CZ264499A3

CZ264499A3 - Rotating electric machine with coil supports

Info

Publication number: CZ264499A3
Application number: CZ19992644A
Authority: CZ
Inventors: Gunnar Kylander; Arne Edman; Mats Leijon; Nils-Ivar Landgren
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2000-07-12

Abstract

Otáčivý elektrický stroj zahrnuje stator (4) s vinutím protaženým drážkami ve statoru, dále zahrnuje rotor (1) se střední osou (2) a póly (5,6) ve formě pólových nástavců (8, 9) s vinutím, čimž se vytváří solenoid, dále zahrnuje mezery pólů (13), které se nachází mezi póly. Stroj rovněž zahrnuje podpěry cívky (15,16) v mezerách pólů, kde podpírají vinutí solenoidu (10, 11). Podpěry cívky (15, 16) jsou tvarovány tak, aby podpíraly pouze část vinutí solenoidu (10,11) dvou sousedních pólů (5,6).The rotating electrical machine includes a stator (4) with a winding extending grooves in the stator, further comprises a rotor (1) with center axis (2) and poles (5,6) in the form of pole pieces (8, 9) with a winding forming a solenoid, further comprising gaps poles (13) located between the poles. The machine also includes the coil supports (15, 16) in the pole gaps where they support the windings solenoid (10, 11). The coil supports (15, 16) are shaped so to support only a portion of the solenoid winding (10, 11) of the two adjacent poles (5,6).

Description

Otáčivý elektrický stroj $ podpěrami cívky.Rotating electric machine $ by coil supports.

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká otáčivého elektrického stroje podle popisu v úvodní Části nároku I. Příkladem otáčivých elektrických strojů jsou synchronní stroje, běžné asynchronní stroje, stejně jako stroje s dvojím napájením, stroje na střídavý proud, aplikace kaskád asynchronních statických proudových měničů, strojů s vnějšími póly a synchronní proudové stroje.The invention relates to a rotary electrical machine as described in the preamble of claim I. Examples of rotary electrical machines are synchronous machines, conventional asynchronous machines, as well as dual-power machines, AC machines, cascades of asynchronous static current converters, external pole machines, and machines. synchronous jet machines.

Stroj podle tohoto vynálezu je určen především k použití jako generátor v elektrárnách pro výrobu elektrického proudu.The machine according to the invention is intended primarily for use as a generator in power generating plants.

U tohoto vynálezu výrazy „radiální“, „axiální“, „tangenciální“, „obvodový „ se týkají směru definovaného v závislosti na rotoru stroje, pokud není výslovně stanoveno jinakIn the present invention, the terms "radial", "axial", "tangential", "circumferential" refer to a direction defined depending on the rotor of the machine, unless expressly stated otherwise

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

U svislých otáčivých elektrických strojů s vyniklými póly, které známe jako stroje s vyniklými póly, se mezi různými póly obvykle používají podpěry cívky. Důvodem pro jejich používání je skutečnost, že póly rotoru zahrnují pólové nástavce opatřené vinutím, Čímž se vytváří solenoidy (magnetické cívky), Jelikož mají póly jistou Šířku, nejsou dlouhé strany cívky situovány v axiální rovině, která probíhá středem rotoru, to znamená, že axiální rovina procházející delšími stranami cívky je rovnoběžná s axiální rovinou procházející radiální středovou Čárou odpovídajícího pólu. Část odstředivé síly, která vzniká otáčením rotoru, působí na dlouhé strany tangenciální silou ve směru obvodu. Tato síla stlačuje kov ve vinutí cívky směrem od dotyku s pólovými nástavci. Dlouhé strany cívky se vystavují riziku ohnutí směrem ven, a v horším případě, že se dostanou do vzájemného styku, což může vést ke zkratům a narušení magnetické rovnováhy.In vertical high-angle rotating electrical machines known as high-pole machines, coil supports are typically used between different poles. The reason for their use is that the rotor poles include winding pole extensions, thereby forming solenoids (magnetic coils). Because the poles have a certain width, the long sides of the coil are not situated in an axial plane that runs through the center of the rotor. the plane passing through the long sides of the coil is parallel to the axial plane passing through the radial center line of the corresponding pole. Part of the centrifugal force generated by the rotation of the rotor exerts a tangential force in the circumferential direction over the long sides. This force compresses the metal in the coil winding away from contact with the pole pieces. The long sides of the coil are exposed to the risk of bending outwards and, in the worst case, coming into contact with each other, which can lead to short circuits and disturb the magnetic equilibrium.

Aby se zmíněnému zkratu zabránilo, jsou do mezer mezi póly, pokud se to považuje za nutné, vloženy podpěry, to znamená do mezer nebo do prostoru mezi sousedními póly . Úkolem těchto podpěr cívek je držet vinutí cívek na určeném místě. Podpěry cívek se obecně používají u rychloběžných strojů.In order to avoid the short-circuit, supports are inserted into the gaps between the poles, if necessary, i.e. in the gaps or in the space between adjacent poles. The purpose of these coil supports is to hold the coil windings in place. Coil supports are generally used in high-speed machines.

