool slot in a warm coil press f) applying the main insulation by hand or machine g) inserting the insulated coil into the grooves of the laminated core h) switching and stabilizing the winding i) impregnating the winding with impregnating agent and curing it The insulation becomes mechanical when producing molded coil windings highly stressed, with risk of destruction.
  • the invention is based on the task today electrical machines with rated voltages from 0.2 kV to 15.75 kV with open slots to replace conventional form coils with a coil that is easier to manufacture.
  • a stranded wire is a multitude of (possibly fine) copper wires that are stranded and pressed together.
  • the wires themselves are usually not insulated, but the stranded wire, which has a square or rectangular cross section, is provided with an outer insulation.
  • Edgewise and "flat edged” coils consist of strand of rectangular cross-section, whereby in the case of an edgewise coil the windings of strand are bent over the narrower side of the rectangular cross-section, in the case of a flat wound coil they are bent over the wider side ,
  • Coils according to the invention can be of various shapes and widths.
  • the "shape" of a coil is the shape of a cross-sectional area through this coil that is perpendicular to the coil axis.
  • the term "coil axis" itself is known in the art.
  • Examples of coil shapes according to the invention are: a) an essentially rectangular shape, optionally with rounded corners; Coils of this shape are referred to below as “rectangular coils”. The width of such a coil is the distance between these sides measured perpendicular to the two longer sides of the rectangle. b) A shape derived from a rectangle with the shorter sides replaced by semicircular arcs; Coils of this shape are referred to below as "slot-shaped coils". The width of such a coil is the distance between these sides measured perpendicular to the two remaining straight sides.
  • high voltage means a voltage range from 1 kV to 30 kV.
  • a high-voltage range for which the windings according to the invention can preferably be used is approximately 1 kV up to about 15.75 kV and particularly preferably from about 3 kV to about 15.75 kV.
  • the area below 1 kV is considered "low voltage”.
  • a “winding” is an assembly of an electrical equipment, e.g. a rotating electrical machine such as a motor or a generator, which is generally composed of several coils. Several coils of the same or different widths can form a coil group.
  • strands for coils and windings of rotating electrical machines in the rated range from 0.2 to 15.75 kV and / or 0 to 100 Hz is not previously known.
  • strands By using strands, a simpler coil geometry is achieved and the mechanical stress on the insulation of the strands is largely reduced. This improves, among other things also the surge voltage resistance.
  • the winding is easier to manufacture in terms of production technology. Due to the reduced compared to the form coil winding
  • the number of operations reduces the manufacturing time. Due to the design of the switch connections of the strand winding as a press connection, especially for stranded wires with bare individual conductors, the complex switching e.g. through welded joints.
  • Figure 1 shows in variant a) an elevation of a flat-wound elongated hole-shaped coil and in variant b) an elevation of an upright wound elongated coil. hole-shaped coil. The coil axes are perpendicular to the sheet.
  • Figure 2 shows in variant a) a flat-wound
  • FIG. 3 shows the sectional illustration of possible coil shapes of the coils according to the invention with a) windings arranged flat-edged b) windings arranged upright.
  • Figure 4 shows a sectional view of a stator of a motor or generator, in the grooves of which a coil of the winding according to the invention is inserted, which is wound flat.
  • Figure 5 shows a sectional view of a stator of a motor or generator, in the grooves of which a coil of the winding according to the invention is inserted, which is wound upright.
  • multi-stranded wires with square or rectangular cross sections are used as the conductor material.
  • These strands can consist of bare or painted individual conductors.
  • the strand can be used with insulating tapes, e.g. B. foil mica tapes or glass fabric mica tapes, one or more be layered as winding insulation.
  • the insulation thickness determined by the number of layers and overlap, is determined by the winding voltage of the coil.
  • Conventional insulating materials can be used as the main insulation of the coils in the windings according to the invention. Surface voltages are used here for voltages up to 1 kV. Insulation materials containing mica are used for voltages above 1 kV.
  • Known resins and other known impregnating agents with appropriate impregnating technologies can be used for the impregnation.
  • the insulated stranded wire can be wound into a coil shape according to FIG. 1 or 2.
  • FIG. 1 or 2 Various variants are shown in these figures, further variants being possible in the shape.
  • the coils according to the invention can be produced using generally known technologies for the production of coils.
  • a typical process description for the production of the coils according to the invention would be e.g. the above-mentioned method description for the form coil winding, but steps b), c) d) and e) are not mandatory or even unnecessary for the coil according to the invention.
  • Steps b), c) and d) are preferably omitted and the winding of step a) is carried out with the aid of an appropriate template.
  • the coils are wound on appropriate templates, fixed in order to prevent the layers from slipping, and the switching ends are insulated. The main insulation is then applied. Depending on the size of the rated voltage, the entire coil is manually or mechanically with an insulating tape, z. B. glass fabric mica Band, banded. The banding takes place in one or more layers and depends on the stress and dimensioning.
  • a preferred area of application for the coils according to the invention are windings for rotating electrical machines, in particular stator windings (see FIGS. 4 and 5).
  • the windings according to the invention are arranged analogously to the previously known form coil windings with square wires, the windings according to the invention likewise being able to be inserted or fitted into slots 2, 3 which are stamped into the inside of the stator laminate core 4.
  • FIGS. 4 and 5 show how the position of the coil sides 1001, 1002 (with turns made of strands, here not given the corresponding reference numbers for the sake of clarity) is in the slots.
  • the stator laminated core 4 which is interrupted by a wavy line, is intended to indicate that a coil does not necessarily have to lie in adjacent slots 2, 3.
  • the left spool side 1002 lies as the spool top layer 5 or. as a coil pad 6 in the groove.
  • An intermediate layer 7 can be present between the coil top layer 5 and the coil base 6.
  • the coils can be provided with a main insulation 8; the grooves can be closed with slot wedges 9 after insertion.
  • Windings according to the invention can be designed as one- or two-layer windings.
  • the windings of Figures 4 and 5 are two-layer windings.
  • stator windings with conductors made of stranded wire: a) Template winding for coils of the same width with wire. For this type of stencil winding, bobbins with strands according to bobbin shape a) of FIG. 2 are produced, with further variants being possible in the shape according to the technological circumstances.
  • the stranded conductors are arranged according to scheme a) of FIG. 3, the total number of conductors, the number of conductors next to and on top of one another.
  • the coils produced in this way are insulated, preformed and placed in the slots in the stator core, where they receive their final shape, b) Stencil winding for coils of unequal width in one or two layers with strands and conductors flat in the slot.
  • bobbins with strands according to bobbin shape b) of FIG. 1 are produced, with other variants being possible in the shape according to the technological circumstances, e.g. rectangular shape according to coil shape b) of Figure 2).
  • the stranded conductors are arranged according to scheme b) of FIG. 3, the total number of conductors, the number of conductors next to and on top of one another.
  • the coils produced in this way are insulated and can be inserted in this way into the grooves in the stator core.
  • Strand according to coil shape a) from FIG. 1 or coil shape b) of Figure 2, with other variants are possible in the shape according to the technological circumstances.
  • the stranded conductors are arranged according to scheme a) of FIG. 3, the number of conductors as a whole, the number of conductors next to and on top of one another.
  • the coils thus produced are insulated and can be inserted in this way into the grooves in the stator laminated core.
  • a coil When producing a two-layer winding with coils of unequal width, a coil consists of one or more coil groups. This depends on the number of uses and the number of poles of the machine.
  • the winding heads 1003 are stabilized analogously to the form coil winding, i.e. with the help of cord, tapes, felt and swellable glass mats.
  • the switching connections can be made by pressing using press sleeves.
  • the coils can be provided with a slot part and an end glow protection.
  • All impregnation methods can be used for low-voltage windings according to the invention, which are not produced with porous mica tapes, but instead with groove linings made of surface insulating materials, ie
  • the high-voltage windings according to the invention can also be implemented with resin-rich mica tapes as the main insulation according to the known resin-rich process.
  • a simpler coil geometry is achieved through the use of strands. This improves, among other things also the surge voltage resistance.
  • the winding is easier to manufacture in terms of production technology.
  • the production time is reduced due to the reduced number of operations compared to the form coil winding.
  • the execution of the switch connections of the stranded winding as press connections eliminates the time-consuming switching by means of welded connections.
  • the main insulation of the coils can be produced by hand or by machine using previously known methods.
  • a stator for use in a multi-pole electric motor or generator has been fabricated which is designed with an invented two-layer winding according to the invention was provided with coils of unequal widths.
  • the stator lamination stack itself was made from dynamo sheets, as is common in the art.
  • the coil form a) from FIG. 1 was used.
  • the coils had 12 turns, which were arranged according to arrangement a) of Figure 3.
  • the winding consisted of 12 coil groups, each with 4 coils of different widths, the coil with the largest width lying in the first and tenth slot of each partial winding; the coils with a medium width lay in the second and ninth slots of each partial winding, and the coil with the smallest width lay in the third and eighth slots of each partial winding.

Abstract

Windings whose coils are produced from litz wires simplify production compared to conventional pulled coils with rectangular wires. The inventive windings are suitable i.a. for rotary electrical high-voltage or low-voltage machines.

Description

Wicklungen für elektrische Maschinen mit Leitern aus Litze.Windings for electrical machines with conductors made of stranded wire.
ErfindungsgebietTHE iNVENTION field
Diese Erfindung betrifft das Fachgebiet „Elektrische Ma- schinen" mit dem Unterbegriff „Wicklungen elektrischer Maschinen" . Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Elek- tromaschinenbau, speziell die Herstellung von Wicklungen für elektrische Maschinen mit offenen Nuten und Bemessungsspannungen von 0,2 kV bis 15,75 kV und Frequenzen bis 100 Hz.This invention relates to the field of “electrical machines” with the sub-term “windings of electrical machines”. The field of application of the invention is electrical engineering, specifically the production of windings for electrical machines with open slots and rated voltages from 0.2 kV to 15.75 kV and frequencies up to 100 Hz.
Stand der TechnikState of the art
Für die elektrische Maschine ist die Wicklung das Kern- stück. Diese Wicklung gibt es in zwei Grundausführungsformen: a) Runddrahtwicklungen b) RechteckdrahtwicklungenThe winding is the heart of the electrical machine. This winding is available in two basic designs: a) Round wire windings b) Rectangular wire windings
Jede dieser beiden Wicklungsausführungsformen bedarf einer speziellen Fertigungstechnologie. Extrem groß ist der Fertigungsaufwand für Rechteckdrahtwicklungen. Hier spricht man in der Fachliteratur von einer Formspulenwicklung.Each of these two winding designs requires special manufacturing technology. The manufacturing effort for rectangular wire windings is extremely high. Here one speaks in the specialist literature of a form coil winding.
Die Wicklungen solcher elektrischen Maschinen werden heute aus Formspulen mit Rechteckdrähten (auch Flachdrähte genannt) hergestellt. Ausführliche Aussagen hierzu findet man u.a. bei SEQUENZ, H. : Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen, Wien, Springer-Verlag 1973 ab Seite 107.The windings of such electrical machines are today made from shaped coils with rectangular wires (also called flat wires). Detailed statements on this can be found among others at SEQUENZ, H.: Manufacture of windings for electrical machines, Vienna, Springer-Verlag 1973 from page 107.
