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-Elektromaschinenläufer, insbesondere Turbögeneratorinduktor, mit
Läuferwicklung, die übereinanderliegende Leiter und Kühlgas-Längskanäle in Längsnuten
des Läufers aufweist. Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromaschinenläufer,
insbesondere Turbogeneratorinduktor, mit Läuferwicklung, deren Leiter in Längsnuten
des Läufers übereinanderliegen, wobei auf beiden Seiten in der Längsnut Kühlgas-Längskanäle
übereinanderliegen, die durch die Leiter gebildet und seit -lieh durch die Spulenisolation
begrenzt sind. Die Leiter und Längskanäle liegen jeweils radial oder fast radial
überein -ander* -Hei dem bekannten Läufer dieser Art ist jeder Kühlgas-LäUgskanal
eine Hohlkehle einunddesselben Leiters. Jeder Leiter hat auf der einen Seite eine
solche! Hohlkehle und auf der anderen Seite eine solche Hohlkehle(.
Dies
hat den Nachteil, daß der Leiter relativ dick sein muß und also nur eine relativ
kleine Leiter- bzw. Windungszahl pro Längsnut untergebracht werden kann. Somit wird
die Stromstärke bzw. der Erregerstrom relativ groß, was bekannte-Schwierigkeiten
bei den Schleifringen und Bürsten bzw. bei einer Erregeranordnung mit umlaufenden
Gleichrichtern dicke Zuleitungen und viele Dioden zur Folge hat.
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Ein weiterer Nachteil ist der, daß Radialkanäle, die der Zu-oder Abführung
des Kühlgases zu bzw. aus den Kühlgas-Längskanälen dienen und diese kreuzen, die
Windungsisolation durchstoßen. Diese Radialkanäle sind Hohlkehlen, die zu den genannten
Hohlkehlen senkrecht stehen und im allgemeinen durch Fräsen hergestellt werden.
Es werden also auch die oben genannten Windungsisolationen weggefräst. Durch das
Fräsen dieser Radialkanäle bleiben aber öfter Grate zurück, die schwer entfernbar
sind und, wenn die Windungsisolation bricht, Windungsschlüsse hervorrufen: Würde
man aber@deswegen die Radialkanäle in das Eisen bzw. den Läuferballen legen, so
ergibt dies zahlreiche Nachteile.. Diese sind bekannt.
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Weiterhin erfordert die Herstellung der Läuferwicklung aus den Leitern
mit den zwei Hohlkehlen für Längskanäle einen relativ großen Aufwand. Dies hat zwei
Gründe Erstens müssen die beiden Hohlkehlen auf irgendeine Weise hergestellt worden,
wofür zumindest Spezialeinrichtungen
erforderlich sind, und die
Leiter werden also durch die Hohlkehlen relativ teuer, bzw: die Läuferwicklung wird
dann relativ teuer.
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Zweitens müssen bei der Herstellung einer vollen Windung zwei Halbwindungen
an zusammen zwei Stellen miteinander verlötet werden. Dies ergibt für die gesamte
Läuferwicklung mehrere Hundert Lötstellen, die einzeln zeitlich hintereinander hergestellt
werden müssen. Dies ist aufwendig, ergibt eine große Fertigungszeit, ist teuer und
ergibt keine große Betriebssicherheit.
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Aufgabe gemäß der Erfindung ist die Schaffung eines Elektromaschinenläufers
der genannten Art, dessen Wicklung ver -gleichsweise weniger aufwendig sein soll,
wobei die Gesamt wärmeübertragungsfläche der pro Längsnut vorhandenen Kühlgas-Längskanäle
und somit die Stärke dieser direkten heiter -kühlung vergleichsweise mindestens
gleich groß sein soll. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
jede Spule aus Leitern besteht, die im Nutquerschnitt t- oder kreuzförmig sind,
und zumindest zum Teil durchgehend ge -wickelt ist. Diese übereinanderliegenden
Leiter t- oder kreuzförmigen Profilä bilden zusammen mit der Spulenisolation die
Kühlgas-Längskanäle.
