DE102009006763A1

DE102009006763A1 - Spule für eine dynamoelektrische Maschine

Info

Publication number: DE102009006763A1
Application number: DE102009006763A
Authority: DE
Inventors: Irene Olbrich; Joachim Risse; Rüdiger Schäfer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spule für eine dynamoelektrische Maschine (1), wobei die Spule eine oder mehrere Windungen aufweist, die jeweils als Litzenleiter (16) mit einer Vielzahl von Filamenten (17) ausgebildet ist, wobei einige dieser Filamente elektrisch nicht leitende Trägerfilamente (15) sind, die eine härtungsaktivierende Substanz, insbesondere einen Beschleuniger, enthalten und in vorgebbarer Anzahl und Platzierung innerhalb des Litzenleiters (16) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spule für eine dynamoelektrische Maschine, wobei die Spule eine oder mehrere Windungen aufweist, die jeweils als Litze mit einer Vielzahl von Filamenten ausgebildet ist.
Darüber hinaus betrifft diese Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine dynamoelektrische Maschine in Litzentechnologie.
Dynamoelektrische Maschinen weisen insbesondere in Nuten eines Stators Wicklungen auf, die unter anderem als Formspulen ausgebildet sind, die vorrangig aus Rechteckleitern hergestellt werden. Für diese Rechteckleiter wurden bislang massive Aluminium oder Kupferleiter eingesetzt. Es ist jedoch auch bekannt, für diese Einsatzzwecke Litzen zu verwenden.
Beispielsweise sind aus der WO 02/11268 Wicklungen für elektrische Maschinen mit Leitern aus Litzen bekannt. Unter einer Litze wird dabei eine Vielzahl von Filamenten verstanden, die miteinander verseilt und/oder verpresst sind. Diese Filamente sind in der Regel nicht isoliert, aber die Litzenleiter, die jeweils durch eine Vielzahl von Filamenten gebildet werden, und die einen viereckigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, sind mit einer Außenisolierung versehen.
Aus der DE 31 33 811 A1 ist eine Wicklung für elektrische Maschinen bekannt, deren Spulen isolierte Runddrähte mit parallel mitgewickelten dünneren Fäden aufweisen.
Aus der DE 102 60 317 A1 ist eine Spule für eine dynamoelektrische Maschine bekannt, bei der die einzelnen Filamente einen härtungsaktivierenden Überzug aufweisen.
Vor dem Isolieren werden die Litzenleiter bzw. deren lackbeschichtete Einzeldrähte mit einer härtungsbeschleunigenden Lösung überzogen. Dies erfolgte bislang durch Eintauchen des kompletten Litzenleiters in ein Beschleunigerbad oder durch Einstreichen bzw. Beträufeln der Litzenleiter mit der Beschleunigerlösung. Eine gleichmäßig dosierte Beschleunigermenge lässt sich mit diesen Verfahren aber nicht in den Litzenleiterverband einbringen.
Ein zu geringer Beschleunigeranteil begünstigt das vorzeitige Entweichen des Harzes aus dem Litzenleiterverband. Ein zu hoher Beschleunigeranteil führt indes zu ungewollten Verklebungen der Leiterisolierung.
Ausgehend davon liegt dem Fachmann die Aufgabe zugrunde, einen Litzenleiter zu schaffen, der die für seine Anwendung optimalen Beschleunigeranteile aufweist, um die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Spule für eine dynamoelektrische Maschine, wobei die Spule eine oder mehrere Windungen aufweist, die jeweils als Litze mit einer Vielzahl von Filamenten ausgebildet ist, wobei einige dieser Filamente elektrisch nicht leitende Trägerfilamente sind, die eine härtungsaktivierende Substanz, insbesondere einen Beschleuniger enthält und in vorgebbarer Anzahl und/oder Platzierung innerhalb der Litze angeordnet sind.
Dabei wird nunmehr durch einzelne Trägerfilamente die sowohl in ihrer Anzahl als auch in ihrer Platzierung innerhalb der Litze zielgenau angeordnet werden können, die optimale Menge von Beschleunigermaterial in die Litze eingebracht, um so die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Somit wird ein vorzeitiges Entweichen des Harzes, als auch ein ungewolltes Verkleben der Isolierung vermieden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch ein Verfahren zur Herstellung der Spule für eine dynamoelektrische Maschine durch folgende Schritte:

– Verseilen von elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Filamenten einer Litze, so dass die elektrisch nicht leitfähigen Trägerfilamente in vorgebbarer Anzahl und Platzierung innerhalb der Litze angeordnet sind,
– Formen der Litzen zu einer vorgegebenen Spulenform,
– Tränken der geformten Litzen mit einem aushärtbaren Füllmaterial, das bei Kontakt mit der härtungsaktivierenden Substanz der Trägerfilamente härtet.

