(57)【要約】  本発明は、発電電動機械のためのローターに関し、ローターは、ローター本体の軸方向に延在する溝に配置された巻線要素と、ローター本体に軸方向に隣接して配置された巻線ヘッドであって、巻線ヘッド領域で巻線要素は、溝から軸方向に出て軸方向斜めに延在し、かつ巻線要素の軸方向の端部近くで軸方向に再度延在し、さらなる巻線要素に接続される、巻線ヘッドと、巻線ヘッド内に半径方向に配置された巻線ヘッドキャリアと、を備え、巻線ヘッドは、引張ボルトによって巻線ヘッドキャリアに接続され、引張ボルトは、半径方向外側端部で支持体に係合し、支持体は、巻線ヘッド領域で巻線要素上に設置され、引張ボルトは、軸方向に延在する領域または軸方向から軸方向斜めに延在する方向に屈曲する領域において、半径方向に巻線ヘッドを貫通し、支持体は、軸方向に離間した少なくとも２つの円周セグメント環状装置を形成している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電動機械のためのローター（１）であって、該ローターは、
ローター本体（２）の軸方向に延在する溝（１１）に配置された巻線要素（５）と、
前記ローター本体（２）に軸方向に隣接して配置された巻線ヘッド（６）であって、前記巻線ヘッド（６）領域において、前記巻線要素（５）は、前記溝（１１）から前記軸方向に出て、前記軸方向に対して斜めに延在し、かつ前記巻線要素の前記軸方向の端部近くで前記軸方向に再度延在し、かつさらになる巻線要素（５）に接続される、巻線ヘッド（６）と、
前記巻線ヘッド（６）内に半径方向に配置された巻線ヘッドキャリア（７）と、
を備え、
前記巻線ヘッド（６）は、引張ボルト（９）によって前記巻線ヘッドキャリア（７）に接続され、該引張ボルトは、前記半径方向の外側の端部で支持体（８）に係合し、該支持体は、前記巻線ヘッド（６）領域にて前記巻線要素（５）上に設置され、
前記引張ボルト（９）は、前記巻線要素が前記軸方向に延在する領域、または前記軸方向から前記軸方向に対して斜めに延在する方向へ前記巻線要素（５）が屈曲する領域において、前記半径方向に前記巻線ヘッド（６）を貫通し、かつ
前記支持体（８）は、前記軸方向に離間した少なくとも２つの円周分割環状装置を形成することを特徴とする、ローター。
【請求項２】
２つの巻線要素（５）がそれぞれ各前記溝（１１）から前記軸方向に出て、前記軸方向の部分の後で、前記巻線要素（５）の一方は、前記軸方向に対して右斜めに延在し、および前記巻線要素（５）の他方は、前記軸方向に対して左斜めに延在し、およびその後で前記巻線要素（５）は、それらの前記軸方向の端部の領域において前記軸方向に再度延在し、および他の巻線要素（５）との接続部（１２）を有し、
前記引張ボルト（９）は、前記ローター本体（２）の方向から見て、前記ローター本体（２）と巻線要素（５）の最初の交差部との間、および巻線要素（５）の最後の交差部と前記接続部（１２）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のローター。
【請求項３】
前記支持体（８）の１つは、１つの引張ボルト（９）にそれぞれ関連することを特徴とする請求項１または２に記載のローター。
【請求項４】
前記支持体（８）が非磁気性、特に電気絶縁性の材料で作られていることを特徴とする、請求項１、２または３に記載のローター。
【請求項５】
前記支持体（８）が、繊維強化材料で作られていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のローター。
【請求項６】
前記支持体（８）の材料が、プラスチックで作られた材料マトリックスに規則的なまたは不規則な繊維、特にガラス繊維および／または炭素繊維を備えることを特徴とする、請求項５に記載のローター。
【請求項７】
前記引張ボルト（９）は、内部形状を有するネジ頭（１０）と一体に構成され、取り付けられた状態で前記ネジ頭（１０）は、前記支持体（８）の凹部に設置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のローター。
【請求項８】
前記引張ボルト（９）は、前記支持体（８）の前記軸方向の可動性を設けるように、前記巻線ヘッドキャリア（７）領域に固定されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のローター。
【請求項９】
前記引張ボルト（９）は、軸方向に延在するプロファイル溝（１４）またはプロファイル溝部分に対応して前記巻線ヘッドキャリア（７）領域に配置されたプロファイル本体（１５）にねじ込まれることを特徴とする、請求項８に記載のローター。
【請求項１０】
冷却空気の貫流のための半径方向に延在する開口部（１３）が前記巻線ヘッドキャリア（７）領域に設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のローター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに詳細に定義されたような発電機などの発電電動機械のローターに関する。
【背景技術】
【０００２】
ローター巻線の巻線ヘッドを固定するために、とりわけ一般的な方法は、環状の巻線ヘッドキャリアによって内部で巻線ヘッドを支持し、かつ結合バンドによって巻線ヘッドを前記巻線キャリアに固定する方法である。特に大きな機械の場合、結合バンドの代わりに数個に分割した環を使用することも可能であり、環は、中間絶縁層を有して巻線ヘッドに載置され、およびネジによって巻線キャリアに固定されている。特に大きい遠心力の場合、キャップもまた巻線ヘッドにスライドさせることもできる。このようなキャップは、特にタービン発電機のローターの巻線ヘッドを固定するために用いられる（非特許文献１、特許文献１、特許文献２参照）。さらに励起コイルの外表側に載置された保持架橋の補助により、同期機械の励起発生コイルに由来する遠心力を吸収することも知られており、保持架橋自体は、機械の本体に固定され張力がかけられたボルトによって保持される（特許文献３）。
【０００３】
ローターの巻線ヘッドを固定する課題は、特に揚水貯蔵運転のための速度制御可能な水力モーターに使用されるローター給電スリップリング機械にあてはまる。とりわけこのような発電モーターはローターが３ｍ〜８ｍの直径を有するということに特徴がある。このようなローターの巻線ヘッドを固定するために、Ｕ字形状の締付ボルトの端部を固定して、架台を介してローター本体に保持環を配置することが知られている。それぞれの１つの締付ボルトは、そのＵ字形端部によって巻線ヘッドを把持する（非特許文献２,特許文献４）。このような巻線ヘッド固定は、構造上および取り付けの観点から非常に複雑である。
【０００４】
特許文献５には、上述の種類の発電電動機械が記載されている。遠心力に対する固定装置は、連結棒を備え、該連結棒の半径方向の内側端部が支持リングに、およびそれらの半径方向の外側端部が巻線ヘッドの半径方向外側に載置される軸受けボックスに作用する。
【０００５】
巻線ヘッドには、電流が流れる。したがって、それらは、高温に加熱され、かつ膨張する。一方、支持リングには電流が流れないため、冷たいままである。それらから及ぼされる機械的な張力を防ぐために、大抵は機械の表側から支持リングおよび巻線ヘッドの間のエアギャップに冷却空気が供給される。冷却空気は、巻線ヘッドの間の半径方向の間隙に入り、前記巻線ヘッドを通り半径方向に流れ、巻線ヘッドの外側に再び出る。実際には、軸受けボックス−前述のドイツ明細書において−が比較的大きく、巻線ヘッドの円周の部分を実質的に覆っている場合には、この種の冷却では不十分であることが示されている。
【０００６】
したがって、巻線ヘッドの領域に冷却空気が流れることができるように、ローター本体に隣接して設置された巻線ヘッドキャリアの領域に半径方向に延在する開口部を備える構成は、特許文献６から既知である。十分な貫流を確実にするために、支持体は、連結棒を介して遠心力に対して巻線ヘッドを支えるための巻線ヘッドキャリア領域の支持リングに接続される。前記支持体は、比較的小さい形状で提供されており、主に軸方向に対して斜めに巻線ヘッド領域に延在する巻線要素にわたって分配配置される。
