DE2717058C2 - Spule für Pole einer elektrischen Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spule für Pole einer elektrischen Maschine mit .mehreren Lagen mit jeweils gleich vielen Windungen aus im Querschnitt rechteckigen KupferJeitern.

Die Pole z. B. des Rotors einer elektrischen Maschine enthalten einen aus gestanzten Stahlblechen geschichteten Kern und eine um den Kern gev/ickelte Spule, deren Windungen gegeneinander isoliert sind. Eine solche Spule bildet einen Teil der Erregerwicklung des Rotors der elektrischen Maschine.

Die beträchtliche Erhöhung der Einzelleistung elektrischer Maschinen erfordert eine verstärkte Durchflutung der Erregerwicklung. Dies zwingt zu einer verstärkten Kühlung und zur Anwendung der direkten Flüssigkeitskühlung. In wassergekühlten Rotorpolen wird die Wärme durch das im Innern der Polleiter der Polspule zirkulierende Wasser abgeleitet, wobei die Hohlleiter in der Regel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Dabei ist es schwierig, die Windungen der Spule in vertikaler Richtung in einer Reihe übereinander anzuordnen, wie es bei luftgekühlten Wicklungen üblich ist, ohne die geometrischen Abmessungen des Polkerns, insbesondere seine Höhe, wesentlich zu vergrößern. Die Spule muß dabei aus mehreren aneinander anliegenden und den Polkern umfassenden Lagen ausgeführt werden, die entsprechend elektrisch miteinander verbunden werden müssen. In einer mehrere Windungen aufweisenden Polspule können mehrere solcher Verbindungen vorhanden sein, die üblicherweise durch Hartlötung miteinander verbunden werden. Insbesondere bei Flüssigkeitskühlung soll die Lötstelle zur Kontrolle und Reparatur leicht zugänglich sein.

Bei in einer Lage gewickelten Polspulen fehlen die Lötverbindungen zwischen den Windungen, es sei denn, daß die Gesamtlänge sämtlicher Windungen der Spule die Leiterlänge überschreitet. Nachteilig ist an einer solchen Spule, daß es bei den vorgegebenen Abmessungen des Pols und des Leiterquerschnittes unmöglich ist, große Windungszahlen anzuwenden. Außerdem ist die Höhe der Spule größer als die Gesamthöhe aller in einer Lage befindlichen Leiter mit der zugehörigen Windungsisolation, da eine horizontale Lage der Spule als Zuleitung dient.

Es sind auch aus Einzelspulen zusammengesetzte Polspulen bekannt, bei denen jede Einzelspule in Form einer horizontalen Lage spiralförmig um den Polkern gewickelter Windungen ausgeführt ist. In Abhängigkeit von der erforderlichen Windungszahl in der senkrechten Lage wird die Polspule aus einer entsprechenden Anzahl in Richtung der Höhe aufeinandergelegter ' Einzelspulen zusammengesetzt Hierbei sind die Zuleitungsenden der Einzelspulen miteinander verlötet und die Verbindungen der Zuleitungen liegen sowohl am äußeren als auch am inneren Umfang der Polspule.
Bei derartigen Polspulen ist die Anzahl der Lötverbindungen nur um eins kleiner als die Anzahl der horizontalen Lagen. Durch diese hohe Anzajl von Lötverbindungen wird die Fertigung der Pole kompliziert und ihre Sicherheit beeinträchtigt. Ferner sind an

ίο der Innenseite der Polspule schlecht zugängliche Verbändungen vorgesehen, was insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Polspulen unerwünscht ist, weil durch diese Verbindungen Leckverluste eintreten können. Schließlich haben derartige Spulen eine große Höhe, die sich bei einer ungeraden Anzahl horizontaler Lagen wegen der Notwendigkeit der Ableitung von der Innenseite der Spule nach außen ergibt, wodurch die Höhe der Polspule gleich der Summe der Höhe der Windungen und der Windungsisolation zuzüglich der eine Lage einnehmenden Ableitungen wird.

Derartige Polspulen haben somit verhältnismäßig große Abmessungen und unzulängliche Betriebseigenschaften, die zu einer Herabsetzung der Betriebssicherheit der eiektrischen Maschine führen.

Aus der US-PS 33 66 171 ist ferner eine Spule für Pole einer elektrischen Maschine der eingangs und im Oberbegriff des Anspruchs beschriebenen Art bekannt. Diese Spu'e enthält drei einreihige Einzelspulen, wobei zwei Einzelspulen in Richtung der Höhe aufeinandergelegt sind und die dritte umschließen. Dabei ist die Gesamthöhe der äußeren Einzelspulen gleich der Höhe der inneren Spule. Die elektrischen Verbindungen der Einzelspulen sind im Spalt zwischen der inneren und äußeren Lage ausgeführt.

Bei dieser Spule ist die Ausführung der Wicklungsverbindungen kompliziert und die Verbindungen sind, insbesondere von der Seite der Spule aus, zur Kontrolle kaum zugänglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spule für Pole einer elektrischen Maschine zu schaffen, die bei möglichst geringen Abmessungen und möglichst geringer Anzahl von Verbindungen zwischen den Windungen der Spule die Anordnung dieser Verbindungen an der Außenseite der Spule ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Spule erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Spule lassen sich die Zuleitungen sowohl bei einer geradzahligen als auch bei einer ungeradzahligen Windungszahl in jeder Lage außen abführen, ohne die Höhe der Spule zu vergrößern. Dabei ist der Arbeitsaufwand bei der Fertigung, beim Zusammenbau und bei der Prüfung verhältnismäßig gering. Wegen der geringen Anzahl von Lötverbindungen und der Herausführung sämtlicher Verbindungen auf die Außenseite der Spule ist auch die Wartung und Reparatur vereinfacht und somit die Sicherheit der gesamten elektrischen Maschine gegenüber dem Stand der Technik erhöht.

