CH671119A5

CH671119A5 -

Info

Publication number: CH671119A5
Application number: CH4266/86A
Authority: CH
Inventors: Scott Kavork Derderian
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1986-10-28
Publication date: 1989-07-31
Also published as: JPS62110452A; JPH0446062B2; US4633116A; KR870004547A; KR910008537B1; GB8625681D0; CN86106806A; GB2182502A; CN1007858B; GB2182502B

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, in dem eine Mehrzahl in axialer Richtung verlaufende Nuten und Unternuten angeordnet sind, welche Nuten zum Aufnehmen elektrischer Leiter sowie von Mitteln zum elektrischen Isolieren dieser Leiter gegenüber dem Rotor und welche Unternuten für die Zuleitung eines gasförmigen Kühlmittels vorgesehen sind.

Bei dynamoelektrischen Maschinen, deren Rotor eine Vielzahl von axial ausgerichteten Nuten aufweist, in die elektrische Wicklungen eingelegt sind, besteht dieser Rotor gewöhnlich aus Stahl und die Rotorwicklungen aus einer Mehrzahl von Kupferdrähten. In einer von der umgebenden Atmosphäre, beispielsweise Luft oder Wasserstoff direkt gekühlten, dynamoelektrischen Maschine kann jede Nut zusätzlich eine in axialer Richtung verlaufende Unternut aufweisen, die zur Zuleitung des Kühlmittels vorgesehen ist. Diese Unternuten sind Teil eines dem Fachmann bekannten Ventilationssystems, durch das gasförmiges Kühlmittel in axialer Richtung längs des Rotors gefördert wird. In jeder Nut sind Einrichtungen vorgesehen, die das radiale Durchströmen des gasförmigen Kühlmittels durch Ventilationsspalte in den Wicklungen ermöglichen.

In der vorstehend beschriebenen Maschine müssen die Rotorwicklungen vom Rotorkörper elektrisch isoliert werden, wozu Isolatoren in der Form von nichtleitenden

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«Nutarmierungen» verwendet werden. Eine geeignete Isolation ist in dem US-Patent 4321 498 beschrieben. In dieser Patentschrift, auf die hier ausdrücklich hingewiesen wird, wird als eine bevorzugte Ausführungsform der Nutisolation ein Paar elektrisch isolierende Teile beschrieben, wovon jedes eine sich in radialer Richtung erstreckende Seitenwand aufweist, die in einem radial innen liegenden Bodenschenkel endet, welche Teile derart in jede Nut eingelegt werden, dass die sich in radialer Richtung erstreckenden Seitenwände an gegenüberliegenden Nutwänden anliegen und die Boden-schenkel einander zugewandt sind. Weiter ist eine sich in axialer Richtung erstreckende, die Unternut abdeckende Bodenplatte vorgesehen, deren gegenüberliegende Kanten in axialer Richtung verlaufende Nuten aufweisen, die zum Aufnehmen der einander gegenüberliegenden Bodenschenkel vorgesehen sind, um eine ineinandergreifende Verbindung zwischen der Bodenplatte und den Seitenwänden zu bilden. Weiter ist beschrieben, dass sowohl die als Unternutabdek-kung verwendete Bodenplatte als auch die den Nutwänden benachbart angeordneten isolierenden Seitenwände der Nutarmierung aus Glasschichtmaterial hergestellt sind.

Die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass ein besonders vorteilhaftes Material für die Nutarmierung das Aramidpa-pier ist, beispielsweise das unter der Handelsmarke «Nomex» von der DuPont Company vertriebene Papier. Bei der Ausführung der Erfindung gemäss dem US-Patent 4 321 498 hat sich aber auch gezeigt, dass die 90°-Biegung im Bereich zwischen der Seitenwand und dem Bodenschenkel nur eine ungenügende Festigkeit aufweist. Die Seitenwände neigen dann unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft dazu, längs der Nutwände radial aufzusteigen und sich aus dem Verbindungsbereich mit der Bodenplatte herauszuziehen.