Die Trägerfilamente sind vorzugsweise mit einer härtungsaktivierten Substanz versehen, wobei die Trägerfilamente aus Glasfaser, Vlies oder Filz sind. Diese Trägerfilamente werden bei der Herstellung eines Litzenleiters bereits in die Litze mit eingelegt, eingewebt oder verseilt.
Somit ist es möglich, den elektrisch leitenden Filamenten innerhalb eines Litzenleiters auch im Inneren gegenüber Umwelteinflüssen, Durchschlägen und dergleichen einen ausreichenden Schutz zu gewähren und somit zwischen den Filamenten der Litze eine definierte Anordnung der Trägerfilamente zu schaffen, die zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Spule und damit der gesamten Wicklung der dynamoelektrischen Maschine beiträgt.
Sowohl die einzelnen Filamente, als auch die Litze mit ihrer Vielzahl von Filamenten können derart geformt bzw. gewalzt sein, dass sie neben einem rundlichen Profil auch ein Rechteck- oder Dreiecksprofil aufweisen. Damit kann je nach Anwendung, beispielsweise je nach Nutenform der dynamoelektrischen Maschine eine weitere Erhöhung der Nutfüllung gewährleistet werden.
Durch das Füllen der Hohlräume im Litzenleiter wird ein verbesserter Wärmeübergang sichergestellt und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften der Wicklung, vor allem der Stei figkeit, insbesondere im Wickelkopfbereich der dynamoelektrischen Maschine verbessert.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine prinzipielle elektrische Maschine,
2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Litzenleiter.
1 zeigt einen Längsschnitt einer prinzipiellen dynamoelektrischen Maschine 1, die einen Ständer 2 und einen Läufer 5 aufweist. Der Läufer 5 treibt eine Welle 4 an, die sich aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Ständer 2 und Läufer 5 über den Luftspalt 10 einstellt. In nicht näher dargestellten Nuten des Ständers 2 ist ein Wicklungssystem vorhanden, das an den Stirnseiten des Ständers 2 Wickelköpfe 3 ausbildet. Zur Kühlung der dynamoelektrischen Maschine 1 ist ein Lüfter 6 vorgesehen, der normalerweise drehfest mit der Welle 4 verbunden ist. Die Welle 4 ist über ein in einem Lager 8 angeordneten Lagerschild 9 drehbar gelagert.
Das Wicklungssystem einer dynamoelektrischen Maschine 1 in Hochspannungstechnikausführung ist erfindungsgemäß aus Litzenleitern 16 aufgebaut, wobei ein Litzenleiter 16, wie in 2 in einem Querschnitt dargestellt eine in diesem Fall rechteckige Grundform aufweist, und außen von einer durchtränkten Glimmerbandisolierung 11 umgeben ist. Die einzelnen elektrisch leitenden Filamente 17 des Litzenleiters 16 sind von einem ausgehärteten Epoxydharz 12, das sich in den Hohlräumen zwischen den Filamente 17 befindet, umgeben. Die einzelnen Filamente 17 sind lackbeschichtet. Wobei die elektrisch leitenden Filamente 17 aus einem elektrisch gut leitenden Material vorzugsweise aus Kupfer sind.
Erfindungsgemäß befinden sich nun in einer vorgebbaren Anzahl und Platzierung innerhalb des Litzenleiters 16 mit Beschleuniger behandelnde Trägerfilamente 15, die eine ausreichende aber nicht übermäßige Konzentration einer härtungsaktivierenden Substanz, z. B. eines Beschleunigers innerhalb des Litzenleiters 16 aufweisen. Damit wird sowohl das Auslaufen des Harzes, als auch ein Verkleben der Leiterisolierung vermieden.
Wie der beispielhaften Anordnung der Trägerfilamente 15 gemäß 2 zu entnehmen ist, sind die Trägerfilamente 15 innerhalb des Litzenleiters 16 so angeordnet, dass sich eine gleichmäßige Verteilung des Beschleunigers innerhalb des Litzenleiters 16 ergibt.
Ebenso sind auch Anordnungen denkbar, wo innerhalb des Litzenleiters 16, zeilenmäßig betrachtet, jedes x-te Filament 17 durch ein im Durchmesser nahezu identisches Trägerfilament 15 ersetzt ist.
Falls die Litzenleitern 16 über ihre Länge betrachtet verseilt aufgebaut sind, wechselt damit die Position der Filamente 17 und der Trägerfilamente 15, so dass letztendlich eine homogene Verteilung des Beschleunigers innerhalb des Litzenleiters 16 erreicht wird.
Vorteilhafterweise ist dabei die Schlagweite der Verseilung von Filamenten 17 und Trägerfilamenten 15 unterschiedlich, beispielsweise um den Faktor 2. Das würde bedeuten, dass bei einer Verseilung der Filamente 17 mit einer Schlagweite von einem Meter (d. h. das Filament 17 erreicht seine Position innerhalb des Litzenleiters 16 wieder nach einem Meter), die Trägerfilamente eine Schlagweite von zwei Metern oder einem halben Meter innerhalb des Litzenleiters 16 aufweisen.
Durch einen erfindungsgemäßen Litzenleiter 16 lassen sich Spulen insbesondere für dynamoelektrische Maschinen 1 aufbauen, die sich in einfacher Art und Weise den vorhandnen Nuten profilen des Ständers 2 der dynamoelektrischen Maschine 1 anpassen lassen. Des Weiteren weist der Wickelkopf 3 aufgrund dieser Litzenleiter 16 eine vergleichsweise geringe Ausladung auf, die sich aufgrund der vergleichsweise verbesserten Montage einstellt.
Aufgrund des homogenen Aufbaus des Litzenleiters 16 sind keine Einschlüsse bzw. Hohlräume vorhanden, so dass Teilentladung oder gar Durchschläge im Wicklungssystem der dynamoelektrischen Maschine 1 vermieden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 02/11268 [0004]
- DE 3133811 A1 [0005]
- DE 10260317 A1 [0006]