Obvyklé podpěry cívek běžně zahrnují jeden nebo více bloků podpěr, to znamená pevných podpěr ve tvaru V, rozmístěných od sebe ve vhodné axiální vzdálenosti v každé mezeře mezi póly. Jelikož je žádoucí, aby podpěra cívky podpírala celé vinutí solenoidu, ·Conventional coil supports typically include one or more blocks of supports, i.e., solid V-shaped supports spaced apart at a suitable axial distance in each gap between the poles. Since it is desirable that the coil support support the entire solenoid winding,

♦ φ ·♦ φ ·

-2λ.-2λ.

měla by každá podpěra cívky v podstatě blokovat celou plochu mezi dvěma sousedními póly, to je mezeru mezi póly. Malý prostor mezi dvěma póly rotoru, který není blokován podpěrou cívky, se používá pro odvětrávání, a to tak, že chladící vzduch může proudit axiálním směrem a chladit póly a později i stator, což záleží na typu otáčivého stroje a na používaném principu odvětrávání.. Zmíněný prostor je malým prostorem, který je k dispozici v blízkosti vzduchové mezery mezi póly rotoru a statoru, rovněž tak stejně omezeným prostorem mezi vinutím rotoru a samotným statorem.each coil support should substantially block the entire area between two adjacent poles, i.e. the gap between the poles. The small space between the two poles of the rotor, which is not blocked by the coil support, is used for ventilation, so that cooling air can flow in the axial direction and cool the poles and later also the stator, depending on the type of rotary machine and ventilation principle used. Said space is a small space available near the air gap between the rotor and stator poles, as well as an equally limited space between the rotor winding and the stator itself.

Relevantními typy odvětrávání jsou tzv. střední typy axiálního a radiálního odvětrávání. U těchto středních typů se používá těleso rotoru jako větrák, kdy vzduch prochází z jedné strany stroje axiálně přes mezeru pólu. V případě axiálního odvětrávání se používají axiální větráky namontované na rotoru, obvykle to bývají dva větráky, jeden na homí straně a druhý na spodní straně rotoru. Vzduch chladí póly tím, že prochází radiálně radiálními otvory ve statoru, který rovněž ochlazuje. Při absenci radiálních otvorů ve statoru, není možné použít dva axiální větráky. Jednosměrné axiální odvětrávání, nebo radiální odvětrávání, (vzduch proudí rotorem radiálně) může zajistit odvětrávání bez radiálních otvorů v jádru statoru. Radiální odvětrávání není možné při malých rozměrech rotoru.The relevant types of ventilation are the so-called medium types of axial and radial ventilation. In these medium types, the rotor body is used as a fan, with air passing from one side of the machine axially through the pole gap. In the case of axial ventilation, axial fans mounted on the rotor are used, usually two fans, one on the upper side and the other on the lower side of the rotor. The air cools the poles by passing radially radial holes in the stator, which also cools. In the absence of radial holes in the stator, it is not possible to use two axial fans. Unidirectional axial venting, or radial venting (air flows through the rotor radially) can provide venting without radial holes in the stator core. Radial ventilation is not possible with small rotor dimensions.

Je zřejmé, že chladicí vzduch, nebo jiný chladicí plyn, schopný proudit podpěrami cívek, nemůže v mnoha případech zajistit dostatečné chlazení stroje.Obviously, cooling air, or other cooling gas capable of flowing through coil supports, cannot in many cases provide sufficient cooling of the machine.

Proudění chladicího vzduchu mezerou pólu je rovněž omezeno vzrůstem dovolené teploty a rychlostí proudění vzduchu, která se musí omezit. Omezení rychlosti proudění je nutné proto, že vzduch vedený mezerami pólů je urychlován na hodnotu, která se blíží obvodové rychlosti rotoru. Má to za následek zvýšení kinetické energie vzduchu, který je při opouštění stroje zcela ztracený. Vzniká tím moment zpoždění a následně ztráta výkonu, což se přímo projeví v účinnosti stroje. Jelikož ztráty odvětrávání jsou přímo úměrné proudu vzduchu, je žádoucí aby odpor vzduchu byl co nejmenší.The cooling air flow through the pole gap is also limited by the increase in the allowable temperature and the air flow rate which must be limited. Limiting the flow velocity is necessary because the air guided by the poles is accelerated to a value that approaches the peripheral velocity of the rotor. This results in an increase in the kinetic energy of the air, which is completely lost when leaving the machine. This creates a delay moment and consequently a loss of power, which is directly reflected in the efficiency of the machine. Since the ventilation losses are proportional to the air flow, it is desirable to minimize air resistance.

Podle známého zařízení, u kterého byl učiněn pokus vyřešit problém nedostatečného odvětrávání, byly podpěry cívek opatřeny otvory, které měly zvýšit plochu průchodu chladicího vzduchu Bohužel, podpěry cívek v mnoha případech nejsou schopné zajistit dostatečné odvětrávání. Kromě toho, podpěry cívek nutí vzduch proudit směrem od cívek, což má za následek, že alespoň část proudu vzduchu místo proudění v blízkosti statoru, proudí daleko od cívek a je zcela nevyužit.According to a known device which has been attempted to solve the problem of insufficient ventilation, the coil supports were provided with holes to increase the cooling air passage area. Unfortunately, the coil supports are in many cases unable to provide sufficient ventilation. In addition, the coil supports force air to flow away from the coils, with the result that at least a portion of the air flow, instead of flowing near the stator, flows away from the coils and is completely unused.

Z dokumentu US 3 740 600 je již dříve známa podpěra cívky, nebo vzpěra, která podpírá pouze Část vinutí cívky, jmenovitě to vinutí které se nachází nejblíže u rotoru. Cílem vzpěry je zabránit oddělení cívek od pólů vlivem tangenciální složky odstředivé síly, působícíIt is previously known from US 3,740,600 that a coil support, or a strut, that supports only a portion of the coil winding, namely, the winding closest to the rotor. The aim of the strut is to prevent the coils from separating from the poles due to the tangential component of the centrifugal force acting

φφφ φφφ φφφφ φφφ φ

φφφ «φ φφ na cívky. Důvodem pro to, aby vzpěra podpírala pouze nej vnitřnější vinutí je, že na vinutí v uvedené konfiguraci pólů, takové síly působí. Podobná zařízení jsou známá z US 5 036 238, z GB-A-2 022 327 a z DE-A-25 20 511.φφφ «φ φφ on coils. The reason for the strut to support only the innermost winding is that such windings exert such forces on the winding in said pole configuration. Similar devices are known from US 5,036,238, GB-A-2 022 327 and DE-A-25 20 511.