【０００７】
記載された構成によって巻線ヘッド領域内の巻線要素のより良い冷却が可能であるとしても、個々の巻線要素の間の引張ボルトを半径方向に案内するための十分な空間を設けることが必要であるため、全体としてかなりの大きさになる。さらにこれは、空気抵抗について決定的に不利である。非常に多く分配され、巻線ヘッド上で互いに対して大きい距離を有する支持体は、特に速く回転する機械の場合に、大きい空気抵抗を伴う大量の空気の渦を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許発明第２６２９５７４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第７０１６１２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第９５０６５９号明細書
【特許文献４】特開平０４−０９８４４４号公報
【特許文献５】独国特許発明第１９５１９１２７号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１９５１３４５７号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００９０１６５１６号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第１０２００９０１６５１５号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「Leitfaden der Elektrotechnik (電気工学ガイド）」第３巻「Konstruktions und Festigkeitsberechnungen elekrrischer Maschinen （電気機械の構造および強度計算）」Dr. C. von Dobbeler著,１９６２年, B.G, Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart, ２５頁〜２９頁および５８頁〜６２頁
【非特許文献２】１９９２年８月３０日〜９月５日,ＣＩＧＲＥカンファレンスレポート,11〜104,「Development and achieved commercial operation ..... for a pumped storage power plant」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、一方で、遠心力により半径方向に拡大する巻線ヘッドの確実な固定を保証し、他方でコンパクトかつ費用効果の高い構成が十分な冷却との組み合わせで実現することができるような、請求項１のプリアンブルによる発電電動機械のローターを提供するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、請求項１の特徴部分に記載の特徴よって達成される。さらなる好都合な実施形態は、請求項１に従属する請求項によって提供される。
【００１２】
本発明による解決策によって、連結棒が個々の巻線要素の間の中空空間を通って延在できるように、引張ボルトを有する支持体が巻線ヘッドの周りに配置され、中空空間は、任意に設けられる。この目的のために、引張ボルトは、巻線要素間に延在するように配置され、これは、軸方向に延在する巻線領域、または軸方向から軸方向対して斜めに延在する巻線要素が屈曲する領域で行われる。結果として、軸方向に対して斜めに延在す領域において巻線要素が互いに非常に近くに延在できるため、巻線ヘッドを軸方向に非常にコンパクトにすることができる。したがって巻線ヘッドは、軸方向に非常に短く、かつ斜めに延在する部分のみに巻線要素の非常に短い自由経路を備えるように作られる。そして巻線要素は、軸方向端部の領域において軸方向に延在し、ローター本体または溝から出る際に巻線要素が延在しているところに設けられるような個々の巻線要素間の距離を再度形成する。結果として、軸方向に延在する領域または屈曲領域において、さらなる引張ボルトおよび関連する支持体のための十分な空間がまたここに作られる。そしてこの構成は、支持体が互いに軸方向に離間して周囲に設置された、少なくとも２つに分割された環状装置を形成することによって実現され、これは、特に追加的な空間を必要とせずに連結棒によって巻線ヘッドキャリアに接続可能な領域で行われる。
【００１３】
軸方向に非常に短い巻線ヘッドに加えて、本発明により配置されたローターは、軸方向に互いに離間した、２つに分割された環状装置の支持体を備え、該環状装置の間には自由空間が残るため、これら２つの環状装置の間を冷却空気がよく流れることができて、巻線要素を冷却することができる。個々の支持体によって形成された環状装置により、互いに離間して配置されたいくつかの支持体を有する最初に述べた従来技術の構成と比較して、比較的好ましい抵抗係数を有し、そのため速く回転するローターの場合であっても、著しく小さい空気抵抗しか生じないという構成を作ることができる。
【００１４】
本発明によるローターは、巻線ヘッドの領域において、空間を節約し、したがって巻線ヘッドキャリアの材料、特に巻線要素の材料を節約する単純かつコンパクトな構成が可能となる。この材料は、通常電気をよく通す材料（例えば銅）であるため、大幅な費用優位性が達成される。巻線ヘッドおよび巻線ヘッドを支持する巻線ヘッドキャリアのより短く、かつより小さい構成は、さらに半径方向外側に比較的遠くに設置されたローター領域の重量を節約することができる。
【００１５】
非常にコンパクトな巻線ヘッドは、ローターを支持する軸受けスパンを小さくすることができるというさらなる利点を提供する。ローターを支持するこのようなより小さい軸受けスパンにより、より高い臨界回転速度を可能にし、大幅な設計上の優位性を示している。
【００１６】
さらに、２つのそれぞれの巻線要素が各溝から軸方向に出る、本発明によるローターの有利なさらなる発展形が提供され、巻線要素の一方は、軸方向に進んだ後で軸方向に対して右斜めに延在し、巻線要素の他方は、軸方向に対して左斜めに延在する。そして、巻線要素は、互いに接続される前に、軸方向にみて巻線ヘッドの他端部において、短い距離だけ軸方向に再度延在する。結果として、引張ボルトは、ローター本体の方向から見て、ローター本体と一側の巻線要素の最初の交差部との間に、および巻線要素の最後の交差部と、他側の巻線要素の接続部との間に配置される。この構成はまた、引張ボルトを自由領域、特に個々の巻線要素の屈曲領域に配置する。引張ボルトは、巻線要素が交差する交差点の方向に押されることができ、２つの交差する巻線要素および溝の間に延在するローター本体の材料によって、三角形のような形の間に事実上密閉され、したがって特にコンパクトな方法で配置されることができる。ローターの形状は、この特にコンパクトな配置によってさらに小さくすることができる。
【００１７】
支持体は、通常２つ以上の巻線要素を載置し、遠心力に対して半径方向に支持するように、異なる大きさに構成することができる。それぞれ１つの支持体がそれぞれ１つの引張ボルトに関連する、特に適切かつ好ましい実施形態が提供される。これは、欠陥がある支持体および／または引張ボルトを単純かつ効率的な方法で交換可能にするために、特に適切かつ単純である。引張ボルトによってそれぞれ固定された、多数の支持体に分割することにより、影響を受けた巻線の交換を可能とするために、巻線要素を選択的に交換する必要がある場合に、意図的に支持体および引張ボルトをほとんど除去しなくてよい。
【００１８】