Eine solche Wicklung ist vergleichsweise weniger
aufwendig, weil die t- oder Kreuzform sich äußerst einfach und billig herstellen
lässt und die zahlreichen Lötstellen entfallen. Gleichzeitig kann die genannte Gesamtwärmeübertragungs
-fläche'vergleichsweise mindestens gleich groß sein, da-die Dicke jedes Leiters
kleiner und somit die Leiterzahl pro Längsnut größer sein kann und auch oft jeder
Kühlgas-Längs.. kanal für sich eine größere Wärmeübertragungsfläche haben kann.
Bei dem Leiter handelt es sich um ein wickelbares Profil bzw. wickelbares Kupfer,
insbesondere um einen zu -mindest im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem,
oder zwei flachen Mittelstegen. Die Dicke der Querstege des Leiters am Mittelsteg
ist dann mindestens so groß, daß die durch die Zentrifugalkraft erzeugte Biegespannung
dort er -tragen wird. Die Kühlgas-Längskanäle sind auf einfache Art jeweils durch
zwei übereinanderliegende querstege, einen bzw. zwei Mittelstege und die Spulenisolation
gebildet. Das Her -stellen der Spulen kann durch laufendes Abwickeln eines Bandes
mit der genannten Profilform von einer Rolle und laufendes Wickeln des Bandes zu
der Spule auf einer zum Wickeln von Flachband bzw. Flachkupfer geeigneten Wickel
maschine geschehen, wobei nicht mehr jede Windung gelötet wird.
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Die Mittelstege der im Nutquerschnitt t-förmigen Leiter erstrecken
sich insbesondere in einunddieselbe Richtung. Dies bringt u.a. den beachtlichen
Vorteil, daß die genannten Grate praktisch nicht mehr den genannten Nachteil bewirken
können,
weil im-Gebiet der querstege keine Windungsisol:ation vorhanden ist, Es kann ein
mehr oder weniger abgerundeter Übergang vom Mittelsteg zum Quersteg vorhanden sein:
Ein genannter Mittelsteg kann durch ein besonderes Flach -profil gebildet sein,
so daß dann jedes der beiden (T-Profil) bzw: der drei (kreuzfärmigez Profil) Flachprofile
für sich zu einer Spule gewickelt wird, wonach dann die zwei bzw. drei Spulen ineinandergefädelt
werden und an verschiedenen Stellen miteinander verbunden, zB. punktverlötet oder
punktverschweißt, anders verschweißt oder vernietet werden: Durch folgende Bauart
sind Windungsschlüsse durch genannte Grate und/oder Windungsisolatons chäden mit
völliger Sicherheit ausgeschlossen: Genannte Radialkanäle, die also als quernuten
der Querstege der Leiter die Längskanäle kreuzen, reichen. nicht. ganz bis an diejenige
nutwandparallele Ebene, in der die an den Windungsisolationen befindlichen Kanten
der Mittelstege liegen. Somit kann die Windungsisolation u-förmig über das Ende
dies Mittelsteges gestülpt sein, ohne daß genannte Grate mit der Windungssolaton
in Re -rühreng kommen: -Die Kühlgas-Längskanäle und Kühlgas-Radialkanäle können
auch in den beiden `Wickelköpfen der Maschine auf einfache Art gebildet werden.
Bis sind durch die übereinanderlegenden
Leiter t- oder kreuzförmigen
Profils oder auch anderen Profilen gebildet, nur daß sie seitlich durch Füllstücke
aus Isolierwerkstoff bzw. Kunststoff, die zwischen die Spulen passen, begrenzt sind;
die Füllstücke enthalten also keine Längsnuten für das Kühlgas. Dabei sind an den.
