DE2440132B2 - Kuehlanordnung fuer den rotor einer elektrischen maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für den bei beliebigen Betriebszuständen zwangsgekühlten Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, in dessen Längsnuten jeweils ein tiefzukühlender Wicklungsabschnitt einer supraleitenden Erregerwicklung angeordnet ist, der mit mindestens einer Kühlmittelzuleitung und -ableitung versehen ist, die mit entsprechenden innerhalb der Erregerwicklung angeordneten, achsenparallel verlaufenden Sammelleitungen verbunden sind.

Eine derartige Kühlanordnung ist aus der FR-PS 21 45 103 bekannt. Die Wicklungsabschnitte der Erregerwicklung dieser Maschine bestehen aus einer Vielzahl von in radialer Richtung übereinander angeordneten Leiterlagen und sind in Umfangsrichtung in vier voneinander isoliert angeordnete Leiterstapel unterteilt (Fig.3). Da diese Leiterstapel auf tiefer

ίο Temperatur, beispielsweise bei Verwendung von Supraleitermaterial für die Leiter der Wicklung aul Helium-Temperatur, gehalten werden müssen, werden sie teilweise von einem entsprechenden Kühlmittel benetzt. Hierzu sind für jeden Wicklungsabschnitt in einer Nut Hohlräume vorgesehen, durch die das Kühlmittel geleitet wird. Diese als Kühlkanäle dienenden Hohlräume ermöglichen einen KühlmittelfluG sowohl in radialer als auch in achsenparalleler Richtung des Rotors. Die Hohlräume sind am Nutengrund mit Kammern verbunden, die als axiale Sammelkanäle zur Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels dienen. Das Kühlmittel kann somit von einem Sammelkanal am Nutengrund aus an den beiden inneren Leiterstapeln radial zum Deckel der Nut aufsteigen, strömt von dort aus an den beiden äußeren Leiterstapeln vorbei und wird zwei weiteren Sammelkanälen am Nutengrund wieder zugeführt, die zur Rückführung des Kühlmittels dienen.

Bei dieser Ausführungsform eines Rotors wird das Kühlmittel in den Sammelkanälen an einem Rotorende eingespeist und kann in Rotorlängsrichtung die gesamte Nut sowohl in den Sammelkanälen am Nutengrund als auch in den mit diesen Sammelkanälen verbundenen radial verlaufenden Ebenen längs der Leiterstapel in Vorlaufrichtung durchströmen. Da außerdem in den Sammelkanälen das Kühlmittel in Vorlaufrichtung über metallische Trennwände in Wärmekontakt mit dem in Rücklaufrichtung in entsprechenden Sammelkanälen fließenden wärmeren Kühlmittel steht, können bei der bekannten Kühlanordnung an den von der Kühlmitteleinspeisungsstelle abgewandten Rotorteilen Temperaturüberhöhungen auftreten. Bei Verwendung von supraleitendem Material für die Leiter der Wicklung besteht somit die Gefahr, daß es zu einem Übergang der Supraleiter in den normalleitenden Zustand kommt.

Diese Gefahr besteht auch bei Verwendung von Merkmalen des Rotors, der aus der GB-PS 7 13 152 bekannt ist. Auch bei diesem Rotor wird in dessen Nuten sowohl am Nutengrund als auch seitlich an den Einzelleitern ein Kühlmittelzufluß in achsenparalleler Richtung ermöglicht. Darüber hinaus wird das Kühlmittel in einem Auslaßkanal gesammelt und in eine nach außen hin offene Nut in dem Rotorkörper geleitet, die in Umfangsrichtung angeordnet ist. Auf Grund der Rotation des Rotors wird somit das Kühlmittel nach außen hin abgeleitet. Bei Maschinen mit supraleitenden Erregerwicklungen, die im allgemeinen zur Wärmeisolation von einem Vakuum umgeben sein müssen, ist eine entsprechende Abführung des Kühlmittels nicht möglieh. Das Kühlmittel muß nämlich bei diesen Maschinentypen in axiale, mitrotierende Sammelkanäle zurückgeleitet werden.

Auch bei dem aus der DT-OS 23 01 343 bekannten tiefzukühlenden Rotor einer Maschine sind zur Kühl-

ί>5 mittelführung achsenparallele Sammelkanäle und radiale Bohrungen innerhalb von Längsnuten vorgesehen, Zwischen den beiden Enden einer Läufernut kann sich somit auf Grund des entsprechend langen Weges eine

unzulässige Temperaturerhöhung ausbilden.

Der aus der FR-PS 5 16 866 bekannte Rotor einer elektrischen Maschine enthält eine normalleitende Erregerwicklung, die in Nuten angeordne. ist, welche in lamellierten Blechpaketen verlaufen. Die Leiter jedes Wicklungsabschnittes der Erregerwicklung werden nicht direkt gekühlt, sondern es sind Kühlkanäle in den Blechpaketen vorgesehen, durch die ein Kühlmihel in Umfangsrichtung geleitet werden kann. Eine solche indirekte Leiterkühlung ist für supraleitende Erregerwicklungen ungeeignet.

