DE1123038B

DE1123038B - Device to dissipate the heat from gas- and liquid-tight encapsulated winding heads

Info

Publication number: DE1123038B
Application number: DEG28179A
Authority: DE
Inventors: Maurice Edward Petersen; John James Broderick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1958-11-03
Filing date: 1959-10-19
Publication date: 1962-02-01

Description

Einrichtung zum Abführen der Wärme von gas- und flüssigkeitsdicht gekapselten Wickelköpfen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abführen der Wärme von den aus den Leiternuten eines lamellierten Statorkerns in axialer Richtung hervorragenden gas- und flüssigkeitsdicht eingekapselten Wickelköpfen, die gleichzeitig der Ab- stützung der Kapselwände und zur Festlegung der Wickelköpfe gegen seitliche Verlagerung dient.Means for removing heat from gas and liquid tight sealed winding heads The present invention relates to a device for removing heat from the excellent from the conductor slots of a laminated stator core in the axial direction of gas- and liquid-tight encapsulated windings, at the same time the exhaust support of the capsule walls and serves to fix the winding heads against lateral displacement.

Bei gekapselten elektrischen Maschinen hoher Leistunel, beispielsweise bei einem gekapselten Elektromotor, an den eine Pumpe angeschlossen ist, die heißes, unter hohem Druck stehendes Wasser in Umlauf hält, und durch dessen Luftspalt von dem Pumpensystem abgezweigtes Wasser zirkuliert, muß dafür Sorge getragen werden, daß einerseits die Wärme von den Wickelköpfen des Stators in ausreichendem Maße abgeleitet wird und daß andererseits die Wickelköpfe sich unter den magnetischen Kräften des Laststromes nicht verschieben können und die gewöhnlich zylindrische dünne innere Kapselwand unterstützt wird, damit sie sich unter dem im Luftspalt vorherrschenden Druck nicht verformen kann.In the case of high-performance, encapsulated electrical machines, for example in the case of an encapsulated electric motor to which a pump is connected, the hot, keeps water under high pressure circulating, and through its air gap of If water diverted from the pump system circulates, care must be taken to ensure that that on the one hand the heat from the end windings of the stator is sufficient is derived and that on the other hand the winding heads are under the magnetic Forces of the load current can not shift and the usually cylindrical thin inner capsule wall is supported so that it is located under the air gap cannot deform the prevailing pressure.

Bei gekapselten Hochspannungstransformatoren, deren Kern und Wicklungen im Inneren eines zylindrischen Gehäuses in einem Füllstoff eingebettet sind, ist es bekannt, die Wärmeisolierung durch den Füllstoff durch zwischen die Wicklungsteile eingesetzte Kupferplatten zu durchbrechen, welche die entwickelte Wärme an das Außengehäuse abführen. Bei solchen bekannten Hochspannungstransformatoren sind die Platten senkrecht zur Achse der Wicklungen und senkrecht zur Achse des Gehäuses angeordnet und verlaufen zueinander parallel. Sie haben dort lediglich die Funktion einer Wärmeableitung.In the case of encapsulated high-voltage transformers, their core and windings are embedded in a filler inside a cylindrical housing it is known the thermal insulation through the filler through between the winding parts used copper plates to break through, which the developed heat to the outer housing dissipate. In such known high-voltage transformers, the plates are perpendicular arranged and run to the axis of the windings and perpendicular to the axis of the housing parallel to each other. They only have the function of dissipating heat there.

Ferner ist es bekannt, die Wicklungen von Motoren, Transformatoren und dergleichen elektrischen Apparaten dadurch zu kühlen, daß diese in eine gegossene Metallmasse eingebettet werden, die eine so niedrige Schmelztemperatur besitzt, daß die Isolation einerseits nicht zerstört wird, andererseits aber die Metallmasse unter den zulässigen Betriebstemperaturen nicht zu schmelzen beginnt. Diese gegossene Masse steht mit dem Gehäuse der Maschine in Wärmekontakt. Bei dieser bekannten Anordnung ist stets eine gewisse Gefahr einer Zerstörung der Isolation oder eines unbeabsichtigten Schmelzens der Metallmasse vorhanden, und es ist bei ihr auch schwierig, eine Wicklung, die beim Betrieb beschädigt wird, zu reparieren oder zu erneuern.It is also known the windings of motors, transformers and the like to cool electrical apparatus by placing them in a cast Metal mass are embedded, which has such a low melting temperature, that the insulation on the one hand is not destroyed, but on the other hand the metal mass does not begin to melt below the permissible operating temperatures. This cast Ground is in thermal contact with the housing of the machine. In this known arrangement there is always a certain risk of destruction of the insulation or an unintentional one Melting of the metal mass, and it is also difficult to form a winding, repair or replace that is damaged during operation.

