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Title:
STATOR SEGMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185222
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stator segment (1) of a stator (15) of a dynamoelectric machine (11), comprising notched laminations (8) arranged axially one behind the other, such that substantially axially extending notches (2) are formed, coils (4) arranged in the notches (2), wherein one coil side or two coil sides of different coils (4) are arranged in a notch (2), the laminations (8) having at least one open notch (2) on their outer boundary sides parallel to the notch, wherein the coil sides are fixed in the open notches (13) by amagnetic fastening means on the stator segment (1).

Inventors:
BRENNER, Robin (Gleiwitzer Straße 9, Passau, 94036, DE)
DEUTSCH, Artur (Graf-Tilly-Straße 30, Pocking, 94060, DE)
SCHÖNBAUER, Norbert (Bachmoserweg 2, Bad Füssing, 94072, DE)
WEGER, Michael (Malgertsham 6, Kößlarn, 94149, DE)
Application Number:
EP2019/052964
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
February 07, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02K1/20; H02K3/48; H02K7/18; H02K9/04
Foreign References:
US4330726A1982-05-18
CN1199950A1998-11-25
JPS6370260U1988-05-11
DE102005029895A12007-01-04
EP0718955A21996-06-26
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Claims:
Patentansprüche

1. Statorsegment (1) eines Stators (15) einer dynamoelektri schen Maschine (11) mit

- axial hintereinander angeordnete genutete Blechen (8), so dass im Wesentlichen axial verlaufende Nuten (2) gebildet sind,

- in den Nuten (2) angeordnete Spulen (4), wobei in einer Nut (2) eine Spulenseite oder zwei Spulenseiten unterschiedli cher Spulen (4) angeordnet sind,

- wobei die Bleche (8) an ihren nutparallelen äußeren Begren zungsseiten zumindest eine offene Nut (2) aufweist,

- wobei die Spulenseiten in den offenen Nuten (13) durch ama gnetische Befestigungsmittel an dem Statorsegment (1) fi xiert sind,

- wobei nach einer vorgebbaren Anzahl von Blechen (8) in axi aler Richtung Abstandshalter (5) vorgesehen sind, so dass in axialer Richtung betrachtet zwei oder mehrere Teilblech pakete (9) des Statorsegments (1) vorhanden sind,

- wobei die amagnetischen Befestigungsmittel als amagnetische Kabelbinder (6) ausgeführt sind,

- wobei die amagnetischen Kabelbinder (6) im Bereich der axi al voneinander beabstandeten Bleche (8) angeordnet sind, wobei der Kabelbinder (6) zumindest abschnittsweise um den jeweiligen Abstandshalter (5) geführt ist.

2. Stator (15) mit Statorsegmenten (1) 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 sich einander zugewandten offenen Nuten (13) zweier Statorsegmente (1) nur mit einem Spulenschenkel eines Statorsegments (1) oder zwei Spulenschenkeln (10) unterschiedlicher aber benach barter Statorsegmente (1) versehen sind.

3. Dynamoelektrische Maschine (11), insbesondere Generator einer Windkraftanlage, mit einem Stator (15) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Kühlsystem, insbesondere Lüfter vorgesehen ist, durch das in die vorhandenen Spalte zwischen den Teilblechpaketen (9) Kühlluft förderbar ist.

Description:
Beschreibung

Statorsegment

Die Erfindung betrifft ein Statorsegment, einen Stator und einen Generator, insbesondere einer Windkraftanlage.

Aus der DE 10 2005 029 895 Al ist ein Direktantrieb für Groß antriebe bekannt, der aus mehreren Segmenten aufgebaut ist, die pro Segment eine abgeschlossene Wicklungsanordnung auf weisen .

Aus der EP 0 718 955 A2 ist ein Stator einer hochpoligen mehrphasigen elektrischen Maschine bekannt, wobei der Stator mehrere Segmente unterteilt ist und sich auf jedem Segment eine mehrphasige Wicklung befindet.