Aramidpapier wird darum gegenwärtig nur in konventionell gekühlten Maschinen verwendet, bei denen das Kühlen der Wicklungen durch Wärmeübertragung von den Wicklungen durch den Rotorkörper und danach in ein Kühlmittel erfolgt. Aramidpapier weist aber auch bezüglich der Abmessungen Instabilitäten auf und kann bei ändernder relativer Feuchtigkeit in axialer Richtung eine Längenänderung von bis zu 1% erreichen. Weil diese Längenänderung bewirken kann, dass die gegenseitige Ausrichtung der als Schlitze ausgebildeten Belüftungseinrichtungen in den Unternutabdek-kungen und den Ventilationsspalten in den Wicklungen beeinträchtigt und damit der Querschnitt des Kühlmittelwegs verringert wird, wurden Isolatoren aus Aramidpapier mit U-förmigem Querschnitt und mit ausgestanzten Belüftungsschlitzen in direkt gekühlten Wicklungen bisher nicht verwendet.

In der US-Patentanmeldung Serial Nummer 656 571 vom 1. Oktober 1984 ist eine Lösung der oben beschriebenen, durch die Verwendung von Aramidpapier hervorgerufenen Probleme angegeben. Diese Lösung besteht in einer Nutarmierung aus Aramidpapier, die mit einer Unternutabdek-kung aus Glasschichtmaterial zusammengesetzt ist. Die Nutarmierung enthält in axialer und in radialer Richtung verlaufende Seitenwände und einen radial innen liegenden, in axialer Richtung verlaufenden Boden, die einen U-för-migen Kanal bilden. Die Unternutabdeckung enthält ein flaches Aussenteil und ein flaches Innenteil. Das Aramidpapier weist im Boden voneinander beabstandete Löcher auf, die das Verbinden des Innen- und des Aussenteils miteinander und mit dem dazwischen angeordneten Boden der Nutarmierung ermöglichen. Nach dem Verbinden werden in den Verbund von Nutarmierung und Unternutabdeckung Lüftungsschlitze eingearbeitet. Obwohl die in der genannten Patentanmeldung aufgezeigte Lösung des Problems als wesentliche Verbesserung anzusehen ist, werden die zur Her-

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Stellung des Verbundwerkstücks erforderlichen Arbeitsgänge als nachteilig angesehen.

Es ist darum ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine dynamoelektrische Maschine mit einer Nutarmierung aus Aramidpapier und mit einer Unternutabdeckung anzugeben, die mechanisch, d.h. ohne die Verwendung von Bindemitteln miteinander verbunden werden können und bei denen die vorgeformten Lüftungslöcher in der Unternutabdeckung mit den Lüftungslöchern in der Nutarmierung deckungsgleich sind.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst mit einer dynamoelektrischen Maschine der eingangs genannten Art, die gekennzeichnet ist durch einen einstückigen, praktisch U-förmigen Nutisolator mit einem in axialer Richtung verlaufenden Boden und einem Paar in axialer und radialer Richtung verlaufenden Seitenwände, welcher Boden einer Unternut benachbart angeordnet ist und welche Seitenwände längs der Seitenflächen der Nut zwischen den Leitern und dem Rotor angeordnet sind, sowie durch eine Unternutabdeckung mit einem der Unternut benachbart angeordneten Innenteil, der zum Tragen des Bodens des Isolators vorgesehen ist, und einem Aussenteil, der durch diesen Boden am Innenteil verriegelbar befestigbar ist.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene isometrische Darstellung einer Ausführungsform der Nutarmierung und der Unternutabdeckung,

Fig. 2 die Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Unternutabdeckung, die zur Darstellung der ineinandergreifenden Nut und Feder von benachbarten Unternutabdeckungen teilweise geschnitten ist,

Fig. 3 die Kopfseite einer Nut eines Rotors mit einer Nutarmierung und einer Unternutabdeckung und

Fig. 4 die perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform des Aussenteils der Unternutabdeckung mit einem integrierten mechanischen Befestigungselement.