In den Festlegungen der IEC Publikation 34-15 zu den heuti- gen Anforderungen an die Stoßspannungsfestigkeit von elektrischen Maschinen im Hochspannungsbereich wird nur auf Formspulenwicklungen mit Flachdrähten bezug genommen. Dabei wird offensichtlich davon ausgegangen, daß ausschließlich diese Art der Wicklung für elektrische Maschinen im Hochspannungsbereich Verwendung findet.In the stipulations of IEC publication 34-15 on today's The requirements for the surge voltage resistance of electrical machines in the high voltage range are only referred to form coil windings with flat wires. It is obviously assumed that only this type of winding is used for electrical machines in the high-voltage range.
Formspulenwicklungen mit Flachdrähten sind in ihrer Herstellung mit einem hohen technologischen Aufwand verbunden und sehr arbeitszeitintensiv.Form coil windings with flat wires are associated with a high technological effort in their manufacture and are very labor-intensive.
Die Herstellung der vorbekannten Formspulenwicklung wird folgendermaßen vorgenommen : a) Wickeln der Ausgangsspule, der sogenannten Fischspule b) Bandagieren der Fischspule mit einer Hilfsbandage für das Spreizen c) Spreizen der Fischspule in der Spreizmaschine zur Formspule d) Entfernen der Hilfsbandage e) Vorverfestigen des Spulennutteiles in einer Warmspulen- presse f) Aufbringen der Hauptisolierung per Hand oder Maschine g) Einlegen der isolierten Spule in die Nuten des Blechpaketes h) Schalten und Stabilisieren der Wicklung i) Imprägnieren der Wicklung mit Tränkmittel und Aushärten desselben Bei der Herstellung von Formspulenwicklungen wird die Isolierung mechanisch hoch beansprucht, wobei Zerstörungsgefahr besteht .The production of the known form coil winding is carried out as follows: a) winding the output spool, the so-called fish spool b) bandaging the fish spool with an auxiliary bandage for spreading c) spreading the fish spool in the spreader to form the spool d) removing the auxiliary bandage e) pre-consolidating the spool slot in a warm coil press f) applying the main insulation by hand or machine g) inserting the insulated coil into the grooves of the laminated core h) switching and stabilizing the winding i) impregnating the winding with impregnating agent and curing it The insulation becomes mechanical when producing molded coil windings highly stressed, with risk of destruction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die heute bei elektrischen Maschinen mit Bemessungsspannungen von 0,2 kV bis 15,75 kV mit offenen Nuten übliche Formspulen durch eine einfacher herzustellende Spule zu ersetzen.The invention is based on the task today electrical machines with rated voltages from 0.2 kV to 15.75 kV with open slots to replace conventional form coils with a coil that is easier to manufacture.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Spule von Anspruch 1 gelöst .According to the invention the object is achieved by the coil of claim 1.
Der Begriff "Litze" hat die in der Technik übliche Bedeu- tung. Bei einer Litze handelt es sich um eine Vielzahl von (unter Umständen feinen) Kupferdrähten, die miteinander verseilt und verpreßt sind. Die Drähte selber sind in der Regel nicht isoliert, aber die Litze, die von viereckigem oder rechteckigem Querschnitt ist, wird mit einer Ausseni- solierung versehen.The term "braid" has the usual meaning in technology. A stranded wire is a multitude of (possibly fine) copper wires that are stranded and pressed together. The wires themselves are usually not insulated, but the stranded wire, which has a square or rectangular cross section, is provided with an outer insulation.
"Hochkant" und "flachkant" gewickelte Spulen bestehen aus Litze von rechteckigem Querschnitt, wobei im Falle einer hochkant gewickelten Spule die Windungen aus Litze über die schmalere Seite des rechteckigen Querschnitts gebogen sind, im Falle einer flachkant gewickelten Spule sind sie über die breitere Seite gebogen."Edgewise" and "flat edged" coils consist of strand of rectangular cross-section, whereby in the case of an edgewise coil the windings of strand are bent over the narrower side of the rectangular cross-section, in the case of a flat wound coil they are bent over the wider side ,
Erfindungsgemässe Spulen können in verschiedenen Formen und Weiten vorliegen.Coils according to the invention can be of various shapes and widths.