Spulenecken Radialnuten als Kühlgaseintrittskanäle vorgesehen, an die sich die Kühlgas-Längskanäle
des Wickelkopfaxialab -schnitts und des Wickelkopfumfangabschnittes einer Spule
als Parallelstromkanäle anschließen. Die Radialnuten können wie beim aktiven Läuferteil
oder durch Füllstücke gebildet sein. Die Erfindung ist für direkte Leiterkühlung
mit Luft oder andere-Gase'anwendbar. Durch die Erfindung ist die Maschine höher
ausnutzbar.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Läufers dargestellt. Es handelt sich insbesondere um den Induktor eines Turbogenerators.
Fig. 1 bis 3 zeigen Querschnitte durch eine Läuferlängsnut an drei verschiedenen
axialen Stellen, und zwar Fig.1 an irgendeiner Stelle, Fig. 2 an der Stelle eines
Kühllufteintritt-Radialkanals und Fig. 3 an der Stelle eines Kühlluftaustritt-Radialkanals.
Fig. 4 zeigt einen Teil des Läufers mit dem Kühlluftverlauf in den Längskanälen
in Perspektive. Fig. 5 zeigt einen Teil eines Wickelkopfes in Abwicklung. Fig. 6
zeigt den Wickel -kopf im Längsschnitt. Fig. ?.zeigt Leiter mit Kreuzprofil.
Gemäß
Fig. '! liegen in der Längsnut zahlreiche elektrische Leiter übereinander, die im
dargestellten Querschnitt je weils T=Form haben. Jeder Leiter hat einen Mittelsteg
:10 und zwei Querstege 11 und 12. Im dargestellten Querschnitt sind der Mittelsteg
10 und jeder Quersteg 1,-12 jeweils rechteckig. Die Mittelstege 'f0 -erstrecken
sich bis auf den des radial innersten Leiters und den des radial äußersten Leiters
in einunddieselbe radiale Richtung, nämlich radial nach außen. Jeweils zwischen
zwei Leitern befindet sich eine Windungssolation 13" die-u-förmig über das Ende
des Mittelstegs 10 gestülpt ist. Der Mittelsteg-10, zwei übereinanderliegende
Querstege 12' und eine ßpulenisolätion14 bilden einen Kühlluft-Längskanal-_15. Der
Mittelsteg radial äußersten Leiters erstreckt sich radial nach innen"weil dadurch
keine Kühlluft-Längskanäle radial ganz-außen liegen und somit. durch eine-um den
Wickelkopf gepreßte Isolation 16 - siehe Fig6 - solche Längskanäle im Querschnitt
nicht verengt' werden können. Der Mittelsteg 10 des radial innersten Leiters erstreckt
sich.radial nach innen, weil :sonst an 'der Kante des Quersteges 11 bzw. 12 die
Spulenisolation 14 brechen könnte* Im Hinblick auf@den Querschnitt der beiden, radial
innersten Längskanäle 15 kann-der radial innerste Leiter so umgekehrt liegen, weil
die Spulenisolation 14 an ihren beiden radial innen-liegenden Kanten mit. immerhin
noch kleinem Radius ausgeführt werden kann, so daß keine-beacht -liehe Verengung
der beiden radial innersten Längskanäle 15 eintreten kann. Wie Fig. 4. zeigt, ist
die Spule durchgehend gewickelt; der Wickelkopfumfangsabschnitt weist keine Löt
-stellen auf. Jedoch werden nach dem Wickeln die radial äußerste Windung und die.
radial. innerste Windung stirnseitig
abgeschnitten und jeweils um
180" gedreht, wonach das je -weilige ursprüngliche Ende der Spule mit dem vor 'dem
180°-.Drehen unter ihm liegenden, durch das Abschneiden entstan -denen Ende verlötet
wird. Dies ergibt den genannten radial äußersten Leiter und den genannten radial
innersten Leiter. Die im Wickelkopfbereich befindlichen Umfangsabschnitte dieser,
beiden Windungen mit den betreffenden Lötstellen sind in Fig. 4 nicht dargestellt'.