支持体が繊維強化材料から作られている本発明によるローターのさらにより好都合な実施形態が提供される。プラスチックから作られているマトリックス材料での規則的な、または不規則な繊維を備えることができるこのような繊維強化材により、非常に費用効果の高い構成が可能となり、かつ比較的軽い重量で強度を強くすることができるため、費用および重量を節約して巻線ヘッド領域において遠心力に対して必要な巻線ヘッドの支持が実現できる。ガラス繊維強化プラスチック材料の形の構成は、生じる遠心力を吸収する目的において、ほとんどの機械に対して十分である。速い回転の機械の場合、支持体はまた炭素繊維強化プラスチックで作ることができる。強度が強くなり、重量はさらに低減されるが、わずかに費用がかかる。
【００１９】
繊維強化材料から作られている支持体の構成は、単純かつ効率的な方法によって比較的自由に選択可能な成形によって作ることができるという利点をさらに提供する。支持体は、立方体状の板のように配置されないようにすることができ、一定量の丸みを設けて分割されているが、取り付け後に高度に均質な環を形成することができ、軸方向に丸みを帯びた縁によって空気抵抗に対して最適化することができる。
【００２０】
引張ボルトは、事実上任意の方法で配置することができる。特に、両側にねじ山を有し、通常平ワッシャーおよびナットによって支持体の領域に固定され、および例えばプロファイル溝などのプロファイル要素領域にねじ山を有する引張ボルトを設けることができる。引張ボルトのこの構成、およびまた全ての他の既知の構成には、比較的多くの数の部品が設けられ、ローターによって生じる空気抵抗に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、内部形状を有するネジ頭に引張ボルトが一体に配置され、取り付けられた状態で支持体の凹部にネジ頭が載置される、非常に好都合な本発明のさらなる発展形が提供される。六角ソケット、トルクス（登録商標）等の内部形状（内部駆動）を有するネジ頭を有するこのような構成は、取り付けに関して非常に単純かつ効率的である。ネジ頭には、面取り形状を設けることができ、支持体の領域の面取りした面に置かれ、面は、引張ボルトのための穴の周りに配置される。外側に対して支持体が比較的平面になるように、ネジ頭は、支持体への取り付けの間に見えなくなり、これが比較的低い空気抵抗を提供する。平ワッシャーおよびナットと共に固定される必要がある引張ボルト以外では、部品の数を少なくする構成がさらに得られ、これにより、取り付けの際の取り扱いが簡単になる。これはまた、重量ならびに材料および取り付け費用の両方に関する利点につながる。
【００２１】
軸方向における支持体の可動性を保証するように、巻線ヘッドキャリアの領域に引張ボルトが固定された、本発明によるローターのさらに非常に好都合な実施形態が提供される。巻線要素に電流が流れ、それに応じて加熱されるため、軸方向における支持体のこの可動性は、望ましいものである。巻線ヘッドキャリア自体は、加熱されない、または少なくともそれほど高くならない。この加熱の強さの違いおよび異なる材料の結果として、特に巻線要素の最も長い伸長方向において、すなわち実質的にローターの軸方向において、互いに対する構成要素の相対移動が発生する。良好に冷却される場合においてもしばしば完全に防ぐことが不可能なこのような直線的な膨張をそれぞれ補うために、支持体に軸方向の可動性を持たすように巻線ヘッドキャリアの領域に引張ボルトが固定されることができる。結果として、支持体および引張ボルトにかかる不必要な張力および高い機械的な負荷を回避することができる。
【００２２】
考え得る実施形態において、支持体の可動性を確実にするために、引張ボルトは、軸方向に延在するプロファイル溝またはプロファイル溝部分に対応して巻線ヘッドキャリアの領域に配置される軸方向のプロファイル本体にねじ込まれる。このようなプロファイル本体は、ありつぎ状のプロファイル溝に配置することができ、支持体は、軸方向可動性はなおも保証される程度に巻線ヘッドキャリアによって締め付けられる。プロファイル本体は、プロファイル溝内で摺動することができる。軸方向に位置合わせして配置された２つのそれぞれの引張ボルトに対して１つの単独のプロファイル本体を使用することができ、単独のプロファイル本体は、プロファイル溝または軸方向に位置合わせされたいくつかのプロファイル溝部分に配置される。また、各引張ボルトの個別のプロファイル溝に個別のプロファイル本体を設けることができる。また、円周方向に隣接して設置された、いくつかの張力ボルを収容することができる程度に、円周方向に延在するプロファイル溝を設けることができる。
【００２３】
またこのような巻線ヘッドにおいて引張ボルトの軸方向の可動性を保証することができる角度調整可能ボルトの形の代替の実施形態が特に特許文献７に記載されている。巻線ヘッドの内部において全体が軸方向に移動可能な方法で支持リングが配置された第３の可能性は、特許文献８に記載されている。
【００２４】
本発明によるローターのさらなる実施形態において、冷却空気の貫流のための半径方向に延在する開口部が巻線ヘッドキャリアの領域に設けられている。巻線ヘッドキャリアの環状中断の形、または半径方向に延在するチャネルの形で巻線ヘッドキャリアの領域に配置することができるこのような開口部は、巻線ヘッドの通気を向上させる。巻線ヘッドの領域における冷却空気による巻線要素の非常に良好な貫流は、支持体の分割された環状装置の間に残された領域との組み合わせにより可能となり、前記巻線要素は、非常に良く冷却される。良好な冷却によりまた、巻線ヘッドキャリアに対する巻線要素の軸方向の相対移動を減らすことができるため、前述の方法の場合では、必要に応じて互いに対する比較的短い経路の軸方向の相対移動が構成要素内で可能であることを確実にすることのみが必要である。
【００２５】
本発明によるローターのさらなる好都合な実施形態は、残りの従属項により、および図面を参照することにより詳細に以下に説明される実施形態により提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるローターの部分的な断面を通る概略断面図を示す。
【図２】本発明によるローターの巻線ヘッド部分の三次元図を示す。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、発電電動機械のローター１の断面概略図を示す。このようなローター１は、例えば大きさが３ｍ〜８ｍの外径を有することができる。ローター１は、通常積層状に構成された、すなわち複数のシートが一枚一枚軸方向に積み重ねられているローター本体２からなる。ローター本体２は、この場合一例として示されるように例えばハブ３によって支持されることができる。典型的な層状構成のローター本体２において、圧力板４によって軸方向に引っ張られている。外周に亘って分布した多数の溝１１がローター本体２に設けられ、そこに巻線要素５が既知の方法によって配置される。図１は、ローター本体２の層状構成の図を示していない。同様に、溝１１は見えず、前記溝に延在する巻線要素５のみが隠線によって示されている。その間に絶縁層が設置される棒５の形（すなわちいわゆる上部棒およびいわゆる下部棒）で通常配置される巻線要素５は、ローター本体２の軸方向端部にて前記端部を越えて突出して、前記領域においていわゆる巻線ヘッド６を形成する。
【００２８】
前記巻線ヘッド６領域において、巻線要素５の端部は、所定の方法によって互いに接続されており、１の第１溝からの巻線要素５の端部は、前記第１溝に隣接する多数のｎ溝によって配置された溝の巻線要素５の端部にそれぞれ接続される。上部棒は、ｎ溝から離れて右側に隣接する溝、またはそこに設置された下部棒に接続されるのに対し、下部棒は、ｎ溝から離れて左側に隣接する溝またはそこに設置された上部棒に接続されるのが一般的であり、またはその逆も成り立つ。図１は、このような接続部１２のみの概略を示す。これは、適切な接続要素または互いに一体に接続された巻線要素５によって形成することができる。
【００２９】
これを実現するために、一旦ローター本体２または溝１１から離れた個々の巻線要素５は、短い距離だけ軸方向に継続し、そしてその端部が接続される巻線要素５の領域に到達するために軸に対して斜めに曲がることが必要であり、かつ一般的な方法である。
【００３０】