Z US 5 036 165 je znám vodič, u kterého je izolace realizována vnitřní a vnější vrstvou z polovodivého pyrolizovaného skleněného vlákna. Známé je rovněž provedení vodičů s takto uspořádanou izolací u dynamo-elektrického stroje, podle US 5 066 881, kde je polovodičové pyrolizované skleněné vlákno v kontaktu se dvěmi vodorovnými tyčemi vytvářejícími vodič, a kde je izolace v drážkách statoru obklopeno vnější vrstvou z polovodivých pyrolizovaných skleněných vláken. Pyrolizovaný skleněný materiál je uveden jako vhodný, jelikož si zachovává odpor i po naimpregnování,From US 5,036,165 a conductor is known in which the insulation is realized by an inner and an outer layer of semiconducting pyrolized glass fiber. It is also known to conduct conductors with such an arrangement in a dynamo-electric machine according to US 5,066,881, wherein the semiconductor pyrolized glass fiber is in contact with two horizontal conductor rods and wherein the insulation in the stator grooves is surrounded by an outer layer of semiconductive pyrolized glass fibers. Pyrolized glass material is listed as suitable as it retains resistance even after impregnation,

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout otočný elektrický stroj, konstruovaný tak, aby eliminoval výše uvedeném problémy a zajišťoval uspokojivé odvětrávání jednoduchým a účinným způsobem.It is an object of the present invention to provide a rotatable electric machine designed to eliminate the above problems and to provide satisfactory ventilation in a simple and efficient manner.

Tohoto cíle je dosaženo strojem typu, který je popsán v úvodní části nároku 1, a jehož speciální znaky jsou definovány ve význakové části nárokuThis object is achieved by a machine of the type described in the preamble of claim 1 and whose special features are defined in the characterizing portion of the claim

Podpěry cívky jsou uspořádány do párů, přičemž každá podpěra cívky v páru je tvarována tak, že podpírá pouze část vinutí solenoidu dvou sousedních pólů. Dvě podpěry v páru jsou uspořádány axiálně a radiálně a jsou vůči sobě rozmístěny tak, aby umožňovaly proudění chladícího vzduchu mezi podpěrami. Toto uspořádání přineslo výhodu v tom, že se plocha průchodu vzduchu mezerami pólů zvýšila, a odpor proti proudění vzduchu se snížil. Tak může mezerami procházet větší množství vzduchu (nebo jiného plynu) se stejnou rychlostí, čímž se dosahuje vyššího stupně ochlazování. Alternativně může mezerami procházet stejné množství vzduchu s nižší rychlostí, přičemž se redukuje ztráta výkonu a zvyšuje se účinnost zařízení. To na druhé straně umožňuje použít pouze jeden větrák místo dvou, což je běžné u axiálního odvětrávání. Zajistit dostatečné odvětrání konců cívek za statorem je možné dokonce i s jedním ventilátorem, Při srovnání se známými zařízeními, pokud jde o podpírání pouze části vinutí, má tento vynález značnou výhodu v tom, že jsou podpírána všechna vinutí, což znamená větší spolehlivost a celkově bezpečnější elektrický stroj.The coil supports are arranged in pairs, each coil support in a pair being shaped to support only a portion of the solenoid windings of two adjacent poles. The two supports in a pair are arranged axially and radially and are spaced relative to each other so as to allow cooling air to flow between the supports. This arrangement has the advantage that the air passage area of the pole gaps has increased, and the airflow resistance has decreased. Thus, larger amounts of air (or other gas) at the same velocity can pass through the gaps, resulting in a higher degree of cooling. Alternatively, the same amount of air at lower velocity can pass through the gaps, reducing power loss and increasing device efficiency. This, on the other hand, makes it possible to use only one fan instead of two, which is common in axial ventilation. Even with one fan, it is possible to provide sufficient ventilation of the coil ends behind the stator. Compared to known devices in terms of supporting only part of the windings, the present invention has the considerable advantage that all windings are supported, which means greater reliability and overall safer electrical machine.

Jiná výhoda spočívá v tom, že pokud není možná radiální ventilace (vzduch procházející motorem radiálně), konkrétně u rotorů s malým průměrem, tento vynález φAnother advantage is that if radial ventilation (air passing through the engine radially) is not possible, particularly for small diameter rotors, this invention φ

umožňuje jednosměrné axiální odvětrávání celou mezerou pólu směrem ke spodní části statoru, a to v kombinaci s podpěrami cívek.allows unidirectional axial ventilation through the entire pole gap towards the bottom of the stator, in combination with the coil supports.

Podpěry cívek charakterizované v nároku 1 mají rovněž výhodu v tom, že se mohou použít jak v otáčivých elektrických strojích běžného typu, tak i u vysokonapěťových strojů, které používají kabel, to znamená vysokonapěťový izolovaný elektrický vodič, pro vytvořeni statorového vinutí. Zvláštních výhod lze dosáhnout u stroje se statorovým vinutím z vysokonapěťového kabelu. Vysokonapěťový vodič je uložen do drážek v statoru, které jsou zvláště hluboké a vysoké ve svislém směru, čímž je nesnadné dosáhnout účinného odvětrávání, ani potřeby hodnotu odvětrávání zvýšit.The coil supports characterized in claim 1 also have the advantage that they can be used both in rotary electric machines of the conventional type and in high-voltage machines which use a cable, i.e. a high-voltage insulated electric conductor, to form a stator winding. Particular advantages can be achieved with a machine with a stator winding made of high-voltage cable. The high voltage conductor is embedded in grooves in the stator that are particularly deep and high in the vertical direction, making it difficult to achieve efficient ventilation or the need to increase the ventilation value.

