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Title:
INSULATION OF SUB-CONDUCTORS OF A DYNAMO-ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/121279
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stator (5) of a dynamo-electric machine (1) having a winding system (3) arranged in grooves (8) of the stator (5), which winding system has, for each phase, individual coils that can be brought into electrical contact with each other. Each conductor (10) of the coil is constructed from a plurality of sub-conductors/windings. Said sub-conductors (9) are insulated from each other by virtue of the fact that each sub-conductor (9) has merely one insulation layer (15) with respect to the one or more adjacent sub-conductors (9) of the conductor (10) in question of the groove (8) in question.

Inventors:
BRENNER ROBIN (DE)
LÜTKE HARRY (DE)
SCHÖNBAUER NORBERT (DE)
Application Number:
EP2018/084666
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
December 13, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (80333, DE)
International Classes:
H02K3/34; H01F27/32
Domestic Patent References:
WO1997030506A11997-08-21
Foreign References:
EP1100178A22001-05-16
JP2008193860A2008-08-21
US20080007133A12008-01-10
US1118446A1914-11-24
FR1534678A1968-08-02
DE271686C
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Stator (5) einer dynamoelektrischen Maschine (1) mit in Nuten (8) des Stators (5) angeordnetem Wicklungssystem (3), das pro Phase einzelne miteinander elektrisch kontaktierbare Spulen aufweist, wobei jeder Leiter (10) der Spule aus mehre ren Teilleitern/Windungen aufgebaut ist, wobei diese Teillei ter (9) voneinander isoliert sind, in dem die Teilleiter (9) zu dem oder den benachbarten Teilleitern (9) ihres Leiters (10) der jeweiligen Nut (8) lediglich eine Isolationsschicht (15) aufweisen, wobei die Isolationsschicht (15) entweder ei ne auf den Teilleiter (9) geklebte Folie oder eine Lackiso lierung ist.

2. Stator (5) 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 Teilleiter (9) eines Leiters (10) zumindest in der Nut (8) radial und/oder horizontal angeord net sind.

3. Stator (5) 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 Teilleiter (9) einen im wesentlichen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen .

4. Stator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Teil leiter (9) im Querschnitt betrachtet über die angrenzenden Kantenradien der durch die Isolationsschicht (15) bedeckten Seite isoliert ist.

5. Stator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Be deckung des Teilleiters (9) durch die Isolationsschicht im Querschnitt betrachtet zwischen 30 und 70% liegt.

6. Dynamoelektrische Maschine (1) mit einem Stator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7. Verfahren zur Herstellung eines Stators (5) einer dynamo elektrischen Maschine (1) nach Anspruch 1,

g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte:

- Bereitstellen eines Teilleiters (9),

- partielles Aufbringen einer Isolationsschicht (15) auf den

Teilleiter (9), insbesondere mit einer vorgebbaren Bede ckung des Querschnitts von 30 bis 70%, wobei die Isolati onsschicht (15) entweder eine auf den Teilleiter (9) ge klebte Folie oder eine Lackisolierung ist,

- Anordnen der Teilleiter (9) eines Leiters (10) derart, dass zwischen dem oder den benachbarten Teilleitern (9) des Lei ters (10) lediglich eine Isolationsschicht (15) vorhanden ist,

- Einsetzen der Teilleiter (9) eines Leiters (10) einer Spule in die Nut (8) eines Stators (5) einer dynamoelektrischen Maschine ( 1 ) .

Description:
Beschreibung

Isolierung von Teilleitern einer dynamoelektrischen Maschine

Die Erfindung betrifft die Isolierung von Teilleitern eines Stators einer dynamoelektrischen Maschine, eine dynamoelek trische Maschine mit einem derartigen Stator und ein Verfah ren zur Herstellung eines Stators einer dynamoelektrischen Maschine .