Als "Form" einer Spule wird die Form einer senkrecht zur Spulenachse stehenden Querschnittsfläche durch diese Spule angesehen. Der Begriff "Spulenachse" selber ist in der Technik bekannt . Beispiele für erfindungsgemässe Spulenformen sind: a) Eine im Wesentlichen rechteckige Form, wahlweise mit abgerundeten Ecken; Spulen dieser Form werden im Folgenden als "Rechteckspulen" bezeichnet. Die Weite einer solchen Spule ist der senkrecht zu den beiden längeren Seiten des Rechtecks gemessene Abstand zwischen diesen Seiten. b)Eine Form, die von einem Rechteck abgeleitet ist, bei dem aber die kürzeren Seiten durch Halbkreisbögen ersetzt sind; Spulen dieser Form werden im Folgenden als "langlochför ige Spulen" bezeichnet. Die Weite einer solchen Spule ist der senkrecht zu den beiden verbliebenen geraden Seiten gemessene Abstand zwischen diesen Seiten. c)Eine im Wesentlichen sechseckige Form mit wahlweise abgerundeten Ecken, bei dem zwei gegenüber liegende Seiten wahlweise länger als die übrigen vier sein können und/oder die vier Winkel, die an zwei gegenüber liegende Seiten angrenzen, wahlweise grösser als 120° sein können. Spulen dieser Form werden im Folgenden als "Fischspulen" bezeichnet. Die Weite einer solchen Spule ist im Falle, wo zwei gegenüberliegende Seiten länger sind als die übrigen, der senkrecht zu diesen Seiten gemessene Abstand zwischen diesen Seiten; im Falle, wo alle Seiten gleich lang sind, ist die Weite der senkrecht zu denjenigen gegenüberliegenden Seiten, an die Winkel grösser oder gleich 120° angrenzen, gemessene Abstand zwischen diesen Seiten.The "shape" of a coil is the shape of a cross-sectional area through this coil that is perpendicular to the coil axis. The term "coil axis" itself is known in the art. Examples of coil shapes according to the invention are: a) an essentially rectangular shape, optionally with rounded corners; Coils of this shape are referred to below as "rectangular coils". The width of such a coil is the distance between these sides measured perpendicular to the two longer sides of the rectangle. b) A shape derived from a rectangle with the shorter sides replaced by semicircular arcs; Coils of this shape are referred to below as "slot-shaped coils". The width of such a coil is the distance between these sides measured perpendicular to the two remaining straight sides. c) An essentially hexagonal shape with optionally rounded corners, in which two opposite sides can optionally be longer than the other four and / or the four angles that adjoin two opposite sides can optionally be greater than 120 °. Coils of this form are referred to below as "fish coils". In the case where two opposite sides are longer than the others, the width of such a coil is the distance between these sides measured perpendicular to these sides; in the case where all sides are of equal length, the width of the sides measured perpendicular to those opposite sides, at which angles are greater than or equal to 120 °, is the distance between these sides.
Als "Hochspannung" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Spannungsbereich von 1 kV bis 30 kV verstanden. Ein Hochspannungsbereich, für den die erfindungsgemäßen Wicklungen bevorzugt einsetzbar sind, liegt bei etwa 1 kV bis etwa 15,75 kV und besonders bevorzugt von etwa 3 kV bis etwa 15,75 kV. Als "Niederspannung" gilt der Bereich unter 1 kV.In the context of the present application, “high voltage” means a voltage range from 1 kV to 30 kV. A high-voltage range for which the windings according to the invention can preferably be used is approximately 1 kV up to about 15.75 kV and particularly preferably from about 3 kV to about 15.75 kV. The area below 1 kV is considered "low voltage".
Als "Wicklung" wird erfindungsgemäss eine Baugruppe eines elektrotechnischen Betriebsmittels, z.B. einer rotierenden elektrischen Maschine wie eines Motors oder eines Generators, verstanden, die sich im Allgemeinen aus mehreren Spulen zusammensetzt. Mehrere Spulen gleicher oder ungleicher Weite können eine Spulengruppe bilden.According to the invention, a "winding" is an assembly of an electrical equipment, e.g. a rotating electrical machine such as a motor or a generator, which is generally composed of several coils. Several coils of the same or different widths can form a coil group.
Die Verwendung von Litzen für Spulen und Wicklungen rotierender elektrischer Maschinen im Bemessungsbereich von 0,2 bis 15,75 kV und/oder 0 bis 100 Hz ist nicht vorbekannt. Durch den Einsatz von Litzen wird eine einfachere Spulengeometrie erreicht und die mechanische Beanspruchung der Isolierung der Litzen weitestgehend reduziert. Dadurch verbessert sich u.a. auch die Stoßspannungsfestigkeit. Die Wicklung ist fertigungstechnisch einfacher herzustellen. Durch die im Vergleich zur Formspulenwicklung reduzierteThe use of strands for coils and windings of rotating electrical machines in the rated range from 0.2 to 15.75 kV and / or 0 to 100 Hz is not previously known. By using strands, a simpler coil geometry is achieved and the mechanical stress on the insulation of the strands is largely reduced. This improves, among other things also the surge voltage resistance. The winding is easier to manufacture in terms of production technology. Due to the reduced compared to the form coil winding
Anzahl von Arbeitsgängen reduziert sich die Fertigungszeit . Durch die Ausführung der Schaltverbindungen der Litzenwicklung als Preßverbindungen besonders bei Litzen mit blanken Einzelleitern entfällt das aufwändige Schalten z.B. durch Schweißverbindungen.The number of operations reduces the manufacturing time. Due to the design of the switch connections of the strand winding as a press connection, especially for stranded wires with bare individual conductors, the complex switching e.g. through welded joints.
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Figur 1 zeigt in Variante a) einen Aufriß einer flachkant gewickelten langlochförmigen Spule und in Variante b) einen Aufriß einer hochkant gewickelten lang- lochförmigen Spule. Die Spulenachsen stehen senkrecht auf dem Blatt . Figur 2 zeigt in Variante a) eine flachkant gewickelteFigure 1 shows in variant a) an elevation of a flat-wound elongated hole-shaped coil and in variant b) an elevation of an upright wound elongated coil. hole-shaped coil. The coil axes are perpendicular to the sheet. Figure 2 shows in variant a) a flat-wound
Fischspule und in Variante b) eine flachkant gewik- kelte Rechteckspule. Die Spulenachsen stehen senkrecht auf dem Blatt . Figur 3 zeigt die Schnittdarstellung von möglichen Spulenformen der erfindungsgemäßen Spulen mit a) flachkant angeordneten Windungen b) hochkant angeordneten Windungen.Fish spool and in variant b) a flat-wound rectangular spool. The coil axes are perpendicular to the sheet. FIG. 3 shows the sectional illustration of possible coil shapes of the coils according to the invention with a) windings arranged flat-edged b) windings arranged upright.