巻線要素５は、通常電気を非常によく通す材料、例えば銅で作られている。この材料は、比較的軟らかいため、ローター１の回転中に生じる遠心力により巻線ヘッド６の領域において巻線要素５は容易に変形し、支持されていないと、外向きに湾曲される。ここで示されるローター１の場合、巻線ヘッドキャリア７が巻線ヘッド６内に半径方向に、かつ巻線ヘッドと同軸上に配置されるように、巻線ヘッド６領域における巻線要素５の支持が配置され、巻線ヘッドキャリアはまたハブ３またはハブ３の拡張部に載置され、およびハブ３およびローター本体２と共に適宜回転する。前記巻線ヘッドキャリア７はまた、層状に構成されることができる、またはその代わりに大きい材料から別の方法で作ることができる、または例えば個々の要素から溶接された構造の形の中空体として構成されることができる。
【００３１】
巻線要素５には、巻線ヘッド６領域において巻線要素５に載置する支持体８が設けられ、支持体は、一部が引張ボルト９を介して巻線ヘッドキャリア７領域に接続される。支持体８は、非磁性材料から成る個別の小さい板または小さいブロッとして好ましく配置される。特に高速回転機械の場合は、支持体８がガラス繊維強化プラスチックなどの絶縁体、または任意の炭素繊維で強化されたプラスチック材料で作られている。繊維は、特に短繊維として不規則に支持体８の材料に配置することができる、または−吸収されるのに非常に強い力が必要である場合は−好ましく電気の流れに沿った規則的な配置のコイル状繊維ストランド、織り繊維マット等の形にすることができる。個々の支持体８は、引張ボルト９で巻線ヘッドキャリア７に接続されており、遠心力に対して巻線要素５を支持することができる。名前によって既に示されているように、引張ボルト９は、張力がかけられる。選択的な支持要素１６を巻線要素５および／または巻線ヘッドキャリア７の間にさらに設けることができ、支持要素は、図１に示されている。
【００３２】
引張ボルト９の構造は、なんら決定的な役割を果たさない。しかし、引張ボルト９は、ネジ頭１０に一体に配置されるように設けることができ、内部形状（内部駆動）を形成する。内部形状を有する前記ネジ頭１０は、支持体８の適切な凹部にほぼ完全に落ち込むことができるという利点を提供し、引張ボルト９および支持体８の形状は、取り付け後に比較的滑らかな表面を有するため、可能な限り小さい空気抵抗を提供する。引張ボルト９の全ての代替形および通常既知の構造もまた可能である。
【００３３】
図２は、この構造を再度三次元図で示す。この場合も、ローター本体２および巻線ヘッドキャリア７が単一の一体型構成要素としてこの簡略化した図に示される。これは、通常特にローター本体２領域において、層状に配置されている。三次元図の部分的な断面図に、上部棒および下部棒の形のいくつかの巻線要素５が示され、これらの棒は、ローター本体２の溝１１から突出し、かつ軸方向に一定距離すすんだ後、他の溝を通り延在する巻線要素５に端部を接続するために、軸に対して傾斜する。上部棒は、例えば溝から出た後、一定の長さ進んだ後で、軸方向に対して右に曲がり、それぞれの溝１１で配置された下部棒は、それぞれ左に曲がる。
【００３４】
さらに、図２は、各支持体８が、引張ボルト９に関連し、および引張ボルト９が図３により詳細に示されるような方法で配置され、軸方向に延在する領域または屈曲領域の巻線要素５を半径方向に貫通することを示す。溝１１は、ローター本体２において互いに離間するように配置される必要があるため、巻線要素５がなおも軸方向に延在する領域、および巻線要素が曲げられた領域において、個々の巻線要素５間に自由空間が得られる。自由空間は、特にローター本体２と、ローター本体２に面する側の隣接する溝１１の上部棒および下部棒の巻線要素５の最初の交差部との間にある。接続部１２に面する側において、図１に示すように、特に上部棒および下部棒の巻線要素５の最後の交差部と、接続部１２との間の領域に自由空間が設置される。引張ボルト９は、ここで示されるような構造のローター１において自由空間を通って押し込まれることができる。したがって引張ボルト９は、巻線ヘッド６の構造を変更することなく、利用可能な空間全体の領域に配置される。これにより、巻線要素５は、互いに非常に近くに誘導されることができるため、巻線要素５が軸に対して斜めに延在する領域において、非常にコンパクトな構造の巻線ヘッド６を提供することができる。したがって巻線ヘッド６は、軸方向に非常にコンパクトな方法で配置されることができる。全体空間および重量が節約され、および特に銅などの電気を非常に良く通す巻線要素５の比較的高価な材料の削減が要求される。したがって構造は、非常にコンパクトで軽量であり、それぞれ費用効果の高い方法で実現することができる。
【００３５】
巻線要素５の間に自由空間が設置される領域は、巻線要素５が溝１１から出てくる領域および端部で巻線要素５が接続される領域に通常設置されるため、構造は、引張ボルト９および支持体８の配置によって得られ、支持体の１つを引張ボルト９の１つに関連させることができ、支持体８は、巻線ヘッド６の外周周りに２つの軸方向に離間した分割された環状構成を形成する。支持体８の軸方向に間隔があるため、巻線要素５の材料特性により、この部分において自分自身で遠心力を支持することができなければならない。しかし、本発明による構造においては、特に、軸方向に非常にコンパクトな巻線ヘッド６であるため、この距離はそれぞれ小さくなり、通常設けられる上部および下部棒５の大きさの場合においては危険とはならない。
【００３６】
支持体８の軸方向に離間した環状構成の間の距離は、巻線ヘッド６領域において巻線要素５の非常に良好な冷却を可能にするために、巻線ヘッド６領域を冷却空気が通過することができるのになおも十分である。この目的のために、図１は、この場合ハブ３またはハブ３の突出部および巻線ヘッドキャリア７を貫通する、半径方向に延在する開口部１３を追加的に示し、それにより冷却空気が矢印で示したように通常内側から巻線ヘッドを通り外側へ流れることができる。したがって構造は、非常にコンパクト、かつ費用効果の高い方法で配置されることができ、さらに巻線ヘッド６領域において、巻線要素５の非常に良好な冷却が可能となる。
【００３７】
ここで示した構造において巻線ヘッド６は比較的良好に冷却されるが、巻線ヘッドキャリア７および巻線要素５の材料が異なるため、および巻線要素５を電流が流れるため、一方で巻線要素５において、他方で巻線ヘッドキャリア７において異なる温度が発生する。これは、巻線要素５および巻線ヘッドキャリア７の間で熱によって誘導される相対移動を導く場合があり、その移動は、避けなければならない深刻な強い機械的な張力につながる可能性がある。巻線ヘッドキャリア７領域における支持体８または引張ボルト９の接続は、少なくともわずかな軸方向の移動を許容するように構成されるべきである。これは、ここで示された溝１４が巻線ヘッドキャリア７領域に配置され、その溝は、軸方向に延在するようなローター１の好ましい実施形態において実現される。これらの溝１４は、特に図２に示されている。巻線ヘッドキャリア７の軸方向の長さ全体にわたって延在する連続的な溝１４に追加して、例えば軸方向にローター本体２に面する巻線ヘッドキャリア７領域、および軸方向にローター本体２と反対側の巻線ヘッドキャリア７領域に軸方向に位置合わせした溝部分を配置することができる。このような構成は、冷却空気の循環をさらに促進することができるが、製造がわずかに複雑になる。
【００３８】
図２の三次元図では図示しない適切なプロファイル本体１５が溝１４に配置される。このようなプロファイル本体１５は、連続的なプロファイル本体１５として図１に示される。これは、例えば軸方向に連続的に延在する溝１４に配置されることができ、溝は、特に図２に示すようなありつぎ形状を備える。図１に示すようなプロファイル本体１５は、それに応じて同じ形状を有する必要がある。軸方向の連続的な溝１４の代わりに、上述したような軸方向に位置合わせした２つ以上の溝部分をまた設けることができる。それに応じて、プロファイル本体１５も適宜再分割され、プロファイル本体１５は、引張ボルト９が特にねじ山によって収容されているところの引張ボルト９領域のみの相手方として存在する。このような構成により、引張ボルト９の締め付けトルクが適当に選択され、それにしたがい支持体８が巻線ヘッドキャリア７に対して巻線要素５を支持する場合において、溝１４に対するプロファイル本体１５の軸方向のわずかな移動が可能となる。