In Fig. 1 verweist der Pfeil 11 auf ein Verbundwerkstück mit einer Nutarmierung aus Aramidpapier und einer Unternutabdeckung aus einem Glasschichtmaterial. Die Nutarmierung enthält Seitenwände 13, die sich in axialer und radialer Richtung erstrecken und mit einem radial innen angeordneten und sich in axialer Richtung erstreckenden Boden 15 einen U-förmigen Nutisolator 16 bilden. Die Unternutabdeckung enthält ein zur Rotorachse ausgerichtetes flaches Aussenteil 17 und ein flaches Innenteil 19. Entsprechend der Lehre aus dem US-Patent 4321498 kann das flache Innenteil 19 in axialer Richtung verlaufende und radial vorstehende Rippen 21 aufweisen. Der flache Aussenteil 17 enthält zwei zum Rotor radial nach innen vorstehende Klemmleisten oder Zinken 9, die zum Durchführen durch eine Ausnehmung 23 im Innenteil 19 und zum Eingriff und Verriegeln mit der unteren Fläche des Innenteils 19 vorgesehen sind. Der Aussenteil 17 enthält ebenfalls eine Ausnehmung 25, die mit der Ausnehmung 23 des Innenteils 19 ausgerichtet ist, wenn der Innen- und der Aussenteil 17 bzw. 19 miteinander verriegelt sind. Der Boden 15 des U-förmigen Kanals 16 enthält auch eine Öffnung 27, die mit den Ausnehmungen 23 und 25 ausgerichtet werden kann, um einen Lüftungskanal durch das Verbundwerkstück mit der Nutarmierung und der Unternutabdeckung zu bilden.

Der Innenteil 19 enthält an jedem seiner Enden quer zur Längsachse verlaufende Nuten 29,31, die einen Verriegelungsmechanismus für die Innenteile anliegender Unternutabdeckungen bilden. Eine am Ende des Innenteils 19

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angeordnete und von der Nut 29 begrenzte Feder 33 ist derart geformt oder bearbeitet, dass sie unter der von der Oberfläche des Innenteils 19 bestimmten Ebene liegt, was ermöglicht, dass aneinanderstossende Innenteile 19 zusammenge-passt werden können und eine glatte, ununterbrochene Fläche bilden. Am Ende des der Nut 29 benachbarten Innenteils 19 ist ebenfalls eine Feder 35' vorgesehen, die derart geformt oder bearbeitet ist, dass sie über die von der unteren Fläche des Innenteils 19 bestimmten Ebene vorsteht, um mit der Nut 29 und der Feder 33 eine ineinandergreifende Verbindung zu bilden.

Wenn der Aussenteil 17 mit dem Innenteil 19 verbunden ist, greifen die Klemmleisten 9 durch die Öffnungen 27 und die Ausnehmung 23, um den U-förmigen Nutisolator 16 mit dem Innenteil 19 der Nutabdeckung zu verriegeln. Die Klemmleisten 9 enthalten Zungen 9A, die klinkenartig an der unteren Fläche des Innenteils 19 angreifen, um den U-förmigen Isolator 16 zu erfassen und festzuhalten. Die Klemmleisten 9 sind integrale Teile des vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellten Aussenteils 17 und drücken auf die seitlichen Kanten der Ausnehmung 23, um das Lockern während des Betriebs der dynamoelektrischen Maschine zu verhindern. Vorzugsweise werden der Aussen-und der Innenteil 17 bzw. 19 aus einem bei hohen Temperaturen bearbeitbaren gleitfesten Thermoplast hergestellt, beispielsweise aus dem von der General Electric Company beziehbaren Ultem Polyetherimidharz. Der Aussen- und der Innenteil können mit der in Fig. 1 gezeigten Form spritzgegossen werden. Der U-förmige Nutisolator 16 kann aus einem einzigen Blatt Aramidpapier (DuPont Nomex 410) mit einer Dicke von 0,030 Zoll (0,762 mm) heissgeformt werden. Die Öffnung 27 kann auf irgendeine der jedem Fachmann bekannten Weisen aus dem Papier ausgestanzt werden.

Die Fig. 2 zeigt die teilweise geschnittene Seitenansicht des Aussen- und des Innenteils 17 bzw. 19 und der Verbindung zweier benachbarter Unternutabdeckungen. Die Nut 29 und die Feder 33 des einen Innenteils 19 sind derart bemessen und angeordnet, dass sie mit der Nut 31' und der Feder 35' des anliegenden Innenteils 19' in Eingriff kommen und eine Verschiebung der benachbarten Teile in axialer Richtung verhindern. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erstreckt sich der Aussenteil 17 bis zum äusseren linken Ende des Innenteils 19 und liegt auf diese Weise über Nutverbindung zwischen den Innenteilen 19 und 19' und verhindert auf diese Weise eine

Trennung dieser Verbindung. Schliesslich zeigt die Fig. 2 auch die durch die Ausnehmungen 23 greifenden Klemmleisten 9 mit den Zungen 9A, die mit der unteren Fläche des Innenteils 19 im Eingriff sind.