Femer ist aus der US-PS 27 02 870 eine Kühlanordnung eines Roters bekannt, bei der die Zu- und Ableitung eines Kühlmediums durch den Außenraum erfolgt, der den Rotor umschließt. Eine Kühlwirkung ist dabei nur für eine feste Drehrichtung des Rotors möglich und tritt nur bei Rotation auf, indem in einem Einlaufstutzen ein hoher Staudruck und in einem entsprechenden Ablaufstutzen eine starke Saugwirkung hervorgerufen wird. Außerdem ist die Kühlwirkung des Kühlmittels dieser bekannten Kühlanordnung ungleichmäßig, weil auf Grund der bei Rotation auftretenden Zentrifugalkräfte auf das durch die Einlaufstutzen zugeführte Kühlmittel eine entsprechende Gegenkraft wirkt. Die Kühlanordnung kann deshalb für supraleitende Erregerwicklungen nicht vorgesehen werden. Die zum Betrieb solcher Wicklungen zulässigen Temperaturintervalle sind bekanntlich verhältnismäßig klein, so daß eine gleichmäßige Kühlung aller Leiter innerhalb einer Nut sowohl bei Rotation als auch bei Stillstand <1es Motors gewährleistet sein muß.

Auch der aus der FR-PS 21 21 981 bekannten Kühlanordnung liegt das Kühlprinzip gemäß der US-PS 27 02 870 zugrunde. Sie kann deshalb für supraleitende Erregerwicklungen ebenfalls nicht ohne weiteres vorgesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlanordnung für einen Rotor mit supraleitender Erregerwicklung zu schaffen, bei der die kühltechnischen Schwierigkeiten der bekannten Kühlanordnungen nicht oder nur in unwesentlichem Umfange auftreten. Insbesondere sollen über die gesamte Rotorlänge gesehen allen Wicklungsabschnitten in den Nuten das Kühlmittel mit zumindest annähernd gleicher Temperatur zugeführt werden können. Außerdem soll die von dem Kühlmittel benetzte Fläche in den Wicklungsabschnitten bei Konstruktion des Rotors in einem vorbestimmten Umfange wählbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühlanordnung der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) für jeden Wicklungsabschnitt sind über dessen gesamte axiale Länge eine Vielzahl von wenigstens annähernd radial verlaufenden, voneinander getrennten Kühlmittelzuleitungen und -ableitungen vorgesehen;

b) zwischen jeder Kühlmittelzuleitung und der ihr zugeordneten Kühlmittelableitung sind ein oder mehrere radial übereinanderliegende, wenigstens annähernd in Umfangsrichtung des Rotors verlaufende Kühlkanäle ohne Verbindung mit den in benachbarten Wicklungsabschnitten verlaufenden Kühlkanälen angeordnet;

c) die innerhalb der Erregerwicklung angeordneten Sammelleitungen sind gegeneinander beabstandet in einem gemeinsamen Innenraum des Rotors geführt

Die Vorteile dieser Ausbildung einer Kühlanordnung bestehen insbesondere darin, daß die Gefahr vun Temperaturüberhöhungen an dem von der Kühlmitteleinspeisestelle abgewandten Ende der Rotorwicklung weitgehend vermieden wird, weil kein Kühlmittclfluß innerhalb der Längsnut in achsenparalleler Richtung vorgesehen ist und den einzelnen Wicklungsteilen das Kühlmittel von dem Innenraum her, den die Erregerwicklung umschließt, zugeführt wird, Da außerdem eine Zwangskühlung vorgesehen ist, kann die Erregerwicklung sowohl bei Stillstand als auch bei Rotation des Rotors im supraleitenden Zustand gehalten werden. Darüber hinaus läßt sich für die Erregerwicklung ein Kühlkreislauf einrichten, der hinsichtlich der thermodynamischen Druckverluste des Kühlmittels, dessen Temperaturerhöhung und dessen Wärmeableitbedingungen optimierbar ist, d. h., bei dem mit einer minimalen Benetzung der Leiter in den Wicklungsabschnitten eine optimale Kühlwirkung erzielt wird, ohne daß die Leiter der Erregerwicklung normalleitend werden können.

Nach einer weiteren Ausbildung der Kühlanordnung gemäß der Erfindung sind bei einem Rotor, dessen Längsnuten durch radiale, zahnartige Zwischenkörper in Umfangsrichtung begrenzt sind, die radialen Kühlmittelzuleitungen und -ableitungen durch Hohlräume in den zahnartigen Zwischenkörpern gebildet. Zahnartige Zwischenkörper sind beispielsweise aus der DT-OS 23 Ol 343 bekannt. Sie bestehen im allgemeinen aus einem schlecht wärmeleitenden Material, so daß das in ihnen geführte Kühlmittel ohne Temperaturerhöhung auf besonders einfache Weise direkt an die zu kühlenden Wicklungsteile geleitet werden kann.

Die Kühlanordnung nach der Erfindung kann darüber hinaus vorteilhaft so gestaltet sein, daß bei einem Rotor mit Wicklungsabschnitten aus mehreren auf konzentrischen Zylinderflächen bezüglich der Rotorachse angeordneten Leiterlagen diese untereinander durch Stege beabstandet sind, die von dem einen zahnartigen Zwischenkörper einer Längsnut zu dem anderen Zwischenkörper verlaufen, wobei die Stege formschlüssig an den Zwischenkörpern anliegen, und daß die derart zwischen den in radialer Richtung benachbarten Leiterlagen gebildeten Hohlräume die Kühlkanäle bilden. Wicklungsabschnitte aus mehreren Leiterlagen sind beispielsweise aus der FP-PS 21 45 103 bekannt. Mittels der zwischen den Leiterlagen angeordneten Stege kann vorteