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Title:
ELECTRICAL MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/057735
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to prevent, among other things, fatigue failures in squirrel-cage rotors of electrical machines, the invention provides that the squirrel-cage winding is comprised of flexible conductors.

Inventors:
DRESSEL GERHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/004037
Publication Date:
July 08, 2004
Filing Date:
December 08, 2003
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
DRESSEL GERHARD (DE)
International Classes:
H02K17/16; (IPC1-7): H02K17/16; H02K3/14; H02K3/28
Foreign References:
DE1150752B1963-06-27
DE2532338A11977-02-03
US1645296A1927-10-11
US5530310A1996-06-25
US2971106A1961-02-07
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 05 31 May 1996 (1996-05-31)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 251 (E - 147) 10 December 1982 (1982-12-10)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrische Maschine mit einem Kurzschlussläufer, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kurz schlussläufer eine Kurzschlusswicklung aus flexiblen Leitern (L1, L2) aufweist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die flexiblen Leiter (L1, L2) Litzenleiter sind.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Litzen leiter mäanderförmig und gegenläufig in den Nuten (n, n+l, n+2) des Kurzschlussläufers angeordnet sind, um dadurch die Kurz schlussverbindung bereits im Läufer herzustellen.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Litzen leiter zumindest innerhalb einer Nut (n, n+l, n+2) elektrisch kontaktiert sind.
Description:
Beschreibung Elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kurzschlussläufer.

Asynchronmaschinen besitzen unter anderem als Läufer eine Kurzschlusswicklung, wobei in den Nuten jeweils ein Stab liegt, und die Stäbe an den Stirnseiten des Läufers durch Ringe kurzgeschlossen werden. Stäbe und Kurzschlussringe wer- den aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen im Druckgussver- fahren hergestellt, die einen höheren Widerstand besitzen. Es sind aber auch Kupfer, Bronze und Messing als elektrische Leiter einsetzbar. Die massiven Stäbe der Kurzschlusswicklung werden im allgemeinen blank in den Läufer eingesetzt und mit den Kurzschlussringen jeweils verlötet.

Nachteilig dabei ist, dass die Kurzschlussstäbe durch einen separaten Fertigungsschritt mit ihren Kurzschlussringen ver- bunden werden müssen, und dass die Ausladung der Stäbe an den Stirnseiten des Läufers nicht zur Drehmomentbildung beiträgt.

Des Weiteren treten durch die verhältnismäßig starre Kon- struktion des Kurzschlusskäfigs, insbesondere an den Lötstel- len, Schwingungsbrüche auf.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kurzschlusskäfig einer elektrischen Maschine zu schaffen, der die oben genannten Nachteile verhindert.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass der Kurzschlussläufer eine Kurzschlußwicklung aus flexiblen Lei- tern, insbesondere Litzenleitern aufweist.

Damit werden Schwingungsbrüche vermieden und die Ausladung über das Blechpaket des Kurzschlußläufers verkürzt. Die not- wendige Kurzschlussverbindung wird dabei vorteilhafterweise

innerhalb der Nuten geschaffen, indem insbesondere zwei ge- genläufig in einer Nut platzierte elektrische Leiter insbe- sondere Litzenleiter elektrisch kontaktiert sind. Diese e- lektrische Kontaktierung erfolgt beispielweise durch Press- vorgänge.

Die Nuten können geschlossen, halboffen oder offen sein. Ins- besondere bei offenen Nuten sind zumindest abschnittsweise Vorkehrungen zu treffen, um die Fliehkräfte der flexiblen Leiter im Nutbereich aufzunehmen.

Insbesondere durch Ausbildung der elektrischen Leiter als Litzen, mit einer Vielzahl von Filamenten, die verseilt oder verwürgt gegeneinander blanke Einzeldrähte enthält, wird der Stromverdrängungseffekt reduziert. Die Querschnittsform der Litze als auch ihrer Filamente kann dabei sämtliche geometri- schen Formen annehmen wie z. B. viereckig, rechteckförmig, quadratisch, dreieckförmig oder rundlich.

Die Querschnittsformen über die Länge einer Litze oder eines Filaments sind dabei auch durch geeignete Verfahren unter- schiedlich ausformbar.

An den Stirnseiten des Kurzschlussläufers werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Ausladungen der mäander- förmig eingesetzten Leiter verhältnismäßig kurz. Aufgrund der Flexibilität der elektrischen Leiter insbesondere der Litzen- leiter sind zur Aufnahme der Fliehkräfte im Betrieb der e- lektrischen Maschine in einer besonderen Ausführungsform Hal- teelemente vorzusehen. Diese Halteelemente sind aus elekt- risch isolierendem Material hoher Festigkeit, um die Flieh- kräfte der Litzenleiter außerhalb des Blechpakets aufzuneh- men. Die Halteelemente sind dabei-als einfacher Ring, als auch als kappenähnliches, rinnenförmiges Teil ausgeführt, die die Ausladungen zumindest teilweise umgeben. An dem Halteele- ment sind vorteilhafterweise zusätzliche Lüfterflügel vorge- sehen, die entweder separat am Haltelement befestigbar sind

oder bereits während des Fertigungsprozesses z. B. mit ange- gossen werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ist dem schematisch dargestellten Ausführungsbei- spiel zu entnehmen. Darin zeigt : FIG 1 eine prinzipielle erfindungsgemäße Kurzschlussläufer- wicklung, FIG 2 einen Abschnitt des Halterings.