Bei segmentierten elektrischen Maschinen, insbesondere Moto ren oder Generatoren im höheren Leistungsbereich über 1MW be steht die Möglichkeit das Eisenpaket des Stators so aufzutei len, dass an den nutparallelen Begrenzungsseiten halbe Nuten vorhanden sind. Erst durch die Montage der einzelnen Segmente wird eine durchgängige Nut und damit eine Wicklung erzeugt. Dies wird beispielsweise bei großen Zahnspulenwicklungen um gesetzt. Problematisch ist dabei die Fixierung der außenlie genden Spulenschenkeln in den halben Nuten insbesondere wäh rend des Fertigungsprozesses und Montageprozesses, um während und nach der Imprägnierung den Spulenschenkel an seiner Posi tion zu fixieren.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde bei dementsprechend gestalteten Statorsegmenten Zahnspulen vorzu sehen, die positionsgenau während des Fertigungs- und Monta geprozesses fixierbar sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Stator segment eines Stators einer dynamoelektrischen Maschine mit - axial hintereinander angeordnete genutete Blechen, so dass im Wesentlichen axial verlaufende Nuten gebildet sind,

- in den Nuten angeordnete Spulen, wobei in einer Nut eine Spulenseite oder zwei Spulenseiten unterschiedlicher Spulen angeordnet sind,

- wobei die Bleche an ihren nutparallelen äußeren Begren zungsseiten zumindest eine offene Nut aufweist,

- wobei die Spulenseiten in den offenen Nuten durch amagneti sche Befestigungsmittel an dem Statorsegment fixiert sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch einen Stator mit erfindungsgemäßen Statorsegmenten, wobei die sich einander zugewandten offenen Nuten über Befestigungsmittel an den Jochrücken der Statorsegmente aneinander befestigt sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch eine dy namoelektrische Maschine, insbesondere einen Generator einer Windkraftanlage, mit einem erfindungsgemäßen Stator wobei ein Kühlsystem, insbesondere ein Lüfter vorgesehen ist, durch das in die vorhandenen Spalte zwischen den Teilblechpaketen Kühl luft förderbar ist.

Erfindungsgemäß erfolgt die Fixierung des außenliegenden Spu lenschenkels am Ende des Statorsegments durch nicht-magne tische Befestigungsmittel. Durch diese nicht-magnetische Be festigungsmittel werden Aufheizungen durch Wirbelströme im Betrieb der dynamoelektrischen Maschine, also z.B. des Wind- kraftgenerators vermieden. Des Weiteren wird durch die Fixie rung der außenliegenden Spulenschenkel, insbesondere während des Fertigungsprozesses, hier vor allem des Imprägnierungs prozesses, aber auch während des Montageprozesses gewährleis tet, dass sich der Spulenschenkel nicht von dem, eine offene Nut bildenden Zahn entfernt und somit die Montage oder weite re Fertigungsschritte beeinträchtigt.

In einer Ausführung werden die amagnetischen Befestigungsmit tel, insbesondere durch nicht-magnetische Kabelbinder, Schnü re oder Bänder realisiert, was eine im Fertigungsprozess schnelle und unproblematische Fixierung durch kostengünstige Standardteile gewährleistet. Außerdem ist es vorteilhaft, dass diese nicht-magnetischen Befestigungsmittel, insbesonde re Kabelbinder eine dauerhaft starke Fixierung der Spulen schenkel an den außenliegenden Zähnen gewährleisten, was ins besondere auch für längere Lagerzeiten derartiger Segmenten von Vorteil ist.

Zwischen Teilblechpaketen des Blechpakets des Statorsegments sind Abstandshalter vorgesehen, die zum einen die Teilblech pakete voneinander beabstanden, radiale Kühlkanäle innerhalb des Blechpakets des Statorsegments und damit des Stators bil den, als auch als Haltevorrichtung für die amagnetischen Be festigungsmittel zur Fixierung der Spulenschenkel an der Nut seitenwand dienen.