Die Anzahl der Windungen und die Anzahl der nebeneinander und übereinander gewickelten Lagen kann dabei variieren. Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators eines Motors oder Generators, in dessen Nuten eine Spule der erfindungsgemäßen Wicklung eingelegt ist, die flachkant gewickelt ist . Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators eines Motors oder Generators, in dessen Nuten eine Spule der erfindungsgemäßen Wicklung eingelegt ist, die hochkant gewickelt ist .The number of turns and the number of layers wound side by side and one above the other can vary. Figure 4 shows a sectional view of a stator of a motor or generator, in the grooves of which a coil of the winding according to the invention is inserted, which is wound flat. Figure 5 shows a sectional view of a stator of a motor or generator, in the grooves of which a coil of the winding according to the invention is inserted, which is wound upright.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Als Leitermaterial werden erfindungsgemäß vieldrähtige Lit- zen mit quadratischen oder rechteckigen Querschnitten verwendet . Diese Litzen können aus blanken oder lackierten Einzelleitern bestehen.According to the invention, multi-stranded wires with square or rectangular cross sections are used as the conductor material. These strands can consist of bare or painted individual conductors.
Die Litze kann mit Isolierstoffbändern, z. B. Folien-Glim- mer-Bänder oder Glasgewebe-Glimmer-Bänder, ein- oder mehr- lagig als Windungsisolierung umbandelt werden. Die Isolierungsdicke, bestimmt durch Lagenzahl und Überlappung, wird von der WindungsSpannung der Spule bestimmt. Als Hauptisolierung der Spulen in den erfindungsgemäßen Wicklungen können herkömmliche Isoliermaterialien verwendet werden. Bei Spannungen bis 1 kV kommen hier Flächenisolierstoffe zum Einsatz . Bei Spannungen ab 1 kV werden glimmerhaltige Isolierstoffe eingesetzt. Zur Imprägnierung können vorbekannte Harze und andere vorbekannte Imprägniermittel mit entsprechenden Imprägniertechnologien verwendet werden.The strand can be used with insulating tapes, e.g. B. foil mica tapes or glass fabric mica tapes, one or more be layered as winding insulation. The insulation thickness, determined by the number of layers and overlap, is determined by the winding voltage of the coil. Conventional insulating materials can be used as the main insulation of the coils in the windings according to the invention. Surface voltages are used here for voltages up to 1 kV. Insulation materials containing mica are used for voltages above 1 kV. Known resins and other known impregnating agents with appropriate impregnating technologies can be used for the impregnation.
Die isolierte Litze kann zu einer Spulenform gemäß Figur 1 oder 2 gewickelt werden. In diesen Figuren sind verschiedene Varianten dargestellt, wobei in der Formgebung weitere Varianten möglich sind.The insulated stranded wire can be wound into a coil shape according to FIG. 1 or 2. Various variants are shown in these figures, further variants being possible in the shape.
Die erfindungsgemässen Spulen können unter Verwendung allgemein bekannten Technologien für die Herstellung von Spulen hergestellt werden. Ein typischer Verfahrensbeschrieb zur Herstellung der erfindungsgemäßen Spulen wäre z.B. der eingangs erwähnte Verfahrensbeschrieb für die Formspulenwicklung, wobei aber bei den erfindungsgemäßen Spule die Schritte b) , c) d) und e) nicht zwingend sind oder sich gar erübrigen. Vorzugsweise werden Schritte b) , c) und d) weggelassen und das Wickeln von Schritt a) unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Schablone durchgeführt.The coils according to the invention can be produced using generally known technologies for the production of coils. A typical process description for the production of the coils according to the invention would be e.g. the above-mentioned method description for the form coil winding, but steps b), c) d) and e) are not mandatory or even unnecessary for the coil according to the invention. Steps b), c) and d) are preferably omitted and the winding of step a) is carried out with the aid of an appropriate template.
Die Spulen werden gemäß Figur 1 oder 2 auf entsprechenden Schablonen gewickelt, fixiert, um ein Verrutschen der Lagen zu vermeiden, und die Schaltenden isoliert. Anschließend wird die Hauptisolierung aufgebracht. Je nach Größe der Bemessungsspannung wird die gesamte Spule manuell oder maschinell mit einem Isolierband, z. B. Glasgewebe-Glimmer- Band, umbandelt . Die Umbandelung erfolgt ein- oder mehrlagig und richtet sich nach der Spannungsbeanspruchung und Dimensionierung .According to FIG. 1 or 2, the coils are wound on appropriate templates, fixed in order to prevent the layers from slipping, and the switching ends are insulated. The main insulation is then applied. Depending on the size of the rated voltage, the entire coil is manually or mechanically with an insulating tape, z. B. glass fabric mica Band, banded. The banding takes place in one or more layers and depends on the stress and dimensioning.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Spulen sind Wicklungen für rotierende elektrische Maschinen, insbesondere Statorwicklungen (siehe Figuren 4 und 5 ) . Die Anordnung der erfindungsgemäßen Wicklungen geschieht analog zu den vorbekannten Formspulenwicklungen mit Recht - eckdrähten, wobei die erfindungsgemäßen Wicklungen ebenfalls in Nuten 2 , 3 , die in die Innenseite des Statorblechpaketes 4 eingestanzt sind, eingelegt oder eingepasst werden können . In Figuren 4 und 5 ist dargestellt , wie die Lage der Spulenseiten 1001 , 1002 (mit Windungen aus Litzen, hier der Übersichtlichkeit halber nicht mit entsprechenden Bezugszeichen angegeben) in den Nuten ist . Durch das mit einer Wellenlinie unterbrochene Statorblechpaket 4 soll angedeutet werden, dass eine Spule nicht notwendigerweise in benachbarten Nuten 2 , 3 zu liegen braucht . Je nach Wickel- richtung liegt die linke Spulenseite 1002 als Spulenober- lage 5 bzw . als Spulenunterlage 6 in der Nut . Zwischen Spu- lenoberlage 5 und Spulenunterlage 6 kann eine Zwischenlage 7 vorhanden sein . Die Spulen können mit einer Hauptisolierung 8 versehen sein; die Nuten können nach dem Einlegen mit Nutenverschlusskeilen 9 verschlossen werden .A preferred area of application for the coils according to the invention are windings for rotating electrical machines, in particular stator windings (see FIGS. 4 and 5). The windings according to the invention are arranged analogously to the previously known form coil windings with square wires, the windings according to the invention likewise being able to be inserted or fitted into slots 2, 3 which are stamped into the inside of the stator laminate core 4. FIGS. 4 and 5 show how the position of the coil sides 1001, 1002 (with turns made of strands, here not given the corresponding reference numbers for the sake of clarity) is in the slots. The stator laminated core 4, which is interrupted by a wavy line, is intended to indicate that a coil does not necessarily have to lie in adjacent slots 2, 3. Depending on the winding direction, the left spool side 1002 lies as the spool top layer 5 or. as a coil pad 6 in the groove. An intermediate layer 7 can be present between the coil top layer 5 and the coil base 6. The coils can be provided with a main insulation 8; the grooves can be closed with slot wedges 9 after insertion.