Ein besonders hervorzuhebender Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine besteht in der Vergrößerung der Nutzhöhe der Spule in jeder Lage, wodurch der Füllfaktor des Polfensters der elektrischen Maschine gesteigert wird.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei Schenkelpol-Synchronmaschinen, insbesondere bei großen, langsam laufenden Synchronmaschinen oder Wasserkraft-Rohrgeneratoren mit direkter Wasserküh-

lung anwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 den Pol der elektrischen Maschine im Teilquerschnitt mit einer auf diesem angeordneten Spule und

F i g. 2 eine Spule ohne Windungsisolation in axonometrischer Darstellung mit einer Unterbrechung über die Spulenlänge.

Gemäß F i g. 1 enthält die Spule 1 des Pols 2 einer elektrischen Maschine drei senkrechte und sechszehn horizontale Lagen von Windungen, die um den Kern 3 des Pols 2 auf einer Isolierschicht 4 aufgewickelt und zwischen einer oberen Isolierscheibe 5 und einer unteren Isolierscheibe 6 angeordnet sind. Die Spule 1 ist aus Kupferleitern 7 gefertigt, die einen rechteckigen Querschnitt mit Öffnungen 8 zum Umlauf einer Kühlflüssigkeit aufweisen und mit einer Isolation 9 isoliert sind.

Wie aus Fig.2 hervorgeht, ist die Spule 1 aus drei einzelnen einreihigen, konzentrisch ineinander eingesetzten Lagen 10, 11 -und 12 aufgebaut. Dabei ist der innere Umfang der äußeren Lage 10 grundsätzlich gleich dem äußeren Umfang der mittleren Lage 11 und der innere Umfang der mittleren Lage 11 gleich dem äußeren Umfang der inneren Lage 12. Jede Lage 10,11 und 12 ist in Querrichtung einlagig und besitzt eine gleiche Anzahl von Windungen über die Höhe, und zwar

16 Windungen. Die äußere Lage 10 hat Zuleitungen 13 und 14, die mittlere Lage 11 hat Zuleitungen 15 und 16 und die innere Lage 12 hat entsprechende Zuleitungen

17 und 18.

Die Lagen 10, 11 und 12 haben gleichen Wickelsinn und sind in bezug aufeinander so angeordnet, daß ihre einen Zuleitungen 13,15 bzw. 17 nebeneinander auf der oberen Stirnseite der Spule 1 und die anderen 14, 16 bzw. 18 auf der unteren Stirnseite der Spule 1 liegen. Gleichzeitig sind sämtliche Zuleitungen der Wicklungen 10, 11 und 12 nach einer Seite hin gerichtet Die verbindenden Teile der Zuleitungen der Lagen 10, 11 und 12 sind in bestimmter Weise '.inter Winkeln abgebogen, die durch den Querschnitt des Leiters gegeben werden, so ausgeführt wie es in F i g. 2 gezeigt ist, und auf der Außenseite einer der Seitenflächen der Spule 1 angeordnet

Die Lagen 10,11 und 12 sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet: Die Zuleitung 13 der äußeren Lage 10 wird an die nicht dargestellte Speisequelle angeschlossen und die zweite Zuleitung 14 der Lage 10 ist über ein Verbindungselement 19 mit der Zuleitung 17 der inneren Lage 12 mittels Hartlötungen 21 und 22 verbunden. Weiterhin ist die Zuleitung 18 der inneren Lage 12 durch ein Verbindungselement 20 mit Hilfe der Hartlötungen 23 und 24 auf die Zuleitung 15 der mittleren Lage Il geschaltet. Dabei ist die Zuleitung 16 der mittleren Lage 11 ebenfalls an die nicht dargestellte Speisequelle angeschlossen. Auf diese Weise verlaufen die Zuleitungen 13 und 16 der Vollspule 1 bei ungeradzahliger Anzahl der Lagen von der äußeren und mittleren Lage 10 bzw. 11.

Die Herstellung der Spule 1 geschieht durch Zusammenbau der einzelnen Lagen 10, 11, 12 oder durch gleichzeitiges Aufwickeln einer dreilagigen Spule gemeinsam mit der Isolation zwischen den Lagen auf einen Wickeldorn.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Spule für Pole einer elektrischen Maschine mit mehreren Lagen mit jeweils gleich vielen Windungen aus im Querschnitt rechteckigen Kupferleitern, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Lage (10, 11, 12) getrennte Zuleitungen (13, 15, 17 sowie 14,16,18) vorgesehen sind, die nebeneinander an den Stirnflächen der Spüle sowie an der gleichen Spulenseite herausgeführt sind, und daß die Lagen über die Zuleitungen an der Außenseite dieser Spulenseite durch sich nicht kreuzende Querverbindungen (19,20) miteinander in Reihe geschaltet sind.