Claims

Spule für eine dynamoelektrische Maschine (1), wobei die Spule eine oder mehrere Windungen aufweist, die jeweils als Litzenleiter (16) mit einer Vielzahl von Filamenten (17) ausgebildet ist, wobei einige dieser Filamente elektrisch nicht leitende Trägerfilamente (15) sind, die eine härtungsaktivierende Substanz, insbesondere einen Beschleuniger enthalten und in vorgebbarer Anzahl und Platzierung innerhalb des Litzenleiters (16) angeordnet sind.
Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial der Trägerfilamente (15) Glasfaser, Vlies oder Filz ist.
Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Filamente (17) und die elektrisch nicht leitfähigen Trägerfilamente (15) innerhalb eines Litzenleiters (16) verseilt sind.
Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Filamenten (17) bzw. Filamenten (17) und Trägerfilamenten (15) vorhandenen Hohlräume mit beschleunigerfreiem Tränkmittel, beispielweise Harz gefüllt sind.
Wicklung für eine dynamoelektrische Maschine (1) mit zumindest einer Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Dynamoelektrische Maschine (1) mit zumindest einer Wicklung nach Anspruch 5.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine dynamoelektrische Maschine (1) durch folgende Schritte: – Zusammenführen, insbesondere Verseilen von elektrisch leitfähigen Filamenten (17) und elektrisch nicht leitfähigen Trägerfilamenten (15) zu einem Litzenleiter (16), so dass die elektrisch nicht leitfähigen Trägerfilamente (15) in vorgebbarer Anzahl und Platzierung innerhalb des Litzenleiters (16) angeordnet sind, – Formen des Litzenleiters (16) zu einer vorgegebenen Spulenform, – Tränken des geformten Litzenleiters (16) mit einem aushärtbaren Füllmaterial, das bei Kontakt mit der härtungsaktivierenden Substanz der Trägerfilamente (15) aushärtet.
Verfahren zum Herstellen einer Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen den Filamenten (17) bzw. zwischen den Filamenten (17) und den Trägerfilamenten (15) durch Extrusion während der Herstellung des Litzenleiters (16) gefüllt werden.