DE2226078B2

DE2226078B2 - Rotor for an electrical machine with pronounced poles

Info

Publication number: DE2226078B2
Application number: DE2226078A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Orleans Fauvet (Frankreich)
Original assignee: Unelec SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1972-05-29
Filing date: 1972-05-29
Publication date: 1975-04-17
Also published as: DE2226078A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen und elektrischen Spulen, die in der Pollücke über Isolierschichten mit Kühlelementen in engem Kontakt stehen, welehe Kühlelemente aus Profilteilen bestehen und mittels einstellbarer Befestigungsteile gegen die Spulen gedruckt sind.The invention relates to a rotor for an electrical machine with salient poles and electrical Coils that are in close contact with cooling elements in the pole gap via insulating layers, welehe Cooling elements consist of profile parts and are pressed against the coils by means of adjustable fasteners are.

Ein derartiger Rotor ist beispielsweise aus dem DT-Gbm 18 77 075 bekannt. Die dort verwendeten Profilteile haben im Querschnitt eine Winkelform, und je ein Schenkel des Winkels liegt an einer Spule an. Als Befestigungsteile dienen in der bekannten Anordnung Bolzen, die radial im Kern des Rotors verankert sind.Such a rotor is known from DT-Gbm 18 77 075, for example. The ones used there Profile parts have an angular shape in cross-section, and each leg of the angle rests on a coil. as Fastening parts are used in the known arrangement bolts that are anchored radially in the core of the rotor.

Es hat sich herausgestellt, daß derartige Profilteile nur dann wirkungsvoll die Wärme abführen, wenn ein Luftstrom zwischen die Profilteile und die Spulen hindurchgeführt wird und wenn die mechanischen Toleranzen der Spulenwicklungen gering sind. Diese Forderungen sind aber bei Massenproduktion schwer zu erfüllen. Weiter hat man festgestellt, daß die Kühlung der Wicklungen mit Hilfe von Luft, die in Kanäle zwischen die Profilteile und die Wicklungen eingeleitet wird, einen unzureichenden, insbesondere ungleichmäßigen Kühleffekt ergibt. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung ist die Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen, durch die die Gefahr besteht, daß sich die Bolzen und Schrauben lösen und die Befestigungsteile auf Grund der Zentrifugalkräfte von den Wicklungen abheben.It has been found that such profile parts only effectively dissipate the heat when a Air flow is passed between the profile parts and the coils and if the mechanical tolerances the coil windings are low. However, these requirements are difficult to meet in mass production. It has also been found that the cooling of the windings with the help of air in channels between the profile parts and the windings are initiated, an insufficient, in particular uneven Gives a cooling effect. Another disadvantage of this known arrangement is the sensitivity to vibrations, through which there is a risk of the bolts and screws loosening and the fasteners lift off the windings due to centrifugal forces.

Eine andere Kühlmethode für Rotoren elektrischer Maschinen ist aus der US-PS 28 99 573 bekannt. Dort wird mit Hilfe von in axialer Richtung vorstehendenAnother cooling method for rotors of electrical machines is known from US Pat. No. 2,899,573. there is made with the help of protruding in the axial direction

078 O₂ 078 O ₂

Leitschaufeln Umgebungsluft in die Lücke zwischen benachbarten Wicklungen hineingedrückt, wobei die Schaufeln Bestandteil eines starren Hohlkörpers von Schiffchenform sind, der die Lücke auskleidetGuide vanes ambient air into the gap between adjacent ones Windings pressed in, the blades being part of a rigid hollow body of The shape of a boat that lines the gap

Wenn auch hier gegenüber der erstgenannten Druckschrift eine wesentlich größere Luftmenge zur Kühlung bereitgestellt wird, so ist auch diese Anordnung nur bei sehr engen Fertigungstoleranzen befriedigend, was den Kühleffekt und die mechanische Stabilität gegenüber Vibrationen angehtEven if here, compared to the first-mentioned publication, a significantly larger amount of air is used Cooling is provided, so this arrangement is only satisfactory with very tight manufacturing tolerances, as far as the cooling effect and the mechanical stability against vibrations are concerned