Außerdem ist es bei elektrischen Maschinen bekannt, den Statorkern mit seinen Wicklungen in einen monolvtischen Rahmen beim Gießen desselben einzubett#n, wobei für die Wicklungen eine hochtemperaturbeständige Glasfaserisolierung verwendet wird. Eine Anordnung dieser Art hat im wesentlichen die gleichen Nachteile wie die vorlip-r beschriebene.It is also known in electrical machines, the stator core with its windings to be embedded in a monolithic frame when pouring the same # n, A high-temperature-resistant glass fiber insulation is used for the windings will. An arrangement of this kind has essentially the same disadvantages as that described in lip-r.

Die Erfindung schafft nun eine Einrichtung zum Abführen der Wärme von den Wickelköpfen des Ständers einer elektrischen Maschine, bei welcher für die Wärmeableitung ebenfalls Platten verwendet werden, wobei diese Platten aber außer ihrer Funktion derWärmeableitung gleichzeitig auch dazu dienen, die Wickelköpfe festzulegen und die dünne innere Kapselwand zu unterstützen.The invention now provides a device for dissipating the heat of the winding heads of the stator of an electrical machine, in which for the Heat dissipation plates are also used, but these plates except Their function of heat dissipation also serves the end winding and to support the thin inner capsule wall.

Da bei der Erfindung der Statorkem mit seinen Wicklungen nicht vergossen wird, können Reparaturen an diesen Teilen leicht vorgenommen werden.Since with the invention of the stator core with its windings not shed repairs to these parts can be easily made.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zylindrischen Innenwand (dem Spaltrohr) und dem metallenen Außengehäuse radial angeordnete, sich an den Stirnseiten des Statorkerns in Längsrichtung erstreckende Platten vorgesehen sind, die, zwischen den inneren und äußeren Spulenhälften verlaufend, die benachbarten Leiterwickelköpfe festlegen und sich radial an der Innenwand und dem Außengehäuse abstützen, wobei sie mit den Leiterteilen der Wickelköpfe sowie der Innenwand und dem Außengehäuse in Wärmeaustausch stehen und ein ringförmiges Wärmeableitgitter bilden. Bei der die Form eines ringförmigen Wärmeableitgitters aufweisenden erfindungsgemäßen Einrichtung werden die Platten infolge des auf die Innenwand einwirkenden, im Maschinenspalt vorherrschenden Druckes zwangläufig in einen innigen Wärmekontakt mit der Innenwand und dem Außengehäuse des Stators gehalten, wobei die Innenwand durch diese Platten gleichzeitig unterstützt wird. Außerdem halten diese Platten die Wickelköpfe in einem gegenseitigen festen Abstand und verhindern so eine Verlagerung dieser Wickelköpfe unter den magnetischen Kräften infolge des durch die Wicklung fließenden Laststromes.The device according to the invention is characterized in that between the cylindrical inner wall (the can) and the metal outer housing radially arranged, extending on the end faces of the stator core in the longitudinal direction Plates are provided which, running between the inner and outer coil halves, the adjacent conductor winding heads set and radially on the inner wall and support the outer housing, with the conductor parts of the winding heads as well the inner wall and the outer housing are in heat exchange and an annular Form heat dissipation grids. In the form of an annular heat dissipation grille having device according to the invention, the plates are due to the Pressure prevailing in the machine gap inevitably in maintained intimate thermal contact with the inner wall and the outer housing of the stator, the inner wall being supported by these panels at the same time. aside from that these plates keep the winding heads at a mutual fixed distance and prevent them such a displacement of these end windings under the magnetic forces as a result of the load current flowing through the winding.

Die Erfindung schafft somit eine den besonderen Gegebenheiten bei gekapselten elektrischen Maschinen angepaßte Konstruktion, bei welcher die verschiedenen Funktionen durch ein und denselben Bauteil, nämlich die Platten, erfüllt werden.The invention thus creates one of the special circumstances Encapsulated electrical machines adapted construction, in which the various Functions can be fulfilled by one and the same component, namely the panels.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung von den Wickelköpfen auf die Platten kann gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung der Wärmeaustausch über gut wärmeleitende Metallstreifen stattfinden, die an den Platten wärmeleitend befestigt sind und der, Form der Wickelköpfe angepaßte Verlängerungen haben, die an den Wickelköpfen anliegen und mit diesen in Wärmekontakt stehen.To improve the heat transfer from the winding heads to the According to an expedient embodiment of the invention, plates can be used for heat exchange take place via highly thermally conductive metal strips that conduct heat to the plates are attached and the, shape of the winding heads have adapted extensions that rest on the winding heads and are in thermal contact with them.