Vinutí u otáčivých elektrických strojů, podle tohoto vynálezu, sestává z kabelů, které mají pevnou protlačovanou izolaci typu, který se používá k rozvodu energie, například kabely XLPE, nebo kabely s izolací EPR.Takové kabely zahrnují vnitřní vodič složený z jednoho nebo několika pramenů, vnitřní polovodivou vrstvu obklopující vodič, pevnou izolační vrstvu obklopující vnitřní vrstvu a dále vnější polovodivou vrstvu, která obklopuje izolační vrstvu. Takové vodiče jsou pružné, což je důležitá vlastnost, jelikož technologie pro zařízení, podle tohoto vynálezu, je založena především na systému vinutí, kdy vinutí je vytvořeno z kabelů, které se během montáže ohýbají. Pružnost kabelů XLPE obvykle odpovídá poloměru zakřivení s hodnotou 20 cm, a to pro kabel s průměrem 30 mm, a poloměru zakřivení 65 cm pro kabel s průměrem 80 mm. U této aplikace se výraz „pružný“ používá k označení toho, že vinutí je pružné až do poloměru zakřivení s hodnotou řádově čtyřnásobku hodnoty průměru kabelu, lépe od devíti do dvanáctinásobku průměru kabelu.The winding of rotating electrical machines according to the invention consists of cables having rigid extruded insulation of the type used for power distribution, for example XLPE cables or EPR insulated cables. Such cables include an internal conductor composed of one or more strands, an inner semiconducting layer surrounding the conductor, a solid insulating layer surrounding the inner layer, and an outer semiconductive layer surrounding the insulating layer. Such conductors are flexible, which is an important feature since the technology for the device according to the present invention is based primarily on a winding system wherein the winding is made up of cables that bend during assembly. The flexibility of XLPE cables usually corresponds to a 20 cm radius of curvature for a 30 mm diameter cable and a 65 cm radius of curvature for an 80 mm diameter cable. In this application, the term "resilient" is used to indicate that the winding is resilient up to a radius of curvature of about four times the cable diameter value, preferably from nine to twelve times the cable diameter.

Vinutí by mělo být konstruováno tak, aby si zachovávalo své vlastnosti i tehdy je-li ohýbáno, a je-li v provozu vystaveno tepelnému namáhání. Je velmi důležité, aby si vrstvy udržely schopnost vzájemné přilnavosti. Rozhodující jsou zde vlastnosti materiálu vrstev, zvláště pak pružnost a relativní koeficient tepelné rozpínavosti. Například u kabelu XLPE izolační vrstva sestává z polyethylenu s nízkou hustotou a s křížovou vazbou, přičemž polovodivé vrstvy jsou zhotoveny z polyethylenu s obsahem sazí a kovových Částic. Změny objemu v důsledku tepelné fluktuace jsou zcela absorbovány jako změny poloměru kabelu, a to dílky srovnatelně malému rozdílu mezi koeficientem tepelné rozpínavosti vrstev ve vztahu k pružnosti těchto materiálů, kdy radiální rozpínavost se může vyskytovat, aniž by přitom docházelo ke ztrátě přilnavosti mezi vrstvamiThe winding should be designed so that it retains its properties even when bent and when subjected to thermal stress in operation. It is very important that the layers retain the ability to adhere to one another. The material properties of the layers, in particular the elasticity and the relative coefficient of thermal expansion, are decisive here. For example, in an XLPE cable, the insulating layer consists of low density polyethylene and cross-linked, the semiconducting layers being made of polyethylene containing carbon black and metal particles. Volume variations due to thermal fluctuation are completely absorbed as changes in cable radius, by divisions of a comparatively small difference between the coefficient of thermal expansion of the layers in relation to the elasticity of these materials, where radial expansion can occur without loss of adhesion between layers

Zmíněné kombinace materiálů je nutné považovat pouze jako možném příklady. Jiné kombinace splňující specifikované podmínky, a rovněž podmínku poiovodivosti, to znamená • · * • •9 999These combinations of materials are to be considered only as possible examples. Other combinations meeting the specified conditions as well as the conductivity condition, i.e. 9,999

9« 9 * «9 «9

9 9 · » · ·9 9

-5* · * · ·-5

99» 999 s odporem v rozmezí od 10'¹ do 10⁶ ohm-cm, například 1-500 ohm-cm, nebo 10-200 ohm-cm, samozřejmě rovněž spadají do rozsahu tohoto vynálezu.99 to 999 with a resistance ranging from 10 ^-1 to 10 ⁶ ohm-cm, for example 1-500 ohm-cm, or 10-200 ohm-cm, of course, are also within the scope of the present invention.

Izolační vrstva může například zahrnovat pevný termoplastický materiál, například polyethylen s nízkou hustotou (LDPE), polyethylen s vysokou hustotou (HDPE), polypropylen (PP), polybutylen (PB) polymethyl penten („TPX“), materiály s křížovou vazbou, například polyethylen s křížovou vazbou (XLPE, nebo pryž, například ethylen propylenovou pryž (EPR) nebo silikonovou pryž.For example, the insulating layer may comprise a rigid thermoplastic material such as low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polybutylene (PB) polymethyl pentene ("TPX"), cross-linking materials such as polyethylene cross-linked (XLPE) or rubber, for example, ethylene propylene rubber (EPR) or silicone rubber.

Vnitřní a vnější polovodivé vrstvy mohou zahrnovat stejný základní materiál, ale s obsahem částic vodivého materiálu, například se sazemi nebo kovovým práškem.The inner and outer semiconductive layers may comprise the same base material, but containing particles of conductive material, such as carbon black or metallic powder.

Mechanické vlastnosti těchto materiálů, zvláště koeficienty tepelné rozpínavosti, jsou poměrně málo ovlivněny tím, zda jsou, či nikoliv, přimíchány saze nebo práškový kov, a to alespoň v proporcích požadovaných k dosažení vodivosti podle tohoto vynálezu. Izolační vrstva a polovodivé vrstvy mají v podstatě stejné koeficienty tepelné rozpínavosti. Vhodné polymery polovodivých vrstev mohou být vytvořeny z ethylen- vinil-acetátů kopolymerů/nitrilové pryže (EVA/NBR), butyl graft polyethylenu, kopolymeru ethylen-butylakrylátu (EBA) a kopolymerů ethylen-ethyl akrylátů.The mechanical properties of these materials, particularly the coefficients of thermal expansion, are relatively little affected by whether or not carbon black or powdered metal is admixed, at least in proportions required to achieve the conductivity of the present invention. The insulating layer and semiconducting layers have substantially the same coefficients of thermal expansion. Suitable semiconductor layer polymers may be formed from ethylene-vinyl acetate acetate / nitrile rubber (EVA / NBR) copolymers, polyethylene butyl graft, ethylene butyl acrylate copolymer (EBA) and ethylene ethyl acrylate copolymers.

Dokonce i tehdy, když se použijí odlišné typy materiálů jako základ pro různé vrstvy, je žádoucí, aby jejich koeficienty tepelné rozpínavosti byly v podstatě stejné Je tomu tak v případě kombinace již zmíněných materiálů.Even when different types of materials are used as the basis for different layers, it is desirable that their coefficients of thermal expansion be substantially the same as is the case with the combination of the above-mentioned materials.

Uvedené materiálky mají relativně dobrou pružnost, s modulem pružnosti E <500 MPa, lépe < 200 MPa. Pružnost je dostatečně velká i pro malé rozdíly mezi koeficienty tepelné rozpínavosti materiálů vrstev, které se mají absorbovat v radiálním směru pružnosti, takže se nevyskytují žádné trhlinky ani jiná poškození a nedochází ani k porušení přilnavost mezi vrstvami. Materiál vrstev je pružný a přilnavost mezi vrstvami by měla mít alespoň stejnou hodnotu, jakou má u nejslabšího materiálu.Said materials have a relatively good elasticity, with an elastic modulus E < 500 MPa, preferably < 200 MPa. The elasticity is sufficiently high even for small differences between the coefficients of thermal expansion of the layer materials to be absorbed in the radial direction of elasticity, so that no cracks or other damages occur, nor does the adhesion between the layers occur. The layer material is resilient and the adhesion between the layers should be at least equal to that of the weakest material.

Vodivost obou polovodivých vrstev je dostatečná k tomu, aby podstatně vyrovnala potenciál podél každé vrstvy. Vodivost vnější polovodivé vrstvy je dostatečně vysoká k uzavření elektrického pole mezi kabely, ale je dostatečně nízká k vytváření ztrát vlivem proudů indukovaných v podélném směru vrstev.The conductivity of the two semiconducting layers is sufficient to substantially equalize the potential along each layer. The conductivity of the outer semiconductive layer is high enough to enclose the electric field between the cables, but is low enough to generate losses due to currents induced in the longitudinal direction of the layers.

Každá z polovodivých vrstev v podstatě vytváří jeden povrch se stejným potenciálem, přičemž tyto vrstvy uzavírají mezi sebou elektrické pole.Each of the semiconducting layers essentially forms one surface with the same potential, the layers enclosing an electric field between them.

Nelze nic namítat proti zařazení jedné nebo více polovodivých vrstev do izolační vrstvy.There is no objection to the inclusion of one or more semiconducting layers in the insulating layer.

9 99 9

9 · » · 9 9 9 • *9 · »9 9 9

Vzhledem k zvláště výhodným vlastnostem je statorové vinutí vytvořeno z vysokonapěťového kabelu.Due to particularly advantageous properties, the stator winding is made of a high voltage cable.

Další vlastností je skutečnost, že vysokonapěťový kabel má průměr v rozmezí 20250 mm a plochu vodiče v rozmezí 80-3000 mm².Another feature is that the high voltage cable has a diameter in the range of 20250 mm and a conductor area in the range of 80-3000 mm ² .

Další vlastnosti a výhody tohoto vynálezu jsou uvedeny ve zbylých nárocích.Further features and advantages of the invention are set forth in the remaining claims.

Podle jiných vlastností, každá ze dvou podpěr v páru zakrývá, v radiálním směru, v podstatě polovinu z plochy odpovídající mezery pólu. Získává se tím výhoda v tom, že více jak 50% plochy mezery pólu je k dispozici pro průchod vzduchu.According to other characteristics, each of the two supports in the pair covers, in the radial direction, substantially half of the area corresponding to the pole gap. This provides the advantage that more than 50% of the pole gap area is available for air passage.

Alternativně je jedna z podpěr v páru uspořádána tak, aby podpírala v podstatě polovinu vinutí dvou sousedních pólů, přičemž druhá z podpěr je uspořádána tak, aby podpírala druhou polovinu zmíněných vinutí.Alternatively, one of the supports in the pair is arranged to support substantially half of the windings of two adjacent poles, the other of the supports being arranged to support the other half of said windings.

Podle jiné alternativy je jedna podpěra z páru uspořádána tak, aby podpírala polovinu vinutí dvou sousedních pólů, přičemž druhá z podpěr je uspořádána tak, aby podpírala druhou polovinu vinutí a další malý počet vinutí k zajištění a překrytí podpíraných vinutí. Tímto uspořádáním se získává zvláště bezpečné zařízení, a to vlivem překrytí podpíraných vinutí.According to another alternative, one support of the pair is arranged to support half of the windings of two adjacent poles, the other of the supports is arranged to support the other half of the windings and another small number of windings to secure and overlap the supported windings. By this arrangement, a particularly safe device is obtained by overlapping the supported windings.

