DE1194966B

DE1194966B - Coolant supply on leg pole banks of large electrical machines

Info

Publication number: DE1194966B
Application number: DEL41627A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Fellbaum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-04-03
Filing date: 1962-04-03
Publication date: 1965-06-16

Description

Kühlmittelführung an, Schenkelpolläufern großer elektrischer Maschinen Die Kühlung der Spulenwicklungen von Schenkelpolläufern elektrischer Maschinen bereitet besonders dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn es sich um relativ lange Läufer handelt. Der stirnseitig durch axiale Lüfter in die Pollücken oder in Aussparungen des Jochringes eingedrückte Kühlmittelstrom wird durch die Rotation des Läufers schon vorzeitig vor Erreichen der Läufermitte in radiale Richtung umgelenkt und kann somit nicht mehr in genügender Weise die Wärme von der Läufermitte abführen. Die radial innenliegenden Teile der Spulenwicklungen werden außerdem bei Rotation des Läufers ebenfalls weniger als die radial außenliegenden vom Kühlmittelstrom getroffen und dadurch schlechter gekühlt. Insgesamt tritt also eine ungleichmäßige Erwärmung im Läufer auf, wodurch die Leistung der Maschine zwangläufig sinkt.Coolant supply on, salient pole rotors in large electrical machines The coil windings of salient pole rotors in electrical machines are cooled especially if the runners are relatively long acts. The front side by axial fans in the pole gaps or in recesses The coolant flow pressed in by the yoke ring is caused by the rotation of the rotor already deflected in the radial direction before reaching the center of the rotor and can therefore no longer adequately dissipate the heat from the center of the rotor. The radially inner parts of the coil windings are also rotated of the rotor also less than the radially outer ones of the coolant flow hit and therefore less cooled. Overall, there is an uneven Warming up in the rotor, which inevitably reduces the performance of the machine.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die aber insgesamt gesehen das Problem nur ungenügend lösen. Beispielsweise sind Anordnungen bekanntgeworden, nach denen der axial gerichtete Strom des Kühlmittels durch Bohrungen im Jochring geführt wird, von welchen aus er durch eine Anzahl Radialbohrungen umgelenkt und so an den Spulenwicklungen, insbesondere also auch an deren radial innenliegenden Teilen, vorbeigeführt werden soll. Diese Bohrungen sind, damit eine genügende Verteilung des Kühlmittels über die gesamte axiale Länge durchführbar ist, in erheblicher Anzahl und damit nur sehr aufwendig anzuordnen. Andererseits werden aber auch bei einer relativ hohen Zahl von diesen radial gerichteten Bohrungen noch längst nicht alle Teile der Spulenwicklungen - selbst wenn zwischen ihnen noch Zwischenräume als zusätzliche Kühlkanäle gelassen werden - vom Kühlmittelstrom tangiert; es wird also nur eine sporadische Kühlung der einzelnen Windungen der Spulenwicklungen bewirkt. Eine Anordnung von Kühlmittelführungssegmenten an den Pollücken radial unterhalb der Wicklungen mit Schlitzen zum Kühlmitteldruchtritt in axialer Richtung bringt insoweit auch keine genügende Verbesserung der Kühlwirkung.A number of proposals have been made to overcome these difficulties, but all of them do not adequately solve the problem. For example, arrangements have become known according to which the axially directed flow of the coolant is guided through bores in the yoke ring, from which it is deflected through a number of radial bores and thus past the coil windings, in particular also their radially inner parts. These bores are to be arranged in a considerable number and thus only with great effort so that a sufficient distribution of the coolant can be carried out over the entire axial length. On the other hand, even with a relatively high number of these radially directed bores, not all parts of the coil windings - even if spaces are left between them as additional cooling channels - are affected by the coolant flow; so only a sporadic cooling of the individual turns of the coil windings is effected. An arrangement of coolant guide segments at the pole gaps radially below the windings with slots for coolant passage in the axial direction does not bring about a sufficient improvement in the cooling effect either.