FIG 1 zeigt in abgewickelter Form einen Kurzschlussläufer mit einem Blechpaket 1, mit einigen beispielsweise dargestellten Nuten n, n+1 und n+2, die in dem Blechpaket 1 herausgehoben wurden. In diesen Nuten liegt ein Leiter L2 in einer Unter- schicht und windet sich gegenüber einem Leiter L1 in Ober- schicht gegenläufig mäanderförmig durch diese Nuten. Die Lei- ter L1 und L2 sind vorzugsweise Litzenleiter, die aus einzel- nen Filamenten bestehen. Dabei sind die Litzenleiter insbe- sondere mit einer vorgebbaren Schlagweite verdrillt.

Eine elektrische Kontaktierung der Leiter L1 und L2 wird vor- zugsweise durch einen Pressvorgang der vorteilhafterweise blanken Litzenleiter in den Nuten n, n+1, n+2 erreicht. Dabei bilden die Nutwandungen den erforderlichen Gegendruck aus. Es sind auch andere elektrische Kontaktierungen möglich, insbe- sondere durch eine leitfähige Vergussmasse, die z. B. im An- schluss an die Montage der Leiter in die Nuten oder gewisse vorgebbare axiale Nutbereiche eingefüllt wird. Dies dient gleichzeitig der Fixierung der Litzenleiter in der Nut.

Eine Kontaktierung kann ebenso durch Anschmelzen der Litzen- leiter in diesen Bereichen erfolgen.

Eine mechanische Kontaktierung ist in einer weiteren Ausfüh- rungsform durch mechanisch leitfähige Elemente gegeben, die in diese Bereiche z. B. eingeschlagen werden.

In einer anderen Ausführungsform sind die in einer Nut n, n+1, n+2 vorhandenen Litzenleiter durch eine Quetschverbin- dung zumindest abschnittsweise kontaktiert. Dabei werden die Litzenleiter miteinander verquetscht oder es wird zumindest in den zu verquetschenden Bereichen eine die Litzenleiter um- gebende leitfähige Umhüllung mitverquetscht.

Insbesondere bei halboffenen oder geschlossenen Nuten n, n+1, n+2 ist es vorteilhaft, die oben angesprochenen Kontaktierun- gen in den Bereichen 3, d. h. unmittelbar nach dem Austritt der Leiter L1 und L2 aus dem Blechpaket 1 vorzunehmen Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kurzschlusskä- figs erübrigt sich der bisher übliche Kurzschlussring. Dem- entsprechend sind auch die damit verbundenen Montageschritte eingespart und Schwingungsbrüche sind ausgeschlossen. Eine Kurzschlussverbindung wird durch eine elektrisch leitfähige Verbindung von L1 und L2 erreicht. L1 und L2 sind auch ab- wechselnd in Ober-und Unterschicht anordenbar, genauso wie die Leiter L1 und L2 nebeneinander in einer Nut anzuordnen sind. Die gesamte Kurzschlussläuferwicklung kann aber auch aus mehr als zwei Litzenleitern aufgebaut sein, damit können sich dementsprechend mehr Litzenleiter in einer Nut n, n+1, n+2 befinden.

FIG 2 zeigt einen Abschnitt der Stirnseite des Blechpakets 1.

Die Leiter L1 und L2 werden jeweils durch ein Halteelement, das vorzugsweise als Haltering 2 ausgeführt ist, gegenüber Fliehkräften des nunmehr aus Litzenleiter bestehender Ausla- dungen der Kurzschlusswicklung abgestützt. Der Haltering 2 ist insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, das u. a. Fliehkräfte aufnehmen kann. Eine elektrische Kontak- tierüng kann ergänzend auch außerhalb des Blechpakets 1 im Bereich des Halterings 2 durch abschnittsweise Press-oder Quetschverbindungen erfolgen.

Mechanisch sind die Litzenleiter aneinander und/oder an dem Halteelement 2 durch Klebeverbindungen und/oder Festzurrele- menten fixiert.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Litzenleiter außer- halb des Blechpakets 1 nicht mehr parallel verlegt. Jeder Litzenleiter kann damit auf seinem kürzesten Wege in die nächste vorgesehene Nut gelegt werden, was nicht unbedingt die benachbarte Nut sein muss.