【図１】
2013530666.tif 000002
【図２】
2013530666.tif 000003
【図３】
2013530666.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月10日(2013.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電動機械のためのローター（１）であって、該ローターは、
ローター本体（２）の軸方向に延在する溝（１１）に配置された巻線要素（５）と、
前記ローター本体（２）に軸方向に隣接して配置された巻線ヘッド（６）であって、前記巻線ヘッド（６）領域において、前記巻線要素（５）は、前記溝（１１）から前記軸方向に出て、前記軸方向に対して斜めに延在し、かつ前記巻線要素の前記軸方向の端部近くで前記軸方向に再度延在し、かつさらになる巻線要素（５）に接続される、巻線ヘッドと、
前記巻線ヘッド（６）内に半径方向に配置された巻線ヘッドキャリア（７）と、
を備え、
前記巻線ヘッド（６）は、引張ボルト（９）によって前記巻線ヘッドキャリア（７）に接続され、該引張ボルトは、前記半径方向の外側の端部で支持体（８）に係合し、該支持体は、前記巻線ヘッド（６）領域にて前記巻線要素（５）上に設置され、
前記引張ボルト（９）は、前記軸方向に延在する領域または前記軸方向から前記軸方向に対して斜めに延在する方向へ前記巻線要素（５）が屈曲する領域において、前記半径方向に前記巻線ヘッド（６）を貫通し、
前記支持体（８）は、前記軸方向に離間した少なくとも２つの円周セグメント環状装置を形成し、
前記引張ボルト（９）は、前記支持体（８）の前記軸方向の可動性を設けるように、前記巻線ヘッドキャリア（７）領域に固定され、かつ
前記引張ボルト（９）は、対応する軸方向に延在するプロファイル溝（１４）またはプロファイル溝部分において前記巻線ヘッドキャリア（７）領域に配置されたプロファイル本体（１５）にねじ込まれている、ローター。
【請求項２】
２つの巻線要素（５）がそれぞれ各前記溝（１１）から前記軸方向に出て、前記軸方向部分の後で、前記巻線要素（５）の一方は、前記軸方向に対して右斜めに延在し、および前記巻線要素（５）の他方は、前記軸方向に対して左斜めに延在し、およびその後で前記巻線要素（５）は、前記軸方向端部の領域において前記軸方向に再度延在し、および他の巻線要素（５）との接続部（１２）を有し、
前記引張ボルトは、（９）は、前記ローター本体（２）の方向から見て、前記ローター本体（２）と巻線要素（５）の最初の交差部との間、および巻線要素（５）の最後の交差部と前記接続部（１２）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のローター。
【請求項３】
前記支持体（８）の１つは、１つの引張ボルト（９）にそれぞれ関連することを特徴とする請求項１または２に記載のローター。
【請求項４】
前記支持本（８）が非磁気性、特に電気絶縁性の材料で作られていることを特徴とする、請求項１、２または３に記載のローター。
【請求項５】
前記支持体（８）が、繊維強化材料で作られていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のローター。
【請求項６】
前記支持体（８）の材料が、プラスチックで作られた材料マトリックスに規則的なまたは不規則な繊維、特にガラス繊維および／または炭素繊維を備えることを特徴とする、請求項５に記載のローター。
【請求項７】
前記引張ボルト（９）は、内側の輪郭を有するネジ頭（１０）と一体に構成され、取り付けられた状態で前記ネジ頭（１０）は、前記支持体（８）の凹部に設置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のローター。
【請求項８】
冷却空気の貫流のための半径方向に延在する開口部（１３）が前記巻線ヘッドキャリア（７）領域に設けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のローター。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに詳細に定義されたような発電機などの発電電動機械のローターに関する。
【背景技術】
【０００２】
ローター巻線の巻線ヘッドを固定するために、とりわけ一般的な方法は、環状の巻線ヘッドキャリアによって内部で巻線ヘッドを支持し、かつ結合バンドによって巻線ヘッドを前記巻線キャリアに固定する方法である。特に大きな機械の場合、結合バンドの代わりに数個に分割した環を使用することも可能であり、環は、中間絶縁層を有して巻線ヘッドに載置され、およびネジによって巻線キャリアに固定されている。特に大きい遠心力の場合、キャップもまた巻線ヘッドにスライドさせることもできる。このようなキャップは、特にタービン発電機のローターの巻線ヘッドを固定するために用いられる (非特許文献１、特許文献１、特許文献２参照)。さらに励起コイルの外表側に載置された保持架橋の補助により、同期機械の励起発生コイルに由来する遠心力を吸収することも知られており、保持架橋自体は、機械の本体に固定され張力がかけられたボルトによって保持される（特許文献３）。
【０００３】
ローターの巻線ヘッドを固定する課題は、特に揚水貯蔵運転のための速度制御可能な水力モーターに使用されるローター給電スリップリング機械にあてはまる。とりわけこのような発電モーターはローターが３ｍ〜８ｍの直径を有するということに特徴がある。このようなローターの巻線ヘッドを固定するために、Ｕ字形状の締付ボルトの端部を固定して、架台を介してローター本体に保持環を配置することが知られている。それぞれの１つの締付ボルトは、そのＵ字形端部によって巻線ヘッドを把持する (非特許文献２,特許文献４)。 このような巻線ヘッド固定は、構造上および取り付けの観点から非常に複雑である。
【０００４】
特許文献５には、上述の種類の発電電動機械が記載されている。遠心力に対する固定装置は、連結棒を備え、該連結棒の半径方向の内側端部が支持リングに、およびそれらの半径方向の外側端部が巻線ヘッドの半径方向外側に載置される軸受けボックスに作用する。
【０００５】
巻線ヘッドには、電流が流れる。したがって、それらは、高温に加熱され、かつ膨張する。一方、支持リングには電流が流れないため、冷たいままである。それらから及ぼされる機械的な張力を防ぐために、大抵は機械の表側から支持リングおよび巻線ヘッドの間のエアギャップに冷却空気が供給される。冷却空気は、巻線ヘッドの間の半径方向の間隙に入り、前記巻線ヘッドを通り半径方向に流れ、巻線ヘッドの外側に再び出る。実際には、軸受けボックス−前述のドイツ明細書において−が比較的大きく、巻線ヘッドの円周の部分を実質的に覆っている場合には、この種の冷却では不十分であることが示されている。
【０００６】
したがって、巻線ヘッドの領域に冷却空気が流れることができるように、ローター本体に隣接して設置された巻線ヘッドキャリアの領域に半径方向に延在する開口部を備える構成は、特許文献６から既知である。十分な貫流を確実にするために、支持体は、連結棒を介して遠心力に対して巻線ヘッドを支えるための巻線ヘッドキャリア領域の支持リングに接続される。前記支持体は、比較的小さい形状で提供されており、主に軸方向に対して斜めに巻線ヘッド領域に延在する巻線要素にわたって分配配置される。
【０００７】
記載された構成によって巻線ヘッド領域内の巻線要素のより良い冷却が可能であるとしても、個々の巻線要素の間の引張ボルトを半径方向に案内するための十分な空間を設けることが必要であるため、全体としてかなりの大きさになる。さらにこれは、空気抵抗について決定的に不利である。非常に多く分配され、巻線ヘッド上で互いに対して大きい距離を有する支持体は、特に速く回転する機械の場合に、大きい空気抵抗を伴う大量の空気の渦を生成する。