Zur besseren Wärmeabfuhr sind auch Hohlleiter bekanntgeworden, in welchen also das Kühlmittel entlanggeführt wird. Derartige Anordnungen bewirken die zweifelsohne beste Wärmeabfuhr. Sie haben allerdings den Nachteil, daß die Fertigung derartiger Hohlleiter ein Vielfaches von dem kostet, was an Aufwand für die Fertigung von Massivleitern erforderlich ist. Außerdem besteht bei den bekannten Hohlleitern die Gefahr, daß die Stückelung der isolierenden Zwischenlagen zwischen den einzelnen Windungen die Montage sehr erschwert und außerdem die Gefahr des Verrutschens sowohl bei der Montage als auch beim Betrieb in sich birgt.For better heat dissipation, waveguides have also become known in so which the coolant is guided along. Effect such arrangements without a doubt the best heat dissipation. However, they have the disadvantage that the production Such waveguides cost a multiple of what is costly in terms of production of solid conductors is required. In addition, the known waveguides the risk that the division of the insulating intermediate layers between the individual Windings make the assembly very difficult and also the risk of slipping both during assembly as well as during operation.

Zur Erhöhung der wänneabgebenden Oberfläche der Spulenwicklungen ist es bekanntgeworden, Kühlfahnen anzubringen. Man ist dann aber gezwungen, ein zusätzliches Bauelement zu verwenden und vermindert zwangläufig damit den zur Verfügung stehenden Kupferquerschnitt um den Querschnitt dieser Kühlfahnen.To increase the heat-emitting surface of the coil windings it became known to attach cooling fins. But then you are forced to do an additional To use component and thus inevitably reduces the available Copper cross-section around the cross-section of these cooling vanes.

Es ist auch bekanntgeworden, Kanäle zur Führung " des Kühlmittels zwischen den Spulenwicklungen und dem Polschenkel gesondert anzuordnen. Die soeben beschriebene Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche durch Kühlfahnen ist dabei aber aus den gleichen Gründen ebenfalls unzweckmäßig.It's also become known to arrange channels separately to the leadership "of the coolant between the coil windings and the pole leg. The just increase the heat emitting surface through cooling fins described is but also inappropriate for the same reasons.

Insgesamt gesehen ergeben auch die Kühlmittelfahnen lediglich eine Vergrößerung der Oberfläche, ohne daß dadurch in wünschenswerter Weise die axial gerichtete Führung des Kühlmittels über die gesamte Länge des Läufers erreicht wird.Viewed overall, the coolant plumes also result in only one Enlargement of the surface without thereby in a desirable way the axial directed guidance of the coolant is achieved over the entire length of the rotor.

Gegenstand der Erfindung ist eine Kühknittelführung bei Spulenwicklungen, die an ausgeprägten Polen von Läufem großer elektrischer Maschinen angeordnet sind, mittels zwischen Polschenkel und Spulenwicklung angeordneter axialer Kanäle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die axialen Kanäle durch die in an sich bekannter Weise in azimutaler Richtung versetzten Spulenwindungen gebildet werden, wobei die Kühlmittelzuführung zu diesen Kanälen stirnseitig über kurze, axial gerichtete Ausnehmungen im Jochring und von dort über radial gerichtete Einströmkanäle erfolgt, daß fernerhin an den der Pollücke zugewandten Seiten der Wicklung weitere Kühlkanäle durch Kühlmittelführungsstücke gebildet werden, wobei die Kühlmittelzuführung zu diesen Kanälen in an sich bekannter Weise über Armsternkanäle erfolgt, die mit entsprechenden, weiter im Inneren des Läufers liegenden radial gerichteten Einströmkanälen in Verbindung stehen.The subject of the invention is a coolant guide for coil windings, which are arranged at pronounced poles of rotors of large electrical machines, by means of axial channels arranged between pole legs and coil winding, which is characterized in that the axial channels through the known per se Way in the azimuthal direction offset coil turns are formed, the Coolant supply to these channels at the front via short, axially directed recesses in the yoke ring and from there via radially directed inflow channels that furthermore on the sides of the winding facing the pole gap, further cooling channels by means of coolant guide pieces are formed, the coolant supply to these channels in a known manner Way over arm star channels takes place with the corresponding, next in the interior of the rotor lying radially directed inflow channels in connection stand.