DerForm derWickelköpfe angepaßteWärmeableitglieder sind bei elektrischen Maschinen für sich bereits bekannt.Heat sinks adapted to the shape of the winding heads are used in electrical Machines already known for themselves.

Eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem Außengehäuse, dem Statorkern und den Platten wird gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung dadurch erhalten, daß die Platten von einem Ring getragen werden, der am innenumfang des Außengehäuses angeordnet ist, an dem Statorkern anliegt und mit diesen Teilen in Wärmeaustausch steht. Diese Ausbildung ergibt auch ein starres Wärmeableitgitter, bei welchem die einzelnen Platten jederzeit unverrückbar festgehalten sind.A particularly good heat transfer between the outer housing, the The stator core and the plates are according to a further expedient embodiment the invention obtained in that the plates are carried by a ring, which is arranged on the inner circumference of the outer housing, rests against the stator core and is in heat exchange with these parts. This training also results in a rigid one Heat dissipation grille, in which the individual plates are held immovably at all times are.

Schließlich können bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die von dem Statorkern abgewendeten Enden der wärmeleitenden Metallstreifen, die an den Wickelkopfhälften ein und desselben Wickelkopfes anliegen, über die Wickelköpfe hinaus verlängert und an einer gekühlten Rohrleitung befestigt sein.Finally, in the device according to the invention, the Stator core facing away from the ends of the thermally conductive metal strips attached to the end winding halves one and the same winding head rest, extended beyond the winding heads and attached to a cooled pipe.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung zeigt die Zeichnung. Darin ist Fig. 1 eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt eines Teiles von einem Ende eines gekapselten Motors, die die Anordnung der für die Ableitung der Wärme von den Wickelköpfen verwendeten Metallplatten und -streifen zeigt, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von Metallstreifen für die Wärmeableitung, die an den Wickelköpfen angebracht werden können, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die eine Ab- wandlung der in Fig. 2 gezeigten Streifen darstellt, Fig. 4 eine Darstellung, die zeigt, wie die Metallstreifen der Fig. 3 an den Platten angebracht werden, die an den Stator angrenzen, und Fig. 5 die Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung-' Die Fig. 1 und 5 zeigen einen Teil eines gekapselten Motors, der einen Stator 10 aufweist, der aus LameHen 12 zusammengesetzt und mit Leiternuten 14 versehen ist. Die isolierten, mittels einer Form gewickelten Spulen 16 weisen in bekannter Weise einen Teil 18, der sich im äußeren Teil einer Nut befindet, und einen umgekehrt gebogenen Teil 20 auf, der im inneren Teil einer anderen Nut verläuft. Der Stator ist in einem Stahlgehäuse 22 eingeschlossen und wird durch einen zylindrischen Ring 24 fest an seinem Platz gehalten, der durch ein Halteglied 26 in seiner Lage gesichert ist. Der Ring 24 ist massiv ausgebildet und trägt sich radial nach innen erstreckende Platten 30, die kurz vor der inneren Umfangsfläche des Stators enden. Gemäß Fig. 1 erstrecken sich die Platten in axialer Richtung vom Statorkern weg und bilden eine Ringschulter 32, welche einen weiteren, nicht gezeigten Bauteil zum Einschließen der Wickelköpfe aufnimmt. Auf den flachen Teilen der Platten ist ein Stützring 34 angeordnet, dessen Innendurchmesser gleich demjenigen des Stators ist. Dieser Stützring verlängert praktisch den Stator und bildet mit diesem den erforderlichen Träger für die zylindrische Kapsel oder das Spaltrohr 36. Das Spaltrohr besteht aus rostfreiem Stahl und ist innerhalb des Statorkertis fest angeordnet. In dem Luftspalt herrscht ein Druck von etwa 140 kg/cm2. Infolgedessen muß die Kapsel, die etwa 0,5 mm dick ist, von einem festen mechanischen Träger unterstützt sein.Examples of embodiments of the invention are shown in the drawing. 1 is a perspective view, partially in section, of a portion of one end of a canned motor showing the arrangement of metal plates and strips used to dissipate heat from the end windings. FIG. 2 is a perspective view of metal strips for heat dissipation which can be attached to the winding heads, Fig. 3 a perspective view to show the change an exhaust represents the strip shown in Fig. 2, Fig. 4 is a diagram showing how the metal strips of Fig. 3 is attached to the plates are adjacent to the stator, and Fig. 5 illustrates another embodiment of the Erfindung- 'Figs. 1 and 5 show a part of a canned motor which comprises a stator 10 composed of LameHen 12 and provided with conductor slots 14 is. The insulated coils 16 wound by means of a mold have, in a known manner, a part 18 which is located in the outer part of one slot and an inversely curved part 20 which runs in the inner part of another slot. The stator is enclosed in a steel housing 22 and is held firmly in place by a cylindrical ring 24 which is secured in place by a retaining member 26. The ring 24 is solid and carries radially inwardly extending plates 30 which end just before the inner circumferential surface of the stator. According to FIG. 1 , the plates extend in the axial direction away from the stator core and form an annular shoulder 32 which receives a further component, not shown, for enclosing the end windings. A support ring 34 is arranged on the flat parts of the plates, the inner diameter of which is equal to that of the stator. This support ring practically extends the stator and with it forms the necessary support for the cylindrical capsule or the can 36. The can is made of stainless steel and is fixedly arranged within the stator core. There is a pressure of around 140 kg / cm2 in the air gap. As a result, the capsule, which is about 0.5 mm thick, must be supported by a solid mechanical support.