Erf indungsgemässe Wicklungen können als Ein- oder Zweischichtwicklungen ausgebildet werden . Die Wicklungen von Figuren 4 und 5 sind Zweischichtwicklungen .Windings according to the invention can be designed as one- or two-layer windings. The windings of Figures 4 and 5 are two-layer windings.
Für die Herstellung von erfindungsgemässen Statorwicklungen mit Leitern aus Litze können folgende Möglichkeiten bestehen: a) Schablonenwicklung für Spulen gleicher Weite mit Litze. Für diese Art der Schablonenwicklung werden Spulen mit Litzen nach Spulenform a) von Figur 2 hergestellt, wobei in der Formgebung entsprechend den technologischen Gegebenheiten weitere Varianten möglich sind. Die Anordnung der Litzenleiter erfolgt nach Schema a) von Figur 3, wobei die Anzahl der Leiter gesamt, die Anzahl der Leiter nebeneinander und übereinander variieren kann. Die so hergestellten Spulen werden isoliert, vorgeformt und in die Nuten des Ständerblechpaketes eingelegt, wo sie ihre endgültige Form erhalten, b) Schablonenwicklung für Spulen ungleicher Weite in Ein- oder Zweischichtausführung mit Litze und Leitern flach in der Nut .The following options can exist for the production of stator windings according to the invention with conductors made of stranded wire: a) Template winding for coils of the same width with wire. For this type of stencil winding, bobbins with strands according to bobbin shape a) of FIG. 2 are produced, with further variants being possible in the shape according to the technological circumstances. The stranded conductors are arranged according to scheme a) of FIG. 3, the total number of conductors, the number of conductors next to and on top of one another. The coils produced in this way are insulated, preformed and placed in the slots in the stator core, where they receive their final shape, b) Stencil winding for coils of unequal width in one or two layers with strands and conductors flat in the slot.
Für diese Art der Schablonenwicklung werden Spulen mit Litzen nach Spulenform b) von Figur 1 hergestellt, wobei in der Formgebung entsprechend den technologischen Gegebenheiten weitere Varianten möglich sind, z.B. rechtek- kige Form nach Spulenform b) von Figur 2) . Die Anordnung der Litzenleiter erfolgt nach Schema b) von Figur 3, wobei die Anzahl der Leiter gesamt, die Anzahl der Leiter nebeneinander und übereinander variieren kann. Die so hergestellten Spulen werden isoliert und können in dieser Form in die Nuten des Ständerblechpaket eingelegt werden . c) Schablonenwicklung für Spulen ungleicher Weite in Ein- oder Zweischichtausführung mit Litze und Leitern hochkant in der Nut . Für diese Art der Schablonenwicklung werden Spulen mitFor this type of stencil winding, bobbins with strands according to bobbin shape b) of FIG. 1 are produced, with other variants being possible in the shape according to the technological circumstances, e.g. rectangular shape according to coil shape b) of Figure 2). The stranded conductors are arranged according to scheme b) of FIG. 3, the total number of conductors, the number of conductors next to and on top of one another. The coils produced in this way are insulated and can be inserted in this way into the grooves in the stator core. c) Template winding for coils of unequal width in one or two layers with braid and conductors upright in the slot. Coils are used for this type of template winding
Litzen nach Spulenform a) von Figur 1 oder Spulenform b) von Figur 2 hergestellt, wobei in der Formgebung entsprechend den technologischen Gegebenheiten weitere Varianten möglich sind. Die Anordnung der Litzenleiter erfolgt nach Schema a) von Figur 3, wobei die Anzahl der Leiter ge- samt, die Anzahl der Leiter nebeneinander und übereinander variieren kann.Strand according to coil shape a) from FIG. 1 or coil shape b) of Figure 2, with other variants are possible in the shape according to the technological circumstances. The stranded conductors are arranged according to scheme a) of FIG. 3, the number of conductors as a whole, the number of conductors next to and on top of one another.