Weitere Ausbildungen des Gegenstandes der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben. Die Erfindung bewirkt, daß der eine in den Läufer eintretende Strom des Kühlmittels über die ganze Läuferlänge im wesentlichen seine axiale Richtung beibehält und somit eng an den durch das Versetzen der Windungen in ihrer Oberfläche vergrößerten Spulenwicklungen vorbeistreichen kann. Die Vergrößerung der Oberfläche der Spulenwicklungen wird dabei ohne zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise Kühlfahnen, erreicht und ohne daß der Kupferquerschnitt vermindert zu werden braucht. Da diesei Kühlmittelstrom über die gesamte axiale Länge und in dieser Richtung an den Windungen vorbeistreicht, ist es möglich, die Wärme überall stetig abzuführen. Der Verlauf des anderen Kühlmittelstromes wird im Zusammenhang mit der Zeichnung behandelt.Further developments of the subject matter of the invention are given by way of reference described in the drawing. The invention causes the one entering the rotor Flow of the coolant over the entire length of the rotor essentially in its axial direction retains and thus closely to the by offsetting the windings in their surface enlarged coil windings can brush past. The enlargement of the surface the coil windings is made without additional components, such as Cooling vanes, achieved without the copper cross-section needing to be reduced. Since this coolant flow over the entire axial length and in this direction sweeping past the turns, it is possible to continuously dissipate the heat everywhere. The course of the other coolant flow is shown in connection with the drawing treated.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher F i g. 1 einen Teilquerschnitt durch den Läufer einer Schenkelpohnaschine darstellt, F i g. 2 einen Schnitt entsprechend den vier Schnittlinien 1, 11, 111, IV senkrecht zur Achsrichtung zu Fig. 1 und F i g. 3 eine besondere Ausbildung der zueinander versetzten Windungen.The invention is explained with reference to the drawing, in which F i g. 1 shows a partial cross-section through the rotor of a thigh polishing machine, FIG . 2 shows a section corresponding to the four cutting lines 1, 11, 111, IV perpendicular to the axial direction of FIG. 1 and FIG. 3 a special design of the turns offset from one another.

Gemäß den F i g. 1 und 2 sind auf dem Läufer 25 Pole 26 unterhalb des Luftspaltes 27 angeordnet und mit den Spulenwicklungen 1 versehen. Die Windungen 16 dieser Spulenwicklungen 1 sind zueinander in azimutaler Richtung versetzt und bewirken dadurch ohne zusätzliches Bauelement eine Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche. Die Spulenwicklungen 1 liegen mit ihrer den Schenkeln der Pole 26 zugekehrten Seite mit einem Teil der Windungen 16 an dem Isolationsmantel 12 an. Es entstehen dabei axial gerichtete Kanäle 14 zur Führung des Kühlmediums zwischen den Spulenwicklungen 1 und den Isolationsmänteln 2 bzw. den Polen 26. Der Kühlmittelstrom 20 wird entsprechend den Pfeilen über die Ausfräsungen 9 im Jochring 18 in die Kanäle 14 des Läufers 25 hineingesogen bzw. von den Lüftern 24 zusätzlich hineingedrückt. Ist wie im vorliegenden Fall an beiden Stimseiten des Läufers 25 je ein axialer Lüfter 24 angeordnet, so werden die von diesen ausgehenden zwei Strömungen 20 des Kühlmittels in der Mitte des Läufers 25 durch an sich bekannte geeignete Mittel in zweckmäßiger Weise durch die Ausströmkanäle 6 in radialer Richtung umgelenkt.According to FIGS. 1 and 2 are arranged on the rotor 25 poles 26 below the air gap 27 and provided with the coil windings 1 . The turns 16 of these coil windings 1 are offset from one another in the azimuthal direction and thereby increase the heat-emitting surface without an additional component. The side of the coil windings 1 facing the legs of the poles 26 and a part of the windings 16 lie against the insulation jacket 12. This creates axially directed channels 14 for guiding the cooling medium between the coil windings 1 and the insulation jackets 2 or the poles 26. The coolant flow 20 is drawn into the channels 14 of the rotor 25 according to the arrows via the cutouts 9 in the yoke ring 18 into the channels 14 of the rotor 25 the fans 24 also pressed in. If, as in the present case , an axial fan 24 is arranged on both front sides of the rotor 25, the two flows 20 of the coolant emanating from these in the center of the rotor 25 are expediently radially through the outflow channels 6 by suitable means known per se Direction redirected.