5 Die Fig. 3 zeigt die Kopfseite eines Teils des Rotors einer dynamoelektrischen Maschine mit einer kanalförmigen Nut zum Aufnehmen von Rotorfeldwicklungen 39. Die Wicklungen sind stromführende Kupferdrähte, die vom elektrisch leitenden Rotorkörper 41 elektrisch isoliert sein müssen, io Diese Bedingung wird mit der Verwendung von erfindungs-gemässen, U-förmigen Nutisolatoren 16 im Zusammenwirken mit den Unternutabdeckungen 17 und 19 erfüllt. Die Abdeckung 19 ist über einer Unternut 43 angeordnet, die, wie bereits oben beschrieben, einen Durchströmweg für ein 15 Kühlmittel bildet, das via die miteinander ausgerichteten Ausnehmungen 23,25 und die Öffnung 27 in den Unternutabdeckungen 17 und 19 bzw. dem Isolator 16 radial nach oben und durch den Spalt 39A die Wicklungen zwangsweise umströmt. (Die Ausnehmungen 23,25 und die Öffnung 27 sind in Fig. 1 gezeigt).

Wie aus der in Fig. 3 gezeigten Ansicht der Kopfseite des Rotors zu erkennen ist, weist der Innenteil 19 der Unternutabdeckung aufgebogene seitliche Kanten 45 auf, deren Innenradius 47 eine allmähliche Biegung des Nutisolators 16 ermöglicht und damit die Möglichkeit eines Bruchs im Bereich der Biegung verringert. Der Aussenteil 17 der Unternutabdeckung weist entsprechend verrundete Kanten 49 auf, um den Isolator 16 gleichförmig gegen die aufgebogene Fläche des Innenteils 19 zu pressen.

Die Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht den Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Aussenteils 17 der Unternutabdeckung, bei dem die abstehenden Klemmleisten 9 längs der Seiten der Ausnehmung 25 und nicht an den seitlichen Enden des Aussenteils angeformt sind.

Die beschriebene, für eine dynamoelektrische Maschine vorgesehene Nutarmierung, für die im Spritzgussverfahren hergestellte, mechanisch miteinander verriegelbare Unternutabdeckungen verwendet werden, kann als Verbundnutarmierung bezeichnet werden, bei der die Unternutabdek-kung mit dem U-förmigen Nutisolator mechanisch verbunden wird und eine nachträgliche Bearbeitung zur Ausbildung von Belüftungsschlitzen oder -Öffnungen nicht erforderlich ist, was als wesentliche Verbesserung gegenüber den bisher gebräuchlichen Nutarmierungen anzusehen ist.

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671119 PATENTANSPRÜCHE

1. Dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, in dem eine Mehrzahl in axialer Richtung verlaufende Nuten und Unternuten angeordnet sind, welche Nuten zum Aufnehmen elektrischer Leiter sowie von Mitteln zum elektrischen Isolieren dieser Leiter gegenüber dem Rotor und welche Unternuten für die Zuleitung eines gasförmigen Kühlmittels vorgesehen sind, gekennzeichnet durch einen einstückigen, praktisch U-förmigen Nutisolator (16) mit einem in axialer Richtung verlaufenden Boden (15) und einem Paar in axialer und radialer Richtung verlaufenden Seitenwände (13), welcher Boden einer Unternut (43) benachbart angeordnet ist und welche Seitenwände längs der Seitenflächen der Nut zwischen den Leitern und dem Rotor angeordnet sind, sowie durch eine Unternutabdeckung mit einem der Unternut benachbart angeordneten Ixmenteil (19), der zum Tragen des Bodens des Isolators vorgesehen ist, und einem Aussenteil (17), der durch diesen Boden am Innenteil verriegelbar befestigbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Unternutabdeckung (17,19) mindestens eine Ausnehmung (25 bzw. 23) aufweisen, die zum Durchströmen eines Kühlfluids vorgesehen ist und der Boden (15) des Nutisolators (16) eine mit diesen Ausnehmungen ausgerichtete Öffnung (27) aufweist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (17) der Unternutabdeckung mindestens zwei Klemmleisten (9) aufweist, die durch die Öffnung (27) im Boden (15) geführt und mit dem Innenteil (19) in Eingriff sind, um die beiden Teile der Unternutabdeckung miteinander und mit dem Nutisolator (16) verriegelt zu verbinden.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Klemmleisten (9) eine nach aussen vorstehende Zunge (9A) aufweist, die beim Verriegeln an der unteren Fläche des Innenteils (19) anliegt.

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Unternutabdeckung (17, 19) wesentlich kleiner ist als die Länge des Rotors und in jeder der Rotornuten eine Mehrzahl solcher Abdeckungen in axialer Richtung aneinandergelegt sind, um über der gesamten Länge der Unternut eine ununterbrochene Abdeckung zu bilden.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Unternutabdeckung an jedem ihrer Längsenden eine quer zur axialen Richtung verlaufende Nut (29 bzw. 31) aufweist, welche Nuten derart angeordnet sind, dass sie eine ineinandergreifende Verbindung mit den anliegenden Längsenden (35') der benachbarten Innenteile (19') bilden.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (29,31) im Innenteil (19) der Unternutabdek-kung eingearbeitet sind.

8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (29,31) am einen Längsende des Innenteils

( 19) in eine obere Fläche und am anderen Ende dieses Innenteils in eine untere Fläche eingearbeitet sind und zwischen jeder Nut und dem benachbarten Längsende eine Feder (33 bzw. 35) gebildet ist, so dass aneinanderliegende Abdek-kungen mittels einer Feder-Nut-Verbindung (29,35) verbunden werden können.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (17) sich über mindestens ein Längsende des zugeordneten Innenteils (19) erstreckt und die Feder-Nut-Verbindung (29,35') überlappt.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längsende des Aussenteils (17) die zugeordnete Feder (33) des Innenteils (19) überlagert, so dass benachbarte Aussenteile (19,19') aneinanderstossen.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Innenteil (19) eine erste und eine zweite in radialer

Richtung verlaufende, radial nach innen vorstehende Rippe (21) aufweist, die sich in die Unternut erstreckt.

12. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (19) in radialer Richtung vorstehende abgebogene Seitenkanten (45) aufweist.

13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (17) abgerundete seitliche Kanten aufweist, die den abgebogenen Seitenkanten des Innenteils (19) entsprechen.

14. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (19) mindestens eine Rippe (21) enthält, die in der axialen Richtung des Rotors verläuft und sich in die Unternut erstreckt.

15. Unternutabdeckung für eine dynamoelektrische Maschine, deren Rotor mindestens eine in axialer Richtung verlaufende und zur Aufnahme einer Rotorwicklung vorgesehene Nut aufweist, sowie eine relativ zur Nut radial nach innen versetzte Unternut, die einen Strömungskanal für ein Ventilationsfluid für die Wicklung bildet, in welcher Nut eine durchgehende Isolation angeordnet ist und welche Unternut einen schmaleren Querschnitt als die Nut aufweist, kennzeichnet durch einen zum Auflegen auf die Unternut (43) vorgesehenen flachen Innenteil (19), der mindestens eine in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen (23) aufweist, und einen flachen Aussenteil (17), der zum Einpassen in den Innenteil vorgesehen ist und eine Ausnehmung (25) aufweist, die praktisch mit der Ausnehmung in dem Innenteil ausgerichtet ist, sowie Mittel (9,9A) zum Verriegeln des Innen- und des Aussenteils miteinander, um den Nutisolator (16) zu positionieren und festzuhalten.

16. Unternutabdeckung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verriegeln mindestens zwei Klemmleisten (9) aufweisen, die von dem Aussenteil (17) abstehen und durch die Ausnehmung (23) in dem Innenteil (19) hindurchgeführt sind, wobei jede der Klemmleisten eine nach aussen vorstehende Zunge (9A) enthält, die zum Anliegen an der unteren Fläche des Innenteils vorgesehen ist.