An den Wickelköpfen sind mittels eines Glasfasergewebes 42 oder anderer nichtleitender Stoffe Streifen 38 und 40 aus Kupfer oder einem anderen Material mit einer dem Kupfer äquivalenten großen Wärmeleitfähigkeit angebracht. Da die entgegengesetzten Seiten der Wickelköpfe von der inneren Oberfläche des Stators verschiedenen Abstand haben, müssen die Kupferstreifen verschieden groß ausgeführt werden (Fig. 2). Diejenigen Seiten der Spulen, welche in den Leiternuten außen verlaufen, sind offensichtlich größer als diejenigen, die in den Nuten innen verlaufen. Die beiden in Fig. 2 gezeigten Kupferstreifen werden jeweils für diesen Zweck verwendet. Strips 38 and 40 made of copper or another material with a high thermal conductivity equivalent to copper are attached to the winding heads by means of a glass fiber fabric 42 or other non-conductive materials. Since the opposite sides of the end windings have different distances from the inner surface of the stator, the copper strips must be made of different sizes (Fig. 2). Those sides of the coils which run outside in the conductor slots are obviously larger than those which run inside the slots. The two copper strips shown in Figure 2 are each used for this purpose.

Wenn die Kupferstreifen mittels des Bandes an den Wickelköpfen befestigt sind, werden die Teile 44 mit den Seiten der Platten 30 in engen thermischen Kontakt gebracht und fixiert, was dadurch geschieht, daß sie durch irgendwelche Mittel, die einen guten Wärmeaustausch zwischen den Teilen schaffen, an den Platten befestigt werden, und zwar beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten, durch die Verwendung von Keilen, die eine Stärke haben, welche im wesentlichen dem Abstand zwischen benachbarten Platten 30 _gleich ist, oder durch irgendeine andere Einrichtung, die in der Lage ist, diese Funktion auszuüben. Mit den Kupferstreifen 38 und 40 wird ein Weg für die Wärmeübertragung von den Wickelköpfen auf die Platten 30 geschaffen, der von dort über den Stützring 34 und die Kapsel 36 zum Wasser weiterführt, das mit dieser Kapsel in Berührung steht und im Umlauf gehalten wird. Die Wärme wird durch den Hauptkörper der Spule auch zu dem Statorkern abgeleitet, der eine Wärmesenke für die übertragung von Wärme zur Kapsel und zum Wasser bildet. Es zeigt sich somit, daß die Wärme von den Wickelköpfen zunächst in axialer Richtung gegen den Stator hin strömt und dann die Richtung ändert, um radial nach innen zur Kapsel abzufließen.When the copper strips are attached to the end windings by means of the tape, the parts 44 are brought into close thermal contact and fixed with the sides of the plates 30 , which is done by attaching them by any means which create a good heat exchange between the parts the plates, for example by welding, brazing, by the use of wedges having a thickness substantially equal to the spacing between adjacent plates 30 , or by any other means capable of performing this function exercise. With the copper strips 38 and 40 a path is created for the heat transfer from the winding heads to the plates 30 , which continues from there via the support ring 34 and the capsule 36 to the water which is in contact with this capsule and is kept in circulation. The heat is also dissipated through the main body of the coil to the stator core, which forms a heat sink for transferring heat to the capsule and water. It can thus be seen that the heat from the end windings initially flows in the axial direction towards the stator and then changes direction in order to flow radially inward to the capsule.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsförm haben die Kupferstreifen 38 und 40 gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Ausführung einen zusätzlichen. Teil 46, der an dem Hauptkörper der Streifen angebracht ist. Gemäß Fig. 4 sind die Teile 46 umgebogen, wenn die Kupferstreifen an den Wickelköpfen angebracht und an den entgegengesetzten Seiten der Platten 30 angeordnet sind. Sie schaffen dadurch einen direkteren Wärmeübertragungsweg von den Wickelköpfen zum Stützring 34 und zur Kapsel 36. In the embodiment shown in FIG. 3 , the copper strips 38 and 40 have an additional one compared to the embodiment shown in FIG. Part 46 attached to the main body of the strips. 4, when the copper strips are attached to the end windings and positioned on the opposite sides of the plates 30 , the parts 46 are bent over. As a result, they create a more direct heat transfer path from the end windings to the support ring 34 and to the capsule 36.

Die Funktion der Streifen 38 und 40 besteht darin, Wärme von den in einem toten Luftraum angeordneten Wickelköpfen zu Zonen geringerer Temperatur abzuleiten. Diese Wärmeableitung kann auch noch auf andere Weise bewirkt werden. Beispielsweise könnte statt des Glasfaserbandes wärmeleitendes Gewebe von großer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Es kann auch Kupfer oder anderes Material hoher Wärmeleitfähigkeit auf die Wickelköpfe aufgesprüht werden, um diese Funktion auszuüben. Auch könnten die Streifen in den Leiternuten hinein verlängert werden. Es wäre auch möglich, die Streifen direkt an der Innenseite des Außengehäuses zu befestigen.The function of the strips 38 and 40 is to dissipate heat from the end windings located in a dead air space to zones of lower temperature. This heat dissipation can also be effected in other ways. For example, instead of the fiberglass tape, thermally conductive fabric with high thermal conductivity could be used. Copper or other material of high thermal conductivity can also be sprayed onto the winding heads in order to perform this function. The strips could also be extended into the conductor slots. It would also be possible to attach the strips directly to the inside of the outer housing.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausführung entspricht im wesentlichen der vorher beschriebenen mit der Ausnahme, daß die Kupferstreifen an den Wickelköpfen zusammengeführt und mittels Bolzen 52 od. dgl. an einem Rohr 50 befestigt sind. Bei dieser Anordnung wird die Wärme von dem Hauptkörper der Spulenwickelköpfe zu den am Rohr 50 fest angebrachten Streifen 54 übertragen. Durch das Rohr läuft ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, um, das die von den Wickelköpfen kommende Wärme abführt.The embodiment shown in FIG. 5 corresponds essentially to that described above, with the exception that the copper strips are brought together at the winding heads and are fastened to a tube 50 by means of bolts 52 or the like. With this arrangement, the heat is transferred from the main body of the coil winding heads to the strips 54 fixedly attached to the tube 50. A coolant, for example water, circulates through the tube, which dissipates the heat coming from the end windings.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for dissipating the heat from the gas- and liquid-tight encapsulated winding heads protruding from the Uiternuten of a laminated stator core in the axial direction, which at the same time serves to support the capsule walls and to fix the winding heads against lateral displacements, thereby softening that between the cylindrical The inner wall (can 36) and the metal outer housing (22) are provided with plates (30) which are arranged radially on the end faces of the stator core (12) and extend in the longitudinal direction and run between the inner and outer coil halves, the adjacent conductor winding heads (16) set and radially supported on the inner wall (36) and the outer housing (22), where they are in heat exchange with the conductor parts of the end windings and the inner wall and the outer housing and form an annular heat dissipation grille.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heat exchange between the support plates (30) and the winding heads takes place via highly thermally conductive metal strips (38, 40) which are attached to the plates (30) in a thermally conductive manner and extensions adapted to the shape of the winding heads that rest on the winding heads and are in thermal contact with them. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the plates (30) are carried by a ring (24) which is arranged on the inner circumference of the outer housing, rests against the stator core and is in heat exchange with these parts. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ends of the thermally conductive metal strips (38, 40) facing away from the stator core, which are in contact with the winding head halves of one and the same winding head, are extended beyond the winding heads (16) and are attached to a cooled pipe ( 50) are attached. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 372 473, 433 209, 450 902, 596 337, 877 035; French Patent No. 1007,852; British Patent No. 324,753; U.S. Patent No. 2,548,133.