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Die Gesamtwärmeübertragungsfläche der pro Längsnut vorhandenen Längskanäle
15 bzw. die Wärme-Übertragungsfläche je Längskanal 15 ist durch folgende Merkmale
sehr groß Die Dicke 1? des Leiters im Mittelgebiet ist kleiner als die Hälfte der
Breite 18 des Leiters. Sie ist hier etwa so groß wie ein Viertel dieser Breite 18.
Die an der Wndungsisolä,-tion 13 gemessene Breite 19 des Mittelstegs 10 des
Leiters (bzw. jedes Mittelsteges des Leiters bei kreuzförmigem Pro'-fil) ist etwa
halb so groß wie die Breite 18. Die T-Form (bzw. die Kreuzform bei einem kreuzförmigem
Profil) ist von der Art, daß der Längskanal 15@etwa rechteckig mit langer Erstreckung
des Rechtecks quer zu den Nutwänden 20 ist. Jeder Radialkanal gemäß Fig. 2 und,
3 ist durch Quernuten 21 der Querstege 11, 12' gebildet. Die Kanten 22 und Seitenwände
24 der Mittelstege 10 liegen-in einer nutwandparallelen, radialen Ebene,-die seitlichen
Abstand von der nutwand -parallelen, radialen Ebene hatg in der die Gründe 23 der
Quernuten 21 liegen. Dieser Abstand ist größer als die Dicke_ der etwa in radialer
Richtung verlaufenden' zwischen diesen
beiden Ebenen liegenden
Teile der Windungsisolationen 13 und diese Teile reichen nicht-bis an die Querstege
11,12. Grate der gefrästen Quernuten 21 können diese Teile nicht berühren.
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Die Kühlluft strömt aus einem am Wickelkopf,beginnenden Nütgrundkanal
25 in die Kühllufteintritt-Radialkanäle, wie die Pfeile 26 und 27 in Fig. 2 und
4 ,zeigen:, Jeder _-Nutgrundkanal 25 ist in der Breite kleiner als die Breite 18
der Längsnut. Zwischen dem Nutgrundkanal 25 und'-dem I#adialkanal ist ein: Kühlluft-Überleitungskanal
28 vorgesehen., der durch einen-Teil 29 der Wand der Längsnut und eine zu diesem
.Wandteil 29 hin offene Quernut einer. Isolationslängsschene 30 gebildet
ist. Der Wandteil 29 und der Grund 31 der Quernut bilden mixt der mittleren Längsebene
32 der-Längsnut einen. spitzen Winkel. Auf diese Weise sind eine strömungsverlustarme
Überleitung der Luft-und ein kerbwirkungsarmer Übergang geschaffen: Aus jedem Kühllufteintritt=Radialkanal
strömt die Luftaxial nach beiden Seiten durch die -Längskanäle 15, wie Fig.4 zeigt,
um dann durch Kühlluftaustritt-Radialkanäle gemäß Fig.3 und 4, Quernuten 33 von
Isolationslängsschienen-34 und Radialkanäle 35 von Nutkeilen 36 hindurch in den
Luftspalt überzutreten, wie die Pfeile 3'7 zeigen: .
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Zwischen die Leiterteile,, die den Wckelkopf bilden, passen Füllstücke
38# 39 und 40 - siehe Fi$.5 -. Auch im Wickel -kopf bildende übereinanderliegenden
Leiter die Kühlluft-Längskanäle 15 - siehe Fig,-6 -Deae Längskanäle 15 sind
eeitlich durch die Fü.ll:atücke 3g b@, o40 begrenst, Die Füll -.
stücke
39 an den Spulenecken weisen Radialnuten 41 und 42 als Kühlgaseintrittskanäle auf.
An diese schließen sich die Längskanäle 15 des Wickelkopfaxialabschnitts 43 und
des Wickelkopfumfangsabschnitts 44 der Spule als Parallelstromkanäle an. Die Kühlluft
strömt in Richtsang des Pfeiles 45 siehe Fig.4 und 6 - in den radial innerhalb des
Wickel -kopfes befindlichen Raum, dann von radial innen nach radial außen durch
die Radialnuten 41 und 42 und anschließend parallel durch die Längskanäle 15 des
Abschnitts 43 und die Längskanäle 15 des Abschnittes 44, wie die Pfeile 46 und 47
zeigen. An diese axialen Längskanäle schließt sich im aktiven Teil der Läuferwicklung
im Gebiet des Endes des Induktor -ballens 66 ein die Längskanäle 15 kreuzender Kühlgas-Radialkanal
48 an. Die Kühlluft strömt durch ihn hindurch in Richtung des Pfeiles 49 als Warmluft
in den Luftspalt ab. An die in Umfangsrichtung verlaufenden Längskanäle 15 schließen
sich im Gebiet der Polmitte Radialnuten 50 und 51 an, die jeweils in einem Füllstück
40 vorgesehen-sind, In die hinein die Kühlluft in Richtung der Pfeile 52 strömt
- siehe Pig.6 -und durch die hindurch die Kühlluft in Richtung der Pfeile 53 strömt,
um danach als Warmluft in ein sich. axial erstreckendes, im Gebiet der Polmitte
angeordnetes Sammelrohr 54 zu gelangen - siehe die Pfeile 58 und siehe Fig. 4 und_6--.
Dieses Sammelrohr 54 - siehe Fig. 4 und 6 - ist doppelt vorgesehen, das eine zu
einer Seite der Polebene, das andere zur anderen Seite der Polebene. Auch die oben
beschriebenen Füllstücke und die L4ngskanäle 15-des Wickelkopfes -sind symmetrisch
zur Polmitte angeordnet. Die Sammelrohre 54
sind radial innerhalb des Wickelkopfes vorgesehen, und in sie
münden die Radialnuten 50..5'I. Jedes Semmelrohr 54 ist ein Vierkantrohr. Es hat
annähernd rechteckigen Querschnitt. Es mündet in einen radial außen offenen Radialkanal
55 des Endes des Induktorballens 66. Die Warmluft strömt in Rich tung der Pfeile
63 und 59 durch. das,Sammelrohr.54 und den Radialkanal 55 in den Luftspalt. Zwischen
dem Sammelrohr.54 und den Wickelkopfumfangsabschnitten 44 sind abdichtende, nachgiebige
Ausfällungen 62 aus-Isolierstoff vorgesehen. Das Sammelrohr 54 ist über sie gegen
die Abschnitte 44 gedrückt, ,um Nebenluft zu verhindern. Das Sammelrohr 54 paßt
zwischen die Abschnitte 44 bzw: die .Ausfällungen 62 und einen Wellenschenkel 56
des Induktors' wobei zwischen diesem und dem `Sammelrohr 54 Federn 57 vorgesehen
sind, die das Sammelrohr 54 gegen die Ausfällungen 62 drücken. An die axial-letzten
in Umfangsrichtung,verlaufenden Längskanäle 15 schließen sich.; wie Fig.
6 zeigt, Austrittskanäle 60 in einem Füllstück 64
und einem Endring 65-an.
Die Warmluft durchströmt die Aus -trittskanäle 60 in Richtung der. Pfeile 61ö .
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Ebenfalls zur Erzielung einer relativ großen Wärmeübertra - -gungsfläche
ist die Dicke 6?, jedes Querstegs 11' 12 etwa halb so groß wie die Dicke 17 des
Leiters im Mittelgebiet.-Dies ist auch für ein kreuzförmiges Profil zu empfehlen,
so daß. dann die 1föhe68 des Längskanals 15 genauso -groß ist wie im Falle des T
Profils - siehe -Fig.? -.