【０００８】
さらなる従来技術については、特許文献７および特許文献８を参照のこと。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許発明第２６２９５７４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第７０１６１２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第９５０６５９号明細書
【特許文献４】特開平０４−０９８４４４号公報
【特許文献５】独国特許発明第１９５１９１２７号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１９５１３４５７号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１９５３５７００号明細書
【特許文献８】スイス特許出願公開第５９２３８０号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Leitfaden der Elektrotechnik (電気工学ガイド）」第３巻「Konstruktions und Festigkeitsberechnungen elekrrischer Maschinen （電気機械の構造および強度計算）」Dr. C. von Dobbeler著,１９６２年, B.G, Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart, ２５頁〜２９頁および５８頁〜６２頁
【非特許文献２】１９９２年８月３０日〜９月５日,ＣＩＧＲＥカンファレンスレポート,11〜104,「Development and achieved commercial operation ..... for a pumped storage power plant」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、一方で、遠心力により半径方向に拡大する巻線ヘッドの確実な固定を保証し、他方でコンパクトかつ費用効果の高い構成が十分な冷却との組み合わせで実現することができるような、請求項１のプリアンブルによる発電電動機械のローターを提供するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１の特徴部分に記載の特徴よって達成される。さらなる好都合な実施形態は、請求項１に従属する請求項によって提供される。
【００１３】
本発明による解決策によって、連結棒が個々の巻線要素の間の中空空間を通って延在できるように、引張ボルトを有する支持体が巻線ヘッドの周りに配置され、中空空間は、任意に設けられる。この目的のために、引張ボルトは、巻線要素間に延在するように配置され、これは、軸方向に延在する巻線領域、または軸方向から軸方向対して斜めに延在する巻線要素が屈曲する領域で行われる。結果として、軸方向に対して斜めに延在す領域において巻線要素が互いに非常に近くに延在できるため、巻線ヘッドを軸方向に非常にコンパクトにすることができる。したがって巻線ヘッドは、軸方向に非常に短く、かつ斜めに延在する部分のみに巻線要素の非常に短い自由経路を備えるように作られる。そして巻線要素は、軸方向端部の領域において軸方向に延在し、ローター本体または溝から出る際に巻線要素が延在しているところに設けられるような個々の巻線要素間の距離を再度形成する。結果として、軸方向に延在する領域または屈曲領域において、さらなる引張ボルトおよび関連する支持体のための十分な空間がまたここに作られる。そしてこの構成は、支持体が互いに軸方向に離間して周囲に設置された、少なくとも２つに分割された環状装置を形成することによって実現され、これは、特に追加的な空間を必要とせずに連結棒によって巻線ヘッドキャリアに接続可能な領域で行われる。
【００１４】
軸方向に非常に短い巻線ヘッドに加えて、本発明により配置されたローターは、軸方向に互いに離間した、２つに分割された環状装置の支持体を備え、該環状装置の間には自由空間が残るため、これら２つの環状装置の間を冷却空気がよく流れることができて、巻線要素を冷却することができる。個々の支持体によって形成された環状装置により、互いに離間して配置されたいくつかの支持体を有する最初に述べた従来技術の構成と比較して、比較的好ましい抵抗係数を有し、そのため速く回転するローターの場合であっても、著しく小さい空気抵抗しか生じないという構成を作ることができる。
【００１５】
本発明によるローターは、巻線ヘッドの領域において、空間を節約し、したがって巻線ヘッドキャリアの材料、特に巻線要素の材料を節約する単純かつコンパクトな構成が可能となる。この材料は、通常電気をよく通す材料（例えば銅）であるため、大幅な費用優位性が達成される。巻線ヘッドおよび巻線ヘッドを支持する巻線ヘッドキャリアのより短く、かつより小さい構成は、さらに半径方向外側に比較的遠くに設置されたローター領域の重量を節約することができる。
【００１６】
本発明によると、軸方向における支持体の可動性を保証するように、巻線ヘッドキャリアの領域に引張ボルトが固定される。巻線要素に電流が流れ、それに応じて加熱するため、軸方向における支持体のこの可動性は、望ましいものである。巻線ヘッドキャリア自体は、加熱されない、または少なくともそれほど高くならない。この加熱の強さの違いおよび異なる材料の結果として、特に巻線要素の最も長い拡大方向において、すなわち実質的にローターの軸方向において、互いに対する構成要素の相対移動が発生する。良好に冷却される場合においてもしばしば完全に防ぐことが不可能なこのような直線的な膨張をそれぞれ補うために、支持体の軸方向の可動性があるように巻線ヘッドキャリアの領域に引張ボルトが固定されることができる。結果として、支持体および引張ボルトにかかる不必要な張力および高い機械的な負荷を回避することができる。
【００１７】
可動性の支持体を固定するために、引張ボルトは、プロファイル本体に軸方向にねじ込まれ、引張ボルトは、軸方向に延在するプロファイル溝またはプロファイル溝部分に対応する巻線ヘッドキャリアの領域に配置される。このようなプロファイル本体は、ありつぎ状のプロファイル溝に配置することができ、支持体は、軸方向可動性はなおも保証される程度に巻線ヘッドキャリアによって締め付けられる。プロファイル本体は、プロファイル溝内で摺動することができる。軸方向に位置合わせして配置された２つのそれぞれの引張ボルトに対して１つの単独のプロファイル本体を使用することができ、単独のプロファイル本体は、プロファイル溝またはいくつかの、軸方向に位置合わせされたプロファイル溝部分に配置される。また、各引張ボルトの個別のプロファイル溝に個別のプロファイル本体を提供することができる。また、円周方向に隣接して設置された、いくつかの張力ボルを収容することができる程度に、円周方向に延在するプロファイル溝を設けることができる。
【００１８】
非常にコンパクトな巻線ヘッドは、ローターを支持する軸受けスパンを小さくすることができるというさらなる利点を提供する。ローターを支持するこのようなより小さい軸受けスパンにより、より高い臨界回転速度を可能にし、大幅な設計上の優位性を示している。
【００１９】
さらに、２つのそれぞれの巻線要素が各溝から軸方向に出る、本発明によるローターの有利なさらなる発展形が提供され、巻線要素の一方は、軸方向に進んだ後で軸方向に対して右斜めに延在し、巻線要素の他方は、軸方向に対して左斜めに延在する。そして、巻線要素は、互いに接続される前に、軸方向にみて巻線ヘッドの他端部において、短い距離だけ軸方向に再度延在する。結果として、引張ボルトは、ローター本体の方向から見て、ローター本体と一側の巻線要素の最初の交差部との間に、および巻線要素の最後の交差部と、他側の巻線要素の接続部との間に配置される。この構成はまた、引張ボルトを自由領域、特に個々の巻線要素の屈曲領域に配置する。引張ボルトは、巻線要素が交差する交差点の方向に押されることができ、２つの交差する巻線要素および溝の間に延在するローター本体の材料によって、三角形のような形の間に事実上密閉され、したがって特にコンパクトな方法で配置されることができる。ローターの形状は、この特にコンパクトな配置によってさらに小さくすることができる。