Weitere technisch aufwendige Möglichkeiten, einen Rotor mit Umgebungsluft zu kühlen, sind in der CH-PS 5 00 620 dargestellt Dort streicht die Luft, von einem stationären Gebläse getrieben, achsparallel durch die Pollücken des Rotors und kühlt die Polspulen in unmittelbarem Kontakt Um diesen Kontakt ausreichend zu gestalten, sind Pollückenabdeckungen und -Unterteilungen oder wirbelbildende Schikanen vorgesehen.Further technically complex options for cooling a rotor with ambient air are contained in the CH-PS 5 00 620 shown There the air, driven by a stationary fan, sweeps axially parallel through the Pole gaps of the rotor and cools the pole coils in direct contact around this contact sufficiently shape, pole gap covers and subdivisions or vortex-forming baffles are provided.

Je größer der Durchmesser des Polrads bei gleichbleibender Anzahl von Polen ist, um so schwieriger wird ?uch die Ableitung der Stromwärmeverluste des Polrads mit Hilfe eines äußeren Kühlmediums.The larger the diameter of the pole wheel with the same number of poles, the more difficult it is is also the dissipation of the current heat losses of the pole wheel with the help of an external cooling medium.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen zu schaffen, bei dem die Spulen trotz Fertigungstoleranzen in wenig aufwendiger Weise ausreichend befestigt und gekühlt werden können.The object of the invention is therefore to provide a rotor for an electrical machine with pronounced poles create in which the coils are adequately fastened in a less complex manner despite manufacturing tolerances and can be cooled.

Diese Aufgabe wird bei einem Rotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Profilteil auf seiner der Spule abgewandten Seite eine große, den größten Teil der Spule überdeckende Kühlfläche besitzt und daß in der Pollücke gegenüberliegende, voneinander unabhängige Profilteile von zwei aneinandergrenzenden Spulen von den Befestigungsteilen gegen die Spulen gedrückt sind.In a rotor of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that each profile part on its side facing away from the coil has a large one covering most of the coil Has cooling surface and that in the pole gap opposite, independent profile parts of two adjacent coils are pressed against the coils by the fasteners.

Mit einem derartigen Rotor wird nicht nur dank der mit der Umgebungsluft in Wärmeaustausch stehenden Kühlflächen der Profilteile ein ausreichender Kühleffekt erzeugt, sondern es wird auch dank der einstellbaren Befestigungsteile, die zwei voneinander unabhängige Profilteile gegen die sich in einer Pollücke gegenüberliegenden Spulenflächen drücken, ein stets ausreichender Kontakt zwischen diesen Profüteilen und den Spulen gesichert und eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen garantiert.With a rotor of this type, it is not only thanks to the heat exchange with the ambient air Cooling surfaces of the profile parts creates a sufficient cooling effect, but it is also thanks to the adjustable Fastening parts, the two independent profile parts against the opposite in a pole gap Press the coil surfaces, there is always sufficient contact between these profile parts and the Coils secured and a high level of insensitivity to vibrations guaranteed.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlflächen mit Längs- oder Querrippen versehen, durch die bekanntermaßen der Wärmeaustausch zur Umgebungsluft erhöht wird.In a preferred embodiment of the invention, the cooling surfaces are with longitudinal or transverse ribs which is known to increase the heat exchange to the ambient air.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is illustrated below using a preferred exemplary embodiment with the aid of FIGS. 1 to 3 closer explained.

F i g. 1 zeigt perspektivisch ein Polrad einer Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen, das mit erfindungsgemäßen Wicklungen versehen ist;F i g. 1 shows in perspective a pole wheel of a synchronous machine with pronounced poles, which is provided with the invention Windings is provided;

F i g. 2a ist ein schematischer Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Profilteils;F i g. 2a is a schematic longitudinal section of an inventive Profile part;

F i g. 2b zeigt den zugehörigen Querschnitt;F i g. 2b shows the associated cross-section;

F i g. 3 stellt im Detail einen Satz Befestigungsteile dar.F i g. 3 shows in detail a set of fasteners.