Nakonec, vlivem zvláště výhodných vlastností, jsou dvě podpěry cívky v páru rozmístěny v axiálním směru v takové vzdálenosti, že plocha v axiálním směru, mezi dvěma podpěrami cívky, v podstatě odpovídá té Části plochy mezery pólu v radiálním směru, která není obsazena podpěrou cívky. Tím je zajištěno, že plocha, která je k dispozici pro proudění chladicího plynu v axiálním směru mezi každou podpěrou v páru, je v podstatě stejná s plochou, která je k dispozici v radiálním směru, například ta plocha v mezeře pólu, kde proudění plynu podpěra pólu nebrání.Finally, due to particularly advantageous properties, the two coil supports in the pair are spaced axially at a distance such that the area in the axial direction, between the two coil supports, substantially corresponds to that portion of the radial direction gap gap not occupied by the coil support. This ensures that the area available for the cooling gas flow in the axial direction between each support in the pair is substantially the same as the area available in the radial direction, for example that area in the pole gap where the gas flow supports does not prevent the pole.

Otáčivé elektrické stroje bývají konstruovány pro napětí v rozmezí 6-30 kV, kde hodnota 30kVje považována za horní limit.Rotating electrical machines are designed for voltages in the range of 6-30 kV, where 30kV is considered the upper limit.

Použitím vysokonapěťových izolovaných elektrických vodičů, rovněž nazývaných jako vysokonapěťové kabely, s pevnou izolací podobné izolaci používané u kabelů pro přenos elektrické energie (XLPE kabely), lze zvýšit napětí u strojů na takovou úroveň, že je lze připojit přímo k síti bez transformátoru. Běžný transformátor lze tím vynechat Důležitou podmínkou je, aby se mohlo zajistit uspokojivé odvětrávání, což je tímto vynálezem umožněno.By using high-voltage insulated electrical conductors, also called high-voltage cables, with rigid insulation similar to those used for power transmission cables (XLPE cables), the machine voltage can be increased to a level that can be connected directly to the mains without a transformer. A conventional transformer can thus be omitted. An important condition is that satisfactory ventilation can be ensured, which is possible with the present invention.

Tento vynález je především určen pro vysoká napětí. Vysokým napětím se zde rozumí napětí přesahující hodnotu 10 kV Provozním rozsahem napětí u tohoto vynálezu jsou hodnoty od 36 kV až do 800 kV. Tento vynález dále určen i pro stanovenou oblast napětí pod 36 kVThe present invention is primarily intended for high voltages. By high voltage is meant here a voltage exceeding 10 kV. The operating voltage ranges of the present invention are values from 36 kV to 800 kV. The invention is also intended for a specified voltage range below 36 kV

-7ί •00 • 0 0 0 « « 0-7ί • 00 • 0 0 0 «« 0

000 000 • · »0 0»000 000 • · »0 0

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Pro lepší porozumění vynálezu bude jeho provedení popsáno pomocí příkladu a přiložených výkresů, na kterých:For a better understanding of the invention, the embodiment thereof will be described by way of example and the accompanying drawings, in which:

obr. 1 schematicky znázorňuje boční pohled, částečně v řezu, na otáčivý elektrický stroj, obr. 2 znázorňuje podrobnější pohled shora na podpěru cívky, obr. 3 znázorňuje podrobnější pohled shora na jinou podpěru cívky, obr.4 znázorňuje příčný řez vysokonapěťovým kabelem.Fig. 1 schematically shows a side view, partially in section, of a rotating electric machine; Fig. 2 shows a more detailed top view of a coil support; Fig. 3 shows a more detailed top view of another coil support; Fig. 4 shows a cross section of a high voltage cable.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Na obr. 1 je znázorněn otáčivý elektrický stroj, podle tohoto vynálezu, v bočním pohledu a částečně v příčném řezu. Stroj zahrnuje rotor i se střední osou 2 a stator 4 opatřený vinutími, která jsou zhotovena z vysokonapěťového kabelu 3 , který je protažený drážkami ve statoru. Rotor zahrnuje póly 5, 6 (obr.2 a 3). Póly zahrnují pólové nástavce 8,9, které jsou opatřeny vinutím ÍO, 11, čímž se vytváří solenoidy. Mezi póly s vinutím se nachází prostor nazývaný mezera pólu. 13. Mezera pólu se nachází mezi každým párem pólů, přičemž každá mezera pólu je orientovaná axiálně podél celých pólů, a to rovnoběžně se středovou osou rotoruFig. 1 shows a rotating electric machine according to the invention in side view and partly in cross-section. The machine comprises a rotor 1 with a central axis 2 and a stator 4 provided with windings, which are made of a high-voltage cable 3, which is drawn through grooves in the stator. The rotor comprises poles 5, 6 (Figs. 2 and 3). The poles include pole pieces 8.9 which are provided with windings 10, 11 to form solenoids. Between the winding poles is a space called a pole gap. 13. The pole gap is located between each pair of poles, each pole gap oriented axially along the entire poles, parallel to the central axis of the rotor.

Podpěry pólů 15,16 se nachází v mezerách pólů, a to za účelem udržení vinutí solenoidů na určeném místě. Podpěry pólů u znázorněného provedení jsou konstruovány tak, aby fungovaly v páru. Každá podpěra tak podpírá část vinutí na pólech sousedících s mezerou pólu, ve které je zmíněná opěra cívky použita.The pole supports 15, 16 are located in the pole gaps to maintain the solenoid windings at the designated location. The pole supports of the illustrated embodiment are designed to operate in pairs. Each support thus supports a portion of the windings at the poles adjacent to the pole gap in which said coil support is used.

Podpěra cívky 15 na obr.2 je tělesem ve formě klínu s komolou špičkou, přičemž její strany hraničí s vinutím cívky. Podpěra cívky zaplňuje přibližně polovinu plochy v radiálním směru, kterou mezera mezi vinutími pólů zabírá. Podpěra cívky na obr.2 je uspořádána tak aby tato vinutí příslušných sousedních pólů, které jsou nejdále od středové osy rotoru, podpírala.The coil support 15 in FIG. 2 is a wedge-shaped body with a truncated tip, its sides bordering the coil winding. The coil support fills approximately half the area in the radial direction that the gap between the pole windings occupies. The coil support of FIG. 2 is arranged to support the windings of the respective adjacent poles furthest from the central axis of the rotor.

Podpěra cívky na obr. 3 je uspořádána tak, aby podpírala vinutí příslušných sousedních pólů, které se nachází nejblíže ke středové ose rotoru. V tomto případě má podpěra rovněž formu tělesa ve tvaru klínu, přičemž špička je jen mírně komolá, nebo není v · vThe coil support in FIG. 3 is arranged to support the windings of respective adjacent poles that are closest to the central axis of the rotor. In this case, the support also takes the form of a wedge-shaped body, the tip being only slightly truncated or not

9 9 99 9 9

999 999 « 9999 999 «11

9999

• 99· vůbec komolá. Strany tělesa jsou v kontaktu s vinutím a podpírají ho. Těleso zde rovněž zabírá přibližně polovinu mezery pólu, a to v radiálním směru mezi vinutími• 99 · tremendous at all. The sides of the body are in contact with the coil and support it. The body also occupies approximately half of the pole gap in the radial direction between the windings

Jelikož je žádoucí, aby proud vzduchu mezi podpěrami, a stejně tak i za podpěrami cívky, byl pokud možno stejný, požaduje se aby plocha proudu vzduchu měla přibližně stejnou velikost, a to bez ohledu na to, zdaje podpěra cívky umístěna a konstruována tak, jak je zobrazena na obr.2 nebo 3. Podpěry cívky na obou obrázcích by měly zabírat přibližně stejnou plochu, Přesné určení rozměrů podpěry cívky je v prvé řadě dáno namáháním ve směru proti svorníkům 21 a 22 podpěr cívky 15 a 16, které přenáší stejné zatížení. Každá podpěra v páru, podle tohoto vynálezu, nemusí nutně podpírat stejný počet otáček vinutí.Since it is desirable for the air flow between the supports as well as behind the coil supports to be as uniform as possible, the air flow area is required to be approximately the same size, regardless of whether the coil support is positioned and constructed as 2 or 3. The coil supports in both figures should occupy approximately the same area. The exact determination of the coil support dimensions is primarily due to the stresses against the bolts 21 and 22 of the coil supports 15 and 16, which carry the same load. Each support in a pair according to the invention does not necessarily support the same number of turns of the winding.

Z bezpečnostních důvodů je vhodné, aby podpěry cívky, fungujících v páru, byly schopny podpírat vinutí v hraniční ploše mezi dvěma podpěrami s jistým překrytím, jelikož umístěním podpěr naprosto přesně by mohlo vyvolat jisté potíže, proto podpěra podle provedení na obr. 3 podpírá o něco více jak polovinu vinutí, zatímco podpěra na obr.2 podpírá přibližně polovinu vinutí.For safety reasons, it is desirable that the coil supports operating in a pair be able to support the winding in the boundary surface between two supports with some overlap, since positioning the supports exactly could cause some problems, therefore the support according to the embodiment of Fig. more than half the windings, while the support in Fig. 2 supports approximately half the windings.

Obě podpěry cívky 15,16 mají prostředky k upevnění k rotoru. U zobrazeného příkladu zahrnují podpěry cívky centrální vývrty 19, 20, kterými prochází svorníky 21, 22 . Rotor má rovněž odpovídající vývrty, takže svorník může podpěrou cívky procházet a může se k rotoru připevnit.Both coil supports 15, 16 have means for fastening to the rotor. In the illustrated example, the coil supports include central bores 19, 20 through which the bolts 21, 22 pass. The rotor also has corresponding bores so that the bolt can pass through the coil support and can be attached to the rotor.

Obr. 1 znázorňuje, jakým způsobem je realizováno odvětrávání a chlazení pólů.Giant. 1 illustrates how pole venting and cooling is implemented.

Dráha chladicího vzduchu je označena šipkami 23. Stroj zahrnuje větrák 24, který shora přivádí chladicí vzduch do prostoru, který je k dispozici, to znamená do mezer mezi póly. Vzduch je větrákem veden z horní části rotoru do spodní části. Vzduch proudí mezi podpěrami cívek, chladí vinutí a dále pokrčuje směrem dolů a ke spodní části statoru, kde chladí celý spodní konec svazku cívky 25. Vzduch dále proudí směrem nahoru a mimo stator, který zároveň chladí.The cooling air path is indicated by arrows 23. The machine includes a fan 24 that feeds cooling air from above into the available space, that is to say, between the poles. Air is led from the top of the rotor to the bottom by a fan. The air flows between the coil supports, coils the coil, and further bends down and down to the bottom of the stator, where it cools the entire lower end of the coil bundle 25. The air continues to flow upward and away from the stator, which cools.