Die so hergestellten Spulen werden isoliert und können in dieser Form in die Nuten des Statorblechpakets eingelegt werden.The coils thus produced are insulated and can be inserted in this way into the grooves in the stator laminated core.
Für erfindungsgemässe Statorwicklungen können die folgenden zusätzlichen Lehren gelten:The following additional teachings can apply to stator windings according to the invention:
l)Bei der Herstellung einer Zweischichtwicklung mit Spulen ungleicher Weite besteht eine Spule aus einer oder mehreren Spulengruppen. Dies ist von der Nutzahl und der Polzahl der Maschine abhängig.l) When producing a two-layer winding with coils of unequal width, a coil consists of one or more coil groups. This depends on the number of uses and the number of poles of the machine.
2) Vor dem Einlegen der Spulen kann es notwendig sein, die Spulenseiten 1001, 1002 der Spulen in einer Preßform nachzuformen .2) Before inserting the coils, it may be necessary to re-form the coil sides 1001, 1002 of the coils in a press mold.
3) Die Stabilisierung der Wickelköpfe 1003 erfolgt analog wie bei der Formspulenwicklung, d.h. mit Hilfe von Kor- dein, Bändern, Filzen und quellfähigen Glasmatten.3) The winding heads 1003 are stabilized analogously to the form coil winding, i.e. with the help of cord, tapes, felt and swellable glass mats.
4) Die Herstellung der Schaltverbindungen kann durch Ver- pressen mittels Preßhülsen erfolgen.4) The switching connections can be made by pressing using press sleeves.
5) Bei Maschinen mit Bemessungsspannungen > 3 kV können die Spulen mit einem Nutteil- und einem Endenglimmschutz versehen werden . 6) Für erfindungsgemäße Niederspannungswicklungen, die nicht mit porösen Glimmerbändern, sondern u.a. mit Nutauskleidungen aus Flächenisolierstoffen hergestellt werden, kön- nen alle Imprägnierverfahren angewendet werden, d. h.5) In the case of machines with rated voltages> 3 kV, the coils can be provided with a slot part and an end glow protection. 6) All impregnation methods can be used for low-voltage windings according to the invention, which are not produced with porous mica tapes, but instead with groove linings made of surface insulating materials, ie
Träufel-, Tauch-, Strom-UV-, Vakuum-, Vakuum-Druck- und ähnliche Imprägnierungen.Trickle, dip, current UV, vacuum, vacuum pressure and similar impregnations.
7) Für Maschinen mit einer BemessungsSpannung über 1 kV, bei denen poröse glimmerhaltige Bänder eingesetzt werden, wird vorzugsweise eine übliche Vakuum-Druck-Imprägnierung verwendet .7) For machines with a rated voltage above 1 kV, in which porous mica-containing tapes are used, a usual vacuum pressure impregnation is preferably used.
Die erfindungsgemäßen Hochspannungswicklungen können auch mit harzreichen Glimmerbändern als Hauptisolierung nach dem bekannten Resin-Rich-Verfahren ausgeführt werden.The high-voltage windings according to the invention can also be implemented with resin-rich mica tapes as the main insulation according to the known resin-rich process.
Durch den Einsatz von Litzen wird eine einfachere Spulengeometrie erreicht. Dadurch verbessert sich u.a. auch die Stoßspannungsfestigkeit. Die Wicklung ist fertigungstechnisch einfacher herzustellen. Durch die im Vergleich zur Formspulenwicklung reduzierte Anzahl von Arbeitsgängen reduziert sich die Fertigungszeit. Durch die Ausführung der Schaltverbindungen der Litzenwicklung als Preßverbindungen entfällt das aufwändige Schalten durch Schweißverbindungen. Die Herstellung der Hauptisolierung der Spulen kann per Hand oder maschinell nach vorbekannten Verfahren erfolgen.A simpler coil geometry is achieved through the use of strands. This improves, among other things also the surge voltage resistance. The winding is easier to manufacture in terms of production technology. The production time is reduced due to the reduced number of operations compared to the form coil winding. The execution of the switch connections of the stranded winding as press connections eliminates the time-consuming switching by means of welded connections. The main insulation of the coils can be produced by hand or by machine using previously known methods.
AusführbeispielAusführbeispiel
Es wurde ein Stator zur Verwendung in einem Mehrpol-Elektromotor oder -Generator hergestellt, der mit einer erfin- dungsgemäßen Zweischichtwicklung mit Spulen von ungleicher Weiten versehen wurde. Das Statorblechpaket selber wurde wie in der Technik üblich aus Dynamoblechen hergestellt . Es wurde die Spulenform a) von Figur 1 verwendet . Die Spulen hatten 12 Windungen, die nach Anordnung a) von Figur 3 angeordnet waren. Die Wicklung bestand aus 12 Spulengruppen mit je 4 Spulen unterschiedlicher Weite, wobei die Spule mit der größten Weite in der jeweils ersten und zehnten Nut jeder Teilwicklung lag; die Spulen mit mittlerer Weite lag in der jeweils zweiten und neunten Nut jeder Teilwicklung, und die Spule mit der kleinsten Weite lag in der jeweils dritten und achten Nut jeder Teilwicklung. A stator for use in a multi-pole electric motor or generator has been fabricated which is designed with an invented two-layer winding according to the invention was provided with coils of unequal widths. The stator lamination stack itself was made from dynamo sheets, as is common in the art. The coil form a) from FIG. 1 was used. The coils had 12 turns, which were arranged according to arrangement a) of Figure 3. The winding consisted of 12 coil groups, each with 4 coils of different widths, the coil with the largest width lying in the first and tenth slot of each partial winding; the coils with a medium width lay in the second and ninth slots of each partial winding, and the coil with the smallest width lay in the third and eighth slots of each partial winding.