F i g. 1 zeigt ein Vierpolrad mit Wicklungen 100 und 200, die auf ihren Außenflächen Profilteile 1 und 2 bzw. 3 und 4 aufweisen.F i g. 1 shows a four-pole wheel with windings 100 and 200, which have profile parts 1 and 2 or 3 and 4 have.

Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß die Profilteile Längsrippen 10_: U, 12 und 13 aufweisen, in denen Nuten 8 für die Befestigung ausgespart sind.From Fig. 2 it can be seen that the profile parts have longitudinal ribs 10 _: U, 12 and 13, in which grooves 8 are cut out for attachment.

Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsart sind die Rippen in Querrichtung angeordnet.In another embodiment, not shown, the ribs are arranged in the transverse direction.

In der Profillücke, die beispielsweise zwischen den Wicklungen 100 und 200 gebildet wird, sind zwei Profilteile t und 4 angeordnet, die mit Hufe von drei Sätzen von Befestigungsteilen 5, 6 und 7, von denen einer in F i g. 3 im einzelnen gezeigt ist, auf den Außenflächen der Spulen anliegen. Ein derartiger Satz von Befestigungsteilen besteht aus zwei, mit einem Loch 16 versehenen dreieckigen Winkelteilen 15, einem Gewindebolzen 17 und zwei auf den Gewindebolzen 17 geschraubten Muttern 18, die zum Festziehen der Winkelteile 15 gegen die Profilteile dienen.In the profile gap, which is formed, for example, between the windings 100 and 200, there are two profile parts t and 4 arranged with hooves of three sets of fasteners 5, 6 and 7, one of which in F i g. 3 is shown in detail, rest on the outer surfaces of the coils. Such a set of fasteners consists of two triangular angle parts 15, provided with a hole 16, a threaded bolt 17 and two nuts 18 screwed onto the threaded bolt 17, which are used to tighten the angle parts 15 serve against the profile parts.

Die BefestiguRgsteile stellen eine enge Verbindung zwischen den Außenflächen der Spulen und den ebenen Flächen der Profilteile her, um den Temperaturabfall zwischen den beiden Flächen auf ein Minimum zu begrenzen. Sie verhindern ebenfalls Verformungen der Wicklungen durch Fliehkraftwirkung.The fasteners provide a tight connection between the outer surfaces of the coils and the planar ones Surfaces of the profile parts in order to limit the temperature drop between the two surfaces to a minimum. They also prevent deformation of the windings due to the effect of centrifugal force.

Der einwandfreie mechanische Halt der Wicklungen in den nicht von den Profilteilen abgedeckten Teilen wird durch Klemmbügel 14 gewährleistetThe perfect mechanical hold of the windings in the parts not covered by the profile parts is guaranteed by clamping bracket 14

Um eine gute Wärmeleitung von den Spulen zu den Profilteilen zu erzielen, braucht die mit den Spulen in Berührung stehende ebene Fläche nicht isoliert zu werden, wenn die Leiter der Spulen ausreichend isoliert sind. Sie kann auch mit einer dünnen Isolierschicht von einem Zehntel Millimeter überzogen werden. Ferner kann die ebene Fläche des Profilteils lackiert oder oxy diert werden, wenn das Oxyd nichtleitend ist. Hierzu eignen sich insbesondere Aluminium und dessen Legierungen. In order to achieve good heat conduction from the coils to the profile parts, the one with the coils in Contact with standing flat surface cannot be isolated if the conductors of the coils are adequately insulated are. It can also be covered with a thin insulating layer of a tenth of a millimeter. Further the flat surface of the profile part can be painted or oxidized if the oxide is non-conductive. For this aluminum and its alloys are particularly suitable.

Die Profilteile erhöhen durch ihre Rippen beträchtlich die Konvektionsfläche, die mit dem gasförmigen Kühlmedium in Berührung gebracht wird. Dadurch werden die Wärmeverluste besser abgeführt und somit eine Verringerung der Wicklungserwärmung erzielt.The ribs of the profile parts considerably increase the convection surface, which is the case with the gaseous Cooling medium is brought into contact. As a result, the heat losses are better dissipated and thus a reduction in the heating of the winding is achieved.