Obr 4 znázorňuje příčný řez vysokonapěťovým kabelem, který je zvláště vhodný pro použití u tohoto vynálezu. Vysokonapeťový kabel 3 sestává z množství měděných pramenů 31, které mají kruhový průřez. Prameny jsou umístěny ve středu vysokonapeťového kabelu. První polovodivá vrstva 32 obklopuje prameny kabelu 3L První polovodivá vrstva 32 je obklopena izolační vrstvou 33, například XLPE izolační vrstvou, přičemž tuto izolační vrstvu obklopuje druhá polovodivá vrstva 34, Zobrazený kabel se od konvenčního vysokonapěťového kabelu liší v tom, že vnější mechanicky chránící plášť a kovová stínící mřížka jsou vynechány Vysokonapeťový kabel, podle tohoto vynálezu nemusíFig. 4 shows a cross section of a high voltage cable that is particularly suitable for use in the present invention. The high voltage cable 3 consists of a plurality of copper strands 31 having a circular cross section. The strands are located in the middle of the high voltage cable. The first semiconductor layer 32 surrounds the strands of the cable 31 The first semiconductor layer 32 is surrounded by an insulating layer 33, for example an XLPE insulating layer, wherein the insulating layer is surrounded by the second semiconductor layer 34. The cable shown differs from the conventional high voltage cable in metal shielding grid are omitted High voltage cable, according to the present invention need not

-τ V - ww ” * * ·-τ V - ww ”* * ·

ΦΦ* Φ Φ «ΦΦΦΦΦ * Φ Φ «ΦΦΦ

Φ·Φ· Φ Φ · ·»Φ »·Φ _ Q I Φ Φ Β φ Φ · •φφφ ΦΦ φφφ ♦·· ΦΦ «φ zahrnovat kovovou ochrannou mřížku a vnější ochranný plášť, kdy obě komponenty jsou součástí kabelu pro přenos el.energie.Zahrnovat zahrnovat zahrnovat zahrnovat zahrnovat zahrnovat zahrnovat zahrnovat zahrnovat · zahrnovat · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · energy.

U zobrazeného provedení lze dvě podpěry cívky srovnat s konvenční podpěrou rozdělenou na dvě části, kdy každá z nich je v radiálním směru menší, a jsou uspořádány radiálně v různých vzdálenostech od středové osy rotoru. Vynález by neměl být tímto provedením omezován, ale může být měněn v rámci vynálezeckého zámyslu, tak jak je to uvedeno v přiložených nárocích, například provedením s různým tvarem a/nebo s různými vzájemnými rozměry podpěr cívek, nebo opatřením podpěr otvory, a to vhodným způsobem, za účelem zvýšení dostupné plochy pro proud chladicího vzduchu.In the illustrated embodiment, the two coil supports can be compared to a conventional two-part support, each of which is smaller in the radial direction, and are arranged radially at different distances from the central axis of the rotor. The invention should not be limited by this embodiment, but may be varied within the scope of the inventive concept as set forth in the appended claims, for example by design having different shapes and / or different dimensions of coil supports, or by providing openings in suitable manner. to increase the available area for the cooling air flow.

Claims

00 00 000 000 00 00 00 »0 0 0000 H0 0 0 · 0 0 · 000 000 <0 0 0 · 00

A rotating electric machine comprising a stator (4) with a winding which is inserted into grooves in the stator and a rotor (1) with a central axis (2) and poles (5,6) in the form of pole extensions (8, 9), which are provided with windings to form solenoids in which gaps (13) are formed between the rotor poles, further comprising pole supports (15, 16) located in said gaps to support the solenoid windings (10, 11), wherein: said machine being characterized in that the coil supports (15, 16) are arranged in pairs, each of said supports (15, 16) in pair being shaped to support only a portion of the solenoid windings (10, 11) of two adjacent poles 5, 6) and in that the two coil supports (15, 16) in the pair are spaced axially and radially relative to each other so as to allow cooling gas to flow between said coil supports.

The rotary electrical machine of claim 1, wherein the winding is resilient and comprises an electrically conductive core surrounded by an inner semiconductive layer (32) and an insulating layer (33) surrounding the inner semiconductive layer, being made of a solid material, and further comprising an outer semiconductive layer (34) surrounding said insulating layer, said layers adhering to each other,

A rotary electrical machine according to claim 2, characterized in that said layers (32, 33, 34) are made of a material having such elasticity and such a relationship between the coefficients of thermal expansion of the material that changes in the volume of the layers caused by thermal fluctuations during operation, can be absorbed by the elasticity of the materials, while the layers retain adherence to each other even during fluctuations in temperature occurring during operation.

The rotary electric machine according to claim 3, characterized in that the layer materials (32, 33, 34) are very flexible with a modulus of elasticity E of less than 500 MPa, preferably less than 200 MPa.

A rotary electrical machine according to claim 3, characterized in that the coefficients of thermal expansion of the materials in said layers (32). 33, 34] have substantially the same size.

The rotary electric machine according to claim 3, characterized in that the adhesion between the layers (32, 33, 34) has at least the same value as the weakest material.

A rotary electrical machine according to claim 2 or 3, characterized in that each of the semiconducting layers (32, 34) forms one surface with the same potential.

Rotary electric machine according to any of the inlet 2-7, characterized in that the stator winding (4) consists of a high voltage cable.

The rotary electrical machine according to claim 8, characterized in that the high voltage cable (3) has a diameter in the range of 20-250 mm and a conductive surface in the range of 80-3000 mm ² .

A rotary electrical machine according to any preceding claim, wherein each of the two coil supports (15, 16) in pair occupies substantially half the area of the corresponding gap of the pole (13) in the radial direction.

A rotary electrical machine according to any preceding claim, wherein one of the two coil supports (15, 16) in pair is arranged to support half of the windings (10, 11) of two adjacent poles (5, 6). and in that the second support is arranged to support substantially the second half of said windings.

A rotary electrical machine according to any preceding claim, wherein one of the two coil supports (15, 16) is paired to support substantially half of the windings 10,11 (two adjacent poles (5, 6)). and the other of the two supports is arranged to support the other half of said windings and a further small number of windings to provide an overlap of the supported windings.

A rotary electrical machine according to any one of claims 10, 11 or 12, wherein the two coil supports (15, 16) in a pair are spaced axially at a distance such that the area in the axial direction corresponds to a portion of the pole gap area. (13) in a radial direction not occupied by the coil support.