【００２０】
支持体は、通常２つ以上の巻線要素を載置し、遠心力に対して半径方向に支持するように、異なる大きさに構成することができる。それぞれ１つの支持体がそれぞれ１つの引張ボルトに関連する、特に適切かつ好ましい実施形態が提供される。これは、欠陥がある支持体および／または引張ボルトを単純かつ効率的な方法で交換可能にするために、特に適切かつ単純である。引張ボルトによってそれぞれ固定された、多数の支持体に分割することにより、影響を受けた巻線の交換を可能とするために、巻線要素を選択的に交換する必要がある場合に、意図的に支持体および引張ボルトをほとんど除去しなくてよい。
【００２１】
支持体が繊維強化材料から作られている本発明によるローターのさらにより好都合な実施形態が提供される。プラスチックから作られているマトリックス材料での規則的な、または不規則な繊維を備えることができるこのような繊維強化材により、非常に費用効果の高い構成が可能となり、かつ比較的軽い重量で強度を強くすることができるため、費用および重量を節約して巻線ヘッド領域において遠心力に対して必要な巻線ヘッドの支持が実現できる。ガラス繊維強化プラスチック材料の形の構成は、生じる遠心力を吸収する目的において、ほとんどの機械に対して十分である。速い回転の機械の場合、支持体はまた炭素繊維強化プラスチックで作ることができる。強度が強くなり、重量はさらに低減されるが、わずかに費用がかかる。
【００２２】
繊維強化材料から作られている支持体の構成は、単純かつ効率的な方法によって比較的自由に選択可能な成形によって作ることができるという利点をさらに提供する。支持体は、立方体状の板のように配置されないようにすることができ、一定量の丸みを設けて分割されているが、取り付け後に高度に均質な環を形成することができ、軸方向に丸みを帯びた縁によって空気抵抗に対して最適化することができる。
【００２３】
引張ボルトは、事実上任意の方法で配置することができる。特に、両側にねじ山を有し、通常平ワッシャーおよびナットによって支持体の領域に固定され、および例えばプロファイル溝などのプロファイル要素領域にねじ山を有する引張ボルトを設けることができる。引張ボルトのこの構成、およびまた全ての他の既知の構成には、比較的多くの数の部品が設けられ、ローターによって生じる空気抵抗に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、内部形状を有するネジ頭に引張ボルトが一体に配置され、取り付けられた状態で支持体の凹部にネジ頭が載置される、非常に好都合な本発明のさらなる発展形が提供される。六角ソケット、トルクス（登録商標）等の内部形状（内部駆動）を有するネジ頭を有するこのような構成は、取り付けに関して非常に単純かつ効率的である。ネジ頭には、面取り形状を設けることができ、支持体の領域の面取りした面に置かれ、面は、引張ボルトのための穴の周りに配置される。外側に対して支持体が比較的平面になるように、ネジ頭は、支持体への取り付けの間に見えなくなり、これが比較的低い空気抵抗を提供する。平ワッシャーおよびナットと共に固定される必要がある引張ボルト以外では、部品の数を少なくする構成がさらに得られ、これにより、取り付けの際の取り扱いが簡単になる。これはまた、重量ならびに材料および取り付け費用の両方に関する利点につながる。
【００２４】
本発明によるローターのさらなる実施形態において、冷却空気の貫流のための半径方向に延在する開口部が巻線ヘッドキャリアの領域に設けられている。巻線ヘッドキャリアの環状中断の形、または半径方向に延在するチャネルの形で巻線ヘッドキャリアの領域に配置することができるこのような開口部は、巻線ヘッドの通気を向上させる。巻線ヘッドの領域における冷却空気による巻線要素の非常に良好な貫流は、支持体の分割された環状装置の間に残された領域との組み合わせにより可能となり、前記巻線要素は、非常に良く冷却される。良好な冷却によりまた、巻線ヘッドキャリアに対する巻線要素の軸方向の相対移動を減らすことができるため、前述の方法の場合では、必要に応じて互いに対する比較的短い経路の軸方向の相対移動が構成要素内で可能であることを確実にすることのみが必要である。
【００２５】
本発明によるローターのさらなる好都合な実施形態は、残りの従属項により、および図面を参照することにより詳細に以下に説明される実施形態により提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるローターの部分的な断面を通る概略断面図を示す。
【図２】本発明によるローターの巻線ヘッド部分の三次元図を示す。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、発電電動機械のローター１の断面概略図を示す。このようなローター１は、例えば大きさが３ｍ〜８ｍの外径を有することができる。ローター１は、通常積層状に構成された、すなわち複数のシートが一枚一枚軸方向に積み重ねられているローター本体２からなる。ローター本体２は、この場合一例として示されるように例えばハブ３によって支持されることができる。典型的な層状構成のローター本体２において、圧力板４によって軸方向に引っ張られている。外周に亘って分布した多数の溝１１がローター本体２に設けられ、そこに巻線要素５が既知の方法によって配置される。図１は、ローター本体２の層状構成の図を示していない。同様に、溝１１は見えず、前記溝に延在する巻線要素５のみが隠線によって示されている。その間に絶縁層が設置される棒５の形（すなわちいわゆる上部棒およびいわゆる下部棒）で通常配置される巻線要素５は、ローター本体２の軸方向端部にて前記端部を越えて突出して、前記領域においていわゆる巻線ヘッド６を形成する。
【００２８】
前記巻線ヘッド６領域において、巻線要素５の端部は、所定の方法によって互いに接続されており、１の第１溝からの巻線要素５の端部は、前記第１溝に隣接する多数のｎ溝によって配置された溝の巻線要素５の端部にそれぞれ接続される。上部棒は、ｎ溝から離れて右側に隣接する溝、またはそこに設置された下部棒に接続されるのに対し、下部棒は、ｎ溝から離れて左側に隣接する溝またはそこに設置された上部棒に接続されるのが一般的であり、またはその逆も成り立つ。図１は、このような接続部１２のみの概略を示す。これは、適切な接続要素または互いに一体に接続された巻線要素５によって形成することができる。
【００２９】
これを実現するために、一旦ローター本体２または溝１１から離れた個々の巻線要素５は、短い距離だけ軸方向に継続し、そしてその端部が接続される巻線要素５の領域に到達するために軸に対して斜めに曲がることが必要であり、かつ一般的な方法である。
【００３０】
巻線要素５は、通常電気を非常によく通す材料、例えば銅で作られている。この材料は、比較的軟らかいため、ローター１の回転中に生じる遠心力により巻線ヘッド６の領域において巻線要素５は容易に変形し、支持されていないと、外向きに湾曲される。ここで示されるローター１の場合、巻線ヘッドキャリア７が巻線ヘッド６内に半径方向に、かつ巻線ヘッドと同軸上に配置されるように、巻線ヘッド６領域における巻線要素５の支持が配置され、巻線ヘッドキャリアはまたハブ３またはハブ３の拡張部に載置され、およびハブ３およびローター本体２と共に適宜回転する。前記巻線ヘッドキャリア７はまた、層状に構成されることができる、またはその代わりに大きい材料から別の方法で作ることができる、または例えば個々の要素から溶接された構造の形の中空体として構成されることができる。
【００３１】