Durch die Rippen werden ferner Strömungen erzeugt, die den Konvektionsfaktor erhöhen und einen besseren Wärmeaustausch gewährleisten; diese Strömungen gewährleisten auch in den Ständerwicklungsköpfen eine bessere Kühlung.The ribs also generate currents that increase and improve the convection factor Ensure heat exchange; these currents also ensure one in the stator winding heads better cooling.

Die erfindungsgemäßen Profilteile weisen aber auch mechanische Vorteile auf: So kenn die Anzahl der Befestigungsteile 5, 6 und 7 zur Erzielung eines durchgehenden Halts der Spulen auf ihrer gesamten Fläche verringert werden. Die die Spulen bildenden Leiter haben einen niedrigen mechanischen Widerstand und einen niedrigen Elastizitätsmodul; bei Fehlen von Profilteilen muß der Abstand zwischen den einzelnen Befestigungsteilen auf einen Wert herabgesetzt werden, der mit dem für die Leiter zulässigen, niedrigen Beanspruchungswert vereinbar ist. Die Profilteile verhindern ebenfalls ein Loslösen der Leiterschichten voneinander und gewährleisten die Kompaktheit der Wicklung sowie eine gute Wärmeübertragung von einer Leiterschicht zur anderen.The profile parts according to the invention also have mechanical advantages: How to know the number of fastening parts 5, 6 and 7 to achieve a continuous hold of the coils over their entire surface be reduced. The conductors forming the coils have a low mechanical resistance and a low elastic modulus; in the absence of profile parts, the distance between the individual fastening parts must can be reduced to a value that corresponds to the low stress value permitted for the ladder is compatible. The profile parts also prevent the conductor layers from becoming detached from one another and ensure the compactness of the winding as well as good heat transfer from a conductor layer to the other.

Durch die Verwendung von Profilteilen kann beispielsweise die Leistung eines Wechselstromgenerators von 350 auf 450 kVA erhöht werden.By using profile parts, for example, the power of an alternator can be increased from 350 to 450 kVA.

Infolge der guten mechanischen Befestigung der Spulen durch die Profilteile können zur Imprägnierung der Spulen auch Stoffe verwendet werden, die kein Lösungsmittel enthalten, beispielsweise Silikone, die bei weitem bessere thermische Eigenschaften als Epoxyverbindungen, jedoch schlechtere mechanische Eigenschaften haben; die Temperaturgrenzwerte liegen für erstere bei 180 und für letztere bei 155° C.As a result of the good mechanical fastening of the coils through the profile parts, they can be used for impregnation The coils also use substances that do not contain solvents, such as silicone, which is used in far better thermal properties than epoxy compounds, but inferior mechanical properties to have; the temperature limits are 180 ° C for the former and 155 ° C for the latter.

Durch die Verwendung von Silikonen als Imprägnierungsmittel für die Wicklungen wurde im genannten Zahlenbeispiel die Leistung des Wechselstromgenerators von 400 auf 450 kVA erhöht.By using silicone as an impregnating agent for the windings, the aforementioned Numerical example, the output of the alternator increased from 400 to 450 kVA.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

22 claims:

1. Rotor for an electric machine with pronounced Poles and electrical coils in the pole gap over insulating layers with cooling elements are in close contact, which cooling elements consist of profile parts and by means of adjustable fastening parts are pressed against the coils, d a characterized in that each profile part (1 to 4) on its side facing away from the coil has a large cooling surface covering most of the coil and that in the pole gap opposite, mutually independent profile parts (1, 4) of two adjacent coils (IOC, 200) of the fastening parts (5 to 7) against the bobbins are pressed.

2. Rotor according to claim 1, characterized in that the profile part (1, 4) longitudinal ribs (10,11,12, 13).

3. Rotor according to claim 1, characterized in that the profile part has transverse ribs.

4. Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the profile part (1, 4) from Aluminum or one of its alloys.

5. Rotor according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the impregnation of the electric coils solvent-free impregnants are used.

6. Rotor according to claim 5, characterized in that the impregnating agents consist of silicones.