Claims

Patentansprüche claims
1. Spule umfassend eine oder mehrere elektrisch leitende Windungen (101-112, 113-118) für Bemessungsspan- nungen von 0,2 bis 15,75 kV und/oder Frequenzen von 0 bis 100 Hz, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus Litze sind.1. Coil comprising one or more electrically conductive windings (101-112, 113-118) for rated voltages from 0.2 to 15.75 kV and / or frequencies from 0 to 100 Hz, characterized in that the windings are made of stranded wire are.
2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere flachkant gewickelte Windungen2. Coil according to claim 1, characterized in that it has one or more flat-wound turns
(101-112) aus Litze aufweist.(101-112) from stranded wire.
3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere hochkant gewickelte Windungen (113-118) aus Litze aufweist.3. Coil according to claim 1, characterized in that it has one or more edgewise windings (113-118) made of stranded wire.
4. Verfahren zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Leiter aus Litze in einer oder mehreren Windungen (101-112, 113-118) um eine Schablone gewickelt wird.4. A method for producing a coil according to claim 1, characterized in that an electrical conductor made of stranded wire is wound in one or more turns (101-112, 113-118) around a template.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter um eine Schablone gewickelt wird, die den Windungen eine Form gibt, die im Wesentlichen einer endgültigen Form der Spule, die die Windungen umfaßt, entspricht .5. The method according to claim 4, characterized in that the conductor is wound around a template which gives the turns a shape which corresponds substantially to a final shape of the coil which comprises the turns.
6. Wicklung für rotierende elektrische Maschinen, umfassend zwei oder mehr Spulen nach einem der Ansprüche 1 bis 4. 6. Winding for rotating electrical machines, comprising two or more coils according to one of claims 1 to 4.
7. Wicklung für rotierende elektrische Maschinen, umfassend zwei oder mehr Fischspulen gleicher Weite nach Anspruch 2.7. Winding for rotating electrical machines, comprising two or more fish coils of the same width according to claim 2.
8. Wicklung für rotierende elektrische Maschinen, umfassend zwei oder mehr langlochförmige Spulen ungleicher Weite nach Anspruch 2.8. Winding for rotating electrical machines, comprising two or more slot-shaped coils of unequal width according to claim 2.
9 . Wicklung für rotierende elektrische Maschinen, umfassend zwei oder mehr Rechteckspulen ungleicher Weite nach Anspruch 2.9. Winding for rotating electrical machines, comprising two or more rectangular coils of unequal width according to claim 2.
10. Wicklung für rotierende elektrische Maschinen, umfassend zwei oder mehr Fischspulen ungleicher Weite nach10. Winding for rotating electrical machines, comprising two or more fish coils of unequal width
Anspruch 3.Claim 3.
11. Wicklung für rotierende elektrische Maschinen, umfassend zwei oder mehr Rechteckspulen ungleicher Weite nach Anspruch 3.11. Winding for rotating electrical machines, comprising two or more rectangular coils of unequal width according to claim 3.
12. Wicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einschicht- oder Zwei- schichtwicklung ist .12. Winding according to one of claims 6 to 11, characterized in that it is a single-layer or two-layer winding.
13. Wicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen mittels Schaltverbindungen elektrisch leitend verbunden sind und die Schaltverbindungen mit Presshülsen verpresst sind.13. Winding according to one of claims 6 to 12, characterized in that the coils are electrically conductively connected by means of switching connections and the switching connections are pressed with compression sleeves.
14. Wicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, da- durch gekennzeichnet, daß sie eine Imprägnierung mit einem Tränkmittel aufweist, die im Wesentlichen frei von Gaseinschlüssen ist.14. Winding according to one of claims 6 to 13, characterized in that it has an impregnation with an impregnating agent which is essentially free of gas inclusions.
15. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung nach15. A method of manufacturing a winding
Anspruch 14, umfassend den Schritt der Vakuum-Druck-Imprägnierung einer Wicklung, die zwei oder mehr Spulen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthält, mit einem Tränkmittel.Claim 14, comprising the step of vacuum-impregnating a winding containing two or more coils according to any one of claims 1 to 3 with an impregnating agent.
16. Verwendung einer Wicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 14 zur Herstellung von rotierenden elektrischen Maschinen.16. Use of a winding according to one of claims 6 to 14 for the manufacture of rotating electrical machines.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Maschine eine elektrische Hochspannungs- maschine, beispielsweise ein Hochspannungsmotor, Hochspannungs-Vielpolmotor, Hochspannungsgenerator oder Hochspannungs-Vielpolgenerator, ist .17. Use according to claim 16, characterized in that the machine is an electrical high-voltage machine, for example a high-voltage motor, high-voltage multi-pole motor, high-voltage generator or high-voltage multi-pole generator.
18. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine elektrische Niederspannungsmaschine, beispielsweise ein Niederspannungsmotor, Niederspannungs-Vielpolmotor, Niederspannungsgenerator oder Niederspannungs-Vielpolgenerator, ist .18. Use according to claim 16, characterized in that the machine is an electrical low-voltage machine, for example a low-voltage motor, low-voltage multi-pole motor, low-voltage generator or low-voltage multi-pole generator.
19. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung als eine Statorwicklung der Maschine verwendet wird.19. Use according to one of claims 16 to 18, characterized in that the winding is used as a stator winding of the machine.
20. Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß in die Maschine eine Wicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 14 eingebaut wird. 20. A method for producing a rotating electrical machine, characterized in that in the Machine a winding according to one of claims 6 to 14 is installed.
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