Bei dynamoelektrischen Maschinen, beispielsweise Elektromoto ren oder Generatoren, sind die Wicklungssysteme aus einzelnen Spulen aufgebaut. Die einzelnen Leiter der Spule sind dabei gegeneinander isoliert. Insbesondere müssen diese einzelnen Teilleiter eines Leiters eine sogenannte Windungsisolation aufweisen, die im Regelfall nur für vergleichsweise geringe Spannungen von maximal 80 V ausgelegt ist. Eine derartige Teilleiterisolation erfolgt beispielsweise durch mit auf Lei ter aufgebrachtem Isolierlack und/oder ( Polyester- ) Glas- Faser-Umspinnung .

Die Leiter sind erfahrungsgemäß aus Kupfer oder Aluminium hergestellt, wobei die Leiter mit Lack rundum isoliert sind und/oder ( Polyester- ) Glas-Faser-Umspinnung aufweisen. Alter nativ kann der Leiter auch eine rundum-vorhandene Bandisolie rung aufweisen.

Nachteilig dabei ist, dass bei Anordnung der Teilleiter der Leiter einer Spule in der Nut sich die Windungsisolationen gegenseitig in ihrer Dicke aufsummieren und sich somit der verfügbare Kupferfüllfaktor in der Nut reduziert.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wicklungssystem für einen Stator bereitzustellen, das eine einfache Fertigung der Spulen bei gleichzeitiger Erhöhung des Kupferfüllfaktors in den Nuten des Stators gewährleistet. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Stator einer dynamoelektrischen Maschine mit in Nuten des Stators angeordnetem Wicklungssystem, das pro Phase einzelne mit einander elektrisch kontaktierbare Spulen aufweist, wobei je der Leiter der Spule aus mehreren Teilleitern/Windungen auf gebaut ist, wobei diese Teilleiter voneinander isoliert sind, in dem die Teilleiter zu dem oder den benachbarten Teillei tern ihres Leiters der jeweiligen Nut lediglich eine Isolati onsschicht aufweisen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt ebenso durch eine dynamoelektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Sta tor .

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt ebenso durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators ei ner dynamoelektrischen Maschine durch folgende Schritte:

- Bereitstellen eines Teilleiters,

- partielles Aufbringen einer Isolationsschicht auf den Teil leiter, insbesondere mit einer vorgebbaren Bedeckung des Querschnitts von 30 bis 70 %,

- Anordnen der Teilleiter eines Leiters derart, dass zwischen dem oder den benachbarten Teilleitern des Leiters lediglich eine Isolationsschicht vorhanden ist,

- Einsetzen der Teilleiter eines Leiters einer Spule in die Nut eines Stators einer dynamoelektrischen Maschine.

Erfindungsgemäß werden nun die einzelnen Teilleiter lediglich in Umfangsrichtung betrachtet partiell isoliert.

Es befindet sich somit zwischen den Teilleitern eines Leiters erfindungsgemäß nur eine Isolationsschicht - also Teilleite risolationsschicht. Blanke Seiten eines angrenzenden Teillei ters liegen an isolierten Seiten der direkt benachbarten Teilleiter, so dass zwischen den einzelnen Teilleitern immer eine Mindestisolation gegeben ist. Bei radial übereinander angeordneten Teilleitern in einer Nut eines Stators liegt somit jeweils eine blanke Seite eines zweiten Teilleiters auf einer Isolierung eines ersten Teil leiters usw., so dass auch hier zwischen den einzelnen Teil leitern immer eine Mindestisolation gegeben ist.

Das Wicklungssystem des Stators weist aber weiterhin grund sätzlich eine Nut- und Hauptisolation auf.

Vorteilhafterweise ist vor allem bei einer radialen Anordnung dieser Teilleiter in der Nut und bei einem rechteckigen Quer schnitt dieser Teilleiter lediglich die Oberseite oder die Unterseite der Teilleiter mit einer Isolierung zu versehen. Die Isolierung der Teilleiter erfolgt als Bandisolierung oder als Lackisolierung.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn diese Isolierung der Teillei ter noch über die angrenzenden Kantenradien dieser bedeckten Seiten der Teilleiter gezogen ist. Damit ist - im Querschnitt betrachtet - eine Seite des Teilleiters unbedeckt, eine Seite bedeckt und zwei Seiten jeweils zum Teil bedeckt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Teilleiteriso lierung reduziert sich das notwendige Volumen der Isolierung in der Nut bei gleichzeitiger Erhöhung des Kupferfüllfaktors oder Aluminiumfüllfaktors also der elektrisch verfügbare Lei tungsquerschnitt .