Die Abstandshalter sind in ihrer radialen Ausdehnung maximal so hoch wie der Jochrücken und die radiale Zahnhöhe zusammen. Im Normalfall werden die Abstandshalter in den Bereich des Jochrückens ragen und auch nicht die maximale Zahnhöhe ein nehmen .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand prinzipiell dargestellter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigt:

FIG 1 ein Statorsegment,

FIG 2 einen Teilausschnitt eines Statorsegments,

FIG 3 einen Teilausschnitt eines Statorsegments mit Zahn spule,

FIG 4 eine perspektivische Darstellung eines Teilseg

ments,

FIG 5 eine perspektivische Darstellung eines Statorseg ments,

FIG 6 einen Teilausschnitt eines Statorsegments mit Zahn spule,

FIG 7 prinzipiell dargestellte Windkraftanlage. FIG 1 zeigt ein Statorsegment 1 einer dynamoelektrischen Ma schine 11, insbesondere eines Generators mit einem Außenläu fer, was darin ersichtlich ist, dass die Nuten 2 dieses Sta torsegments 1 stachelförmig radial nach außen stehen und das Statorsegment 1 konvex ausgebildet ist.

Das Statorsegment 1 ist in diesem Fall in axialer Richtung aus einzelnen Teilblechpaketen 9 aufgebaut, die durch Ab standshalter 5 voneinander beabstandet sind. Jedes Teilblech paket 9 weist eine vorgegebene Anzahl von Blechen 8 auf. Die se Paketierung des Statorsegments 1 erleichtert im Einsatz fall des Statorsegments 1 bzw. des eines zusammengesetzten Stators 15 in einer Windkraftanlage 12 eines Generators eine radiale Kühlung des Stators 15.

In Nuten 2 des Statorsegments 1 sind Formspulen, insbesondere Zahnspulen 4 eingesetzt, die jeweils einen Zahn 3 oder mehre re Zähne umfassen.

FIG 2 zeigt eine Detailansicht eines Randbezirks eines Sta torsegments 1 mit seinen radial nach außen weisenden Zähnen 3, den Nuten 2 und den angedeuteten Abstandshaltern 5 zwi schen den Teilblechpaketen 9. Die Abstandshalter 5 sind in dieser Darstellung in ihrer Breite wesentlich geringer ausge führt als die Breite eines Zahnes 3. Diese Ausgestaltung bil det, in radialer Richtung betrachtet, Kühlkanäle des Stator segments 1 mit vergleichsweise großem Querschnitt. Der Ab standshalter 5 erstreckt sich in radialer Richtung bis zum Jochrücken 14 oder aus mechanischen Gründen bis in den Joch rücken 14 des Statorsegments 1.

Die Abstandshalter 5 sind in ihrer radialen Ausdehnung maxi mal so hoch wie der Jochrücken 14 und die radiale Zahnhöhe zusammen. Im Normalfall werden die Abstandshalter 5 in den Bereich des Jochrückens 14 ragen und auch nicht die maximale Zahnhöhe einnehmen, wie dies beispielhaft an einem Zahn 3 der FIG 2 gezeigt ist. An dem äußeren Rand des Statorsegments 1 befindet sich somit nur ein Teil einer Nut 2, die als offene Nut 13 bezeichnet wird, in die ein Spulenschenkel 10 einer Zahnspule 4 oder ei ner anderen Formspule positioniert ist. Eine Nut 2 setzt sich aus Nutseitenwänden und einem Nutgrund zusammen. Als offene Nut 13 wird demnach eine Nut bezeichnet, die nur eine Nutsei tenwand und zumindest einen Teil des Nutgrundes aufweist.

Die Nuten 2, 13 sind dabei im Wesentlichen parallel zu einer Achse 16 eines Stators 15 ausgerichtet.

Um nunmehr eine Positioniergenauigkeit und Fixierung dieses Spulenschenkels 10 einer Formspule oder Zahnspule 4 zu erhal ten, wird, wie in FIG 3 dargestellt, an den Abstandshaltern 5, die sich in der Lücke 7, also dem axialen Abstand zwischen den Teilblechpakete 9 erstrecken, ein amagnetischer Kabelbin der 6 vorgesehen. Der amagnetische Kabelbinder 6 wird um den in der offenen Nut 13 befindlichen außenliegenden Spulen schenkel 10 einer Zahnspule 4 gelegt. Damit wird der außen liegende Spulenschenkel 10 mittels des amagnetischen Kabel binders 6 am Abstandshalter 5 fixiert, der wiederum zwischen die Teilblechpakete 9 eingekeilt und dort fixiert ist. Damit erleichtert sich auch im Fertigungsprozess die Imprägnierung, da ein „sich bewegbarer außenliegenden Spulenschenkels 10" vermieden wird.