巻線要素５には、巻線ヘッド６領域において巻線要素５に載置する支持体８が設けられ、支持体は、一部が引張ボルト９を介して巻線ヘッドキャリア７領域に接続される。支持体８は、非磁性材料から成る個別の小さい板または小さいブロッとして好ましく配置される。特に高速回転機械の場合は、支持体８がガラス繊維強化プラスチックなどの絶縁体、または任意の炭素繊維で強化されたプラスチック材料で作られている。繊維は、特に短繊維として不規則に支持体８の材料に配置することができる、または−吸収されるのに非常に強い力が必要である場合は−好ましく電気の流れに沿った規則的な配置のコイル状繊維ストランド、織り繊維マット等の形にすることができる。個々の支持体８は、引張ボルト９で巻線ヘッドキャリア７に接続されており、遠心力に対して巻線要素５を支持することができる。名前によって既に示されているように、引張ボルト９は、張力がかけられる。選択的な支持要素１６を巻線要素５および／または巻線ヘッドキャリア７の間にさらに設けることができ、支持要素は、図１に示されている。
【００３２】
引張ボルト９の構造は、なんら決定的な役割を果たさない。しかし、引張ボルト９は、ネジ頭１０に一体に配置されるように設けることができ、内部形状（内部駆動）を形成する。内部形状を有する前記ネジ頭１０は、支持体８の適切な凹部にほぼ完全に落ち込むことができるという利点を提供し、引張ボルト９および支持体８の形状は、取り付け後に比較的滑らかな表面を有するため、可能な限り小さい空気抵抗を提供する。引張ボルト９の全ての代替形および通常既知の構造もまた可能である。
【００３３】
図２は、この構造を再度三次元図で示す。この場合も、ローター本体２および巻線ヘッドキャリア７が単一の一体型構成要素としてこの簡略化した図に示される。これは、通常特にローター本体２領域において、層状に配置されている。三次元図の部分的な断面図に、上部棒および下部棒の形のいくつかの巻線要素５が示され、これらの棒は、ローター本体２の溝１１から突出し、かつ軸方向に一定距離すすんだ後、他の溝を通り延在する巻線要素５に端部を接続するために、軸に対して傾斜する。上部棒は、例えば溝から出た後、一定の長さ進んだ後で、軸方向に対して右に曲がり、それぞれの溝１１で配置された下部棒は、それぞれ左に曲がる。
【００３４】
さらに、図２は、各支持体８が、引張ボルト９に関連し、および引張ボルト９が図３により詳細に示されるような方法で配置され、軸方向に延在する領域または屈曲領域の巻線要素５を半径方向に貫通することを示す。溝１１は、ローター本体２において互いに離間するように配置される必要があるため、巻線要素５がなおも軸方向に延在する領域、および巻線要素が曲げられた領域において、個々の巻線要素５間に自由空間が得られる。自由空間は、特にローター本体２と、ローター本体２に面する側の隣接する溝１１の上部棒および下部棒の巻線要素５の最初の交差部との間にある。接続部１２に面する側において、図１に示すように、特に上部棒および下部棒の巻線要素５の最後の交差部と、接続部１２との間の領域に自由空間が設置される。引張ボルト９は、ここで示されるような構造のローター１において自由空間を通って押し込まれることができる。したがって引張ボルト９は、巻線ヘッド６の構造を変更することなく、利用可能な空間全体の領域に配置される。これにより、巻線要素５は、互いに非常に近くに誘導されることができるため、巻線要素５が軸に対して斜めに延在する領域において、非常にコンパクトな構造の巻線ヘッド６を提供することができる。したがって巻線ヘッド６は、軸方向に非常にコンパクトな方法で配置されることができる。全体空間および重量が節約され、および特に銅などの電気を非常に良く通す巻線要素５の比較的高価な材料の削減が要求される。したがって構造は、非常にコンパクトで軽量であり、それぞれ費用効果の高い方法で実現することができる。
【００３５】
巻線要素５の間に自由空間が設置される領域は、巻線要素５が溝１１から出てくる領域および端部で巻線要素５が接続される領域に通常設置されるため、構造は、引張ボルト９および支持体８の配置によって得られ、支持体の１つを引張ボルト９の１つに関連させることができ、支持体８は、巻線ヘッド６の外周周りに２つの軸方向に離間した分割された環状構成を形成する。支持体８の軸方向に間隔があるため、巻線要素５の材料特性により、この部分において自分自身で遠心力を支持することができなければならない。しかし、本発明による構造においては、特に、軸方向に非常にコンパクトな巻線ヘッド６であるため、この距離はそれぞれ小さくなり、通常設けられる上部および下部棒５の大きさの場合においては危険とはならない。
【００３６】
支持体８の軸方向に離間した環状構成の間の距離は、巻線ヘッド６領域において巻線要素５の非常に良好な冷却を可能にするために、巻線ヘッド６領域を冷却空気が通過することができるのになおも十分である。この目的のために、図１は、この場合ハブ３またはハブ３の突出部および巻線ヘッドキャリア７を貫通する、半径方向に延在する開口部１３を追加的に示し、それにより冷却空気が矢印で示したように通常内側から巻線ヘッドを通り外側へ流れることができる。したがって構造は、非常にコンパクト、かつ費用効果の高い方法で配置されることができ、さらに巻線ヘッド６領域において、巻線要素５の非常に良好な冷却が可能となる。
【００３７】
ここで示した構造において巻線ヘッド６は比較的良好に冷却されるが、巻線ヘッドキャリア７および巻線要素５の材料が異なるため、および巻線要素５を電流が流れるため、一方で巻線要素５において、他方で巻線ヘッドキャリア７において異なる温度が発生する。これは、巻線要素５および巻線ヘッドキャリア７の間で熱によって誘導される相対移動を導く場合があり、その移動は、避けなければならない深刻な強い機械的な張力につながる可能性がある。巻線ヘッドキャリア７領域における支持体８または引張ボルト９の接続は、少なくともわずかな軸方向の移動を許容するように構成されるべきである。これは、ここで示された溝１４が巻線ヘッドキャリア７領域に配置され、その溝は、軸方向に延在するようなローター１の好ましい実施形態において実現される。これらの溝１４は、特に図２に示されている。巻線ヘッドキャリア７の軸方向の長さ全体にわたって延在する連続的な溝１４に追加して、例えば軸方向にローター本体２に面する巻線ヘッドキャリア７領域、および軸方向にローター本体２と反対側の巻線ヘッドキャリア７領域に軸方向に位置合わせした溝部分を配置することができる。このような構成は、冷却空気の循環をさらに促進することができるが、製造がわずかに複雑になる。
【００３８】
図２の三次元図では図示しない適切なプロファイル本体１５が溝１４に配置される。このようなプロファイル本体１５は、連続的なプロファイル本体１５として図１に示される。これは、例えば軸方向に連続的に延在する溝１４に配置されることができ、溝は、特に図２に示すようなありつぎ形状を備える。図１に示すようなプロファイル本体１５は、それに応じて同じ形状を有する必要がある。軸方向の連続的な溝１４の代わりに、上述したような軸方向に位置合わせした２つ以上の溝部分をまた設けることができる。それに応じて、プロファイル本体１５も適宜再分割され、プロファイル本体１５は、引張ボルト９が特にねじ山によって収容されているところの引張ボルト９領域のみの相手方として存在する。このような構成により、引張ボルト９の締め付けトルクが適当に選択され、それにしたがい支持体８が巻線ヘッドキャリア７に対して巻線要素５を支持する場合において、溝１４に対するプロファイル本体１５の軸方向のわずかな移動が可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１  ローター
２  ローター本体
３  ハブ
４  圧力板
５  巻線要素
６  巻線ヘッド
７  巻線ヘッドキャリア
８  支持体
９  引張ボルト
１０  ネジ頭
１１  溝
１２  接続部
１３  開口部
１４  溝
１５  プロファイル本体
１６  支持要素
【国際調査報告】
2013530666.tif 000005
2013530666.tif 000006
2013530666.tif 000007
2013530666.tif 000008
2013530666.tif 000009
2013530666.tif 000010