Die Teilleiter weisen im Querschnitt betrachtet in der Nut, nur eine teilweise Bedeckung durch die Teilleiterisolierung auf. Die Teilbedeckung beträgt ca. 30 bis 70 % des Umfangs des Teilleiters - je nach Querschnittsform des Teilleiters.

Grundsätzlich weisen die Teilleiter einen vergleichsweise gut „stapelbaren" Querschnitt auf, es wird dabei vor allem eine im Wesentlichen rechteckförmige oder quadratische Quer- schnittsfläche der Teilleiter verwendet werden. Dabei sind die Kanten der Teilleiter vorteilhafterweise abge rundet, um die Teilleiterisolation nicht zu beschädigen.

Innerhalb einer Nut sind die Teilleitern eines Leiters radial bzw. vertikal und/oder horizontal angeordnet. Als radial wird dabei die Anordnung der Teilleiter von einem Nutgrund in Richtung Luftspalt einer dynamoelektrischen Maschine verstan den. Während unter einer horizontalen Anordnung der Teillei ter eine bzgl. des Luftspaltes im Wesentlichen tangentiale Anordnung verstanden wird.

Bei Teilleitern mit rechteckiger Querschnittsform und insbe sondere radialer Anordnung in einer Nut, bei der die Schmal seiten der Teilleiter aneinandergrenzen, wird die Teilbe deckung geringer sein, als bei einer Ausführung wo die Längs seiten eines rechteckförmigen Teilleiters über einander lie gen .

Axial außerhalb der Nut, also im Bereich des Wickelkopfes kann die Bedeckung und/oder die Anordnung der Teilleiter des Leiters wie in der Nut ausgeführt sein.

Aufgrund des, je nach Maschinentyp ausgeführten Wickelkopf designs kann es notwendig sein im Wickelkopfbereich den Be deckungsgrad zu ändern.

Die Isolation der Teilleiter ist Abdeckung vorzugsweise eine Folie, insbesondere aus Polyimid, die mit einem (Schmelz-) Kleber, z.B. FEP (Fluorethylen-Propylen) versehen ist und an den Teilleitern positioniert, insbesondere verklebt ist.

Die Abdeckung, insbesondere die Folie ist dabei korona beständig ausgeführt, was beispielsweise durch dementspre chende Einlagerung geeigneter Partikel erfolgt.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu tert. Darin zeigt: FIG 1 eine prinzipielle dynamoelektrische Maschine,

FIG 2 einen Nutquerschnitt einer Hochspannungsisolie

rung,

FIG 3 eine Spule mit einzelnen Teilleitern,

FIG 4 eine Detaildarstellung eines Teilleiters,

FIG 5 eine weitere Spule mit Teilleitern.

FIG 1 zeigt einen prinzipiellen Längsschnitt einer dynamo elektrischen Maschine 1 mit einem Stator 5, der durch einen Luftspalt 20 von einem Rotor 6 beabstandet ist, wobei der Ro tor 6 mit einer Welle 4 drehfest verbunden ist und um eine Achse drehbar gelagert ist.

Dem Luftspalt 20 zugewandt befindet sich im Stator 5 ein in nicht näher dargestellten Nuten angeordnetes Wicklungssystem, das an den Stirnseiten des Stators 5 Wickelköpfe 3 ausbildet.