In einer perspektivischen Darstellung dieses Außenbereichs gemäß FIG 4 wird die Positionierung des amagnetischen Kabel binders 6 in einer radialen Lücke 7 zwischen zwei Teilblech paketen 9 am Abstandshalter 5 gezeigt. Damit ist der außen liegende Spulenschenkel 10 an dem außenliegenden Zahn fest fixiert. Dieser Zahn bildet mit einer Seite die Nutseitenwand der offenen Nut 13. Der amagnetische Kabelbinder 6 zieht so mit den außenliegenden Spulenschenkel 10 an die Nutseitenwand der offenen Nut 13.

Aufgrund zumindest einer Ausnehmung im Abstandhalter 5 und/oder in der Spule 4 im axialen Bereich dieses Abstandhai- ters 5 kann der amagnetische Kabelbinder 6 auch nur Abschnit te des Abstandhalters 5 und der Spule 4 umgreifen, ohne die angestrebte Fixierung der Spule 4 an den Zahn zu beeinträch tigen. Dabei kann der der Kabelbinder 6 durch diese Ausneh mungen gefädelt werden. Dies verkleinert den Umschlingungsum fang, sodass auch kürzere Kabelbinder 6 eingesetzt werden können .

Ein derartiger amagnetischer Kabelbinder 6 ist bei den be schriebenen Statorsegmenten 1 an einem oder mehreren Ab standshaltern 5 zur Fixierung des Spulenschenkels 10 vorgese hen. Auf die axiale Länge eines Statorsegments 1 betrachtet befinden sich beispielsweise nur an einem oder an jedem Ab standshalter 5 oder jeden zweiten Abstandshalter 5 die Kabel binder 6.

In FIG 5 ist in einer anderen Darstellung dieser Anordnung gemäß FIG 4 gezeigt, wie die Positionierung der Spule 4 auf dem letzten Zahn des Statorsegments 1 erfolgt. Der Abstands halter 5 zwischen den Teilblechpaketen 9 ist dabei noch nicht mit einem amagnetischen Kabelbinder 6 versehen. Damit würde sich der außenliegende Spulenschenkel 10 im weiteren Ferti gungsprozess oder gar bei der Montage der Statorsegmente 1 zu einem Stator 15 gegebenenfalls vom Zahn 3 wegbewegen.

FIG 6 zeigt einen Querschnitt der oben genannten Darstellung die Anordnung der Spule 4 auf dem letzten, also äußeren Zahn 3, wobei das Wicklungssystem dieses Statorsegments 1 dadurch so aufgebaut werden kann, dass um jeden Zahn 3 eine Zahnspule 4 vorgesehen wird. Das bedeutet, dass in jeder Nut 2 unter schiedliche Spulenseiten unterschiedlicher Spulen 4 vorhanden sind .

Jeder in einer offenen Nut 13 befindliche Spulenschenkel wird durch einen oder mehrere vorzugsweise axial verteilt angeord nete Kabelbinder 6 am äußeren Zahn bzw. an der Nutseitenwand der offenen Nut 13 im Bereich der Abstandshalter 5 fixiert. Eine derartige Anordnung von Statorsegmenten 1 wird bei Sta toren 15 bevorzugt, die für große Leistungen und/oder Direkt antriebe, insbesondere bei Windkraftanlagen 12 gemäß FIG 7 oder Rohrmühlen vorgesehen sind. Ein Rotor dreht dabei um ei- ne Achse 16, wobei die Nuten 2 des Statorsegments 1 und des Stators 15 im Wesentlichen achsparallel ausgerichtet sind.

Dabei kann ein Lüfter einen Kühlstrom 17 erzeugen, der zumin dest den Generator und/oder Umrichterkomponenten, insbesonde- re den Stator 15 über die durch die Abstandshalter 5 gene rierten radialen Kühlkanäle im Statorsegment 1 kühlt.