Ein weiterer Strom 22 des Kühlmittels wird durch die Pollücke 3 geführt und führt so von den in die Pollücke 3 hineinragenden Teilen der Windungen 16 die Verlustwärme ab.A further stream 22 of the coolant is conducted through the pole gap 3 and thus removes the heat loss from the parts of the windings 16 protruding into the pole gap 3.

Für die Führung des anderen Kühlmittelstromes sind Kühlmittelführungsstücke 15 an den Windungen 16 angeordnet, dadurch wird ein besonders inniges Vorbeistreichen des Stromes 21 des Kühlmittels an den Windungen 16 ermöglicht. Hierbei tritt das Kühlmittel durch die Radialbohrungen 11 bzw. den am Jochring 18 angeordneten Armsternkanal 10 zunächst in axialer Richtung in den Läufer 25 ein und wird erforderlichenfalls in die Radialbohrungen 13 umgelenkt, von welchen er über die Einströmkanäle 7 in die durch die Kühlmittelführungsstücke 15 gebildeten Kanäle 4 übertritt. In diesen Kanälen 4 kann er innig an den Windungen 16 vorbeistreichen und dementsprechend in besonders wirkungsvoller Weise die Verlustwärme abführen.Coolant guide pieces 15 are arranged at the windings 16 for guiding the other coolant flow, characterized a particularly intimate sweeps past the stream 21 is made possible of the coolant to the coils sixteenth Here, the coolant first enters the rotor 25 in the axial direction through the radial bores 11 or the arm star channel 10 arranged on the yoke ring 18 and, if necessary, is diverted into the radial bores 13 , from which it flows via the inflow channels 7 into the channels formed by the coolant guide pieces 15 4 transgresses. In these channels 4, it can pass intimately past the turns 16 and accordingly dissipate the heat loss in a particularly effective manner.

Ist ein gegensinnig und zueinander gerichteter Strom 21 des Kühlmittels vorgesehen, so wird das durch die Kanäle 4 strömende Kühlmittel in radialer Richtung in den Ausströmkanal 8 umgelenkt und über den Luftspalt 27 zur Verbesserung der Ständerkühlung entsprechend dem Strom 22 mit ausgenutzt (ausgezogene Pfeillinien).If a flow 21 of the coolant directed in opposite directions is provided, the coolant flowing through the channels 4 is diverted in the radial direction into the outflow channel 8 and used via the air gap 27 to improve the stator cooling in accordance with the flow 22 (solid arrow lines).

Die Strömung des Kühlmediums wird - auch ohne Lüfter 24 - in jedem Fall durch die Zentrifugalwirkung innerhalb der Einströmkanäle 5, 7 bzw. Radialbohrungen 13 und Ausströmkanäle 6, 8 bewirkt. Hinsichtlich des Stromes 21 ist es auch zweckmäßig, die Radialbohrungen 13 durch eine Radialbohrung 12 zu ersetzen. Dadurch ist der Weg des Stromes 21 des Kühlmediums insoweit entsprechend der punktierten Linie gegenläufig, und sein Austritt erfolgt nicht mehr am Punkt 28, sondern an den Punkten 29. In diesem Fall streicht also das noch nicht erwärmte Kühlmedium (Strom 21) zunächst in der Polmitte an den Windungen 16 wärmeabführend vorbei, d. h. dort# wo die Verlustwärme naturgemäß am größten ist. Die Abführung derselben ist also in besonders vorteilhafter Weise gewährleistet.The flow of the cooling medium - even without a fan 24 - is always brought about by the centrifugal effect within the inflow channels 5, 7 or radial bores 13 and outflow channels 6, 8. With regard to the stream 21, it is also expedient to replace the radial bores 13 with a radial bore 12. As a result, the path of the flow 21 of the cooling medium is in the opposite direction according to the dotted line, and its exit no longer takes place at point 28, but at points 29. In this case, the not yet heated cooling medium (flow 21) initially passes in the center of the pole heat dissipating past the windings 16 , d. H. there # where the heat loss is naturally greatest. The discharge of the same is therefore ensured in a particularly advantageous manner.

Wird in einer Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung gemäß F i g. 3 die Breite 23 der einzelnen Windungen 16 verschieden ausgebildet, so läßt sich in einfacher Weise der Querschnitt der Kanäle 4, 14, welche den axial gerichteten Kühlmittelstrom führen, variieren. Bildet man außerdem die Kühlmittelführungsstücke 15 nicht plan, sondern verwölbt, entsprechend der Verwölbung 19, aus, so wird eine Vergrößerung des Querschnitts des Kanals 4 in besonders einfacher Weise und zusätzlich erreicht. Insgesamt kann dadurch eine für alle Windungen 16 gleichmäßige Wärmeabführung erreicht werden.In a further development of the subject matter of the invention according to FIG. 3, the width 23 of the individual turns 16 is designed differently, so the cross section of the channels 4, 14, which guide the axially directed coolant flow, can be varied in a simple manner. If, in addition, the coolant guide pieces 15 are not made flat, but rather curved, corresponding to the curvature 19, then an enlargement of the cross section of the channel 4 is achieved in a particularly simple and additional manner. Overall, a uniform heat dissipation for all turns 16 can be achieved in this way.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Führung des Kühlmittels werden die Spulenflanken intensiver als bei den bekannten Anordnungen gekühlt, da das Kühlmittel zwangläufig in axialer Richtung an den Windungen entlangströmen muß, an welcher man außerdem durch den versetzt geschichteten Aufbau der Spulen-wicklungen in besonders einfacher Weise eine größere wärmeabgebende Oberfläche erreicht hat. Auch das in der Polmitte ankommende bzw. dort austretende Kühlmittel kann dorthin in genügend frischer, d. h. noch nicht vorgewännter Weise gelangen; von der Polmitte wird also ebenfalls die Wärme abgeführt. Bei der Fertigung derartiger Spulenwicklungen kann der bisher übliche Arbeitsplan für gelötete Spulenwicklungen zweckmäßigerweise zugrunde gelegt werden. Auch der Isolationsmantel bleibt in der alten Form bestehen.The inventive arrangement of the guide of the coolant, the coil flanks are cooled more intensely than in the known arrangements, since the coolant must necessarily flow in the axial direction along the windings, on which you can also use the staggered layered structure of the coil windings in a particularly simple manner has reached a larger heat-emitting surface. The coolant arriving or exiting in the center of the pole can also be transported there in a sufficiently fresh, i.e. H. arrive in a way that has not yet been won; the heat is also dissipated from the pole center. In the manufacture of such coil windings, the previously customary work schedule for soldered coil windings can expediently be used as a basis. The insulation jacket also remains in its old form.

Claims

1. A coolant-conducting in the coil windings, the larger of the salient poles of Schenkelpolläufern electric machines are arranged, by means disposed between pole legs, and the coil winding axial channels, d a d u rch in that the axial channels (14) through which in a known manner In the azimuthal direction offset coil windings (16) are formed, the coolant supply to these channels on the front side via short, axially directed recesses (9) in the yoke ring and from there via radially directed inflow channels (5) Winding, further cooling channels (4) are formed by coolant guide pieces (15) , the coolant supply to these channels taking place in a manner known per se via Arinstern channels (10) , which are connected to corresponding, radially directed inflow channels (13 or 12) located further inside the rotor ) stay in contact.

2. coolant delivery according to claim 1, characterized in that the turns (16) are formed in a manner known per se with different widths. 3. coolant guide according to claim 1 and 2, characterized in that the coolant guide pieces (15) are arched to enlarge the cross section of the cooling channels (4).

Considered publications: German Patent Nos. 211 488, 431 938, 852 715, 1092 554; German Auslegeschriften Nos. 1087 258, 1089 056; German utility model no. 1 842 980; Austrian Patent No. 41,682; Swiss Patent Nos. 16,983, 70,335.