Ein bisher bekanntes, beispielhaft dargestelltes Wicklungs system gemäß FIG 2 weist in einer Nut 8 Leiter 10 mit jeweils Teilleiter 9 auf, wobei in diesem Fall eine Zweischichtwick lung vorliegt. Jede Schicht weist somit einen Leiter 10 mit Teilleitern 9 auf, die von einem Nutfüllstoff 14 sowohl zum Nutgrund als auch zwischen den beiden Leitern 10, ebenso wie zwischen dem obersten Leiter und einem Nutverschlusskeil 13 angeordnet ist.

Jeder Teilleiter 9 weist dabei eine ihn umgebende Teilleite risolierung 15 auf, die die vorhandene Windungsisolation übernimmt und die bei Hochspannungsmaschinen im Bereich von ca. 80 bis 100 V liegt. Jeder Leiter 10 ist von einer Haup tisolierung 11 umgeben, wobei das gesamte Wicklungssystem in dieser Nut 8 von einer Nutisolation 11 gegenüber dem Blechpa ket des Stators 5 ebenfalls isoliert ist.

Durch den beschriebenen Aufbau weist jede Teilleiterisolie rung 15 Schichtdicken auf, die sich über die radiale Höhe des Leiters 10 in der Nut 8 summieren und so zu einem reduzierten Kupferfüllfaktor des Wicklungssystems innerhalb der Nut füh ren .

Erfindungsgemäß wird nunmehr gemäß FIG 3 bei einer Spule, die zumindest einen Leiter 10 aufweist und dessen Teilleiter 9 radial übereinander angeordnet sind, jeweils nur eine einsei tige Teilleiterisolation 15 aufgebracht, so dass lediglich eine erforderliche Mindestisolation zwischen den einzelnen Teilleitern 9 vorhanden ist.

FIG 4 zeigt in einer näheren Darstellung einen im Wesentli chen rechteckförmig geformten Teilleiter 9, der im Quer schnitt betrachtet eine teilweise Bedeckung durch eine Teil leiterisolierung 15 aufweist. Die Teilbedeckung beträgt ca.

30 bis 70 % des Umfangs des Teilleiters 9 - je nach Quer schnittsform der Teilleiter 9.

Mit anderen Worten: bei Teilleitern 9 mit rechteckiger Quer schnittsform und insbesondere radialer Anordnung in der Nut 8, bei der die Schmalseiten der Teilleiter 9 aneinandergren zen, wird die Teilbedeckung geringer sein, als bei der Aus führung gemäß FIG 3, wo die Längsseiten der Teilleiter 9 an einandergrenzen .

Die Isolation an den Teilleitern 9 ist vorzugsweise eine Fo lie, insbesondere aus Polyimid, die mit einem (Schmelz-) Kle ber, z.B. FEP (Fluorethylen-Propylen) versehen ist und an den Teilleitern 9 positioniert, insbesondere verklebt ist.

Grundsätzlich weisen die Teilleiter 9 eine im Wesentlichen rechteckförmige oder quadratische Querschnittsfläche auf. Da bei sind die Kanten der Teilleiter 9 abgerundet, um die Teil leiterisolation 15 nicht zu beschädigen. Innerhalb einer Nut 8 sind die Teilleitern 9 eines Leiters 10 radial bzw. verti kal und/oder horizontal angeordnet.

FIG 5 zeigt in einer weiteren Ausführung einen Leiter 10 mit horizontal und vertikal angeordneten Teilleitern 9. Es sind dabei - im Querschnitt betrachtet - zwei Seiten des rechteck- förmigen Teilleiters 9 mit einer Teilleiterisolierung 15 ver sehen. Die an diese Teilleiterisolierung 15 angrenzenden Teilleiter 9 weisen auf diesen Seiten erfindungsgemäß keine Teilleiterisolierung 15 auf. Es ist jedoch - wie beispiels- weise in FIG 3 oder FIG 4 dargestellt - eine Überdeckung der angrenzenden Kanten des jeweiligen Teilleiters 9 möglich.

Der erfindungsgemäße Gedanke ist für Einschicht-, Zwei schicht-, oder Mehrschichtwicklungen im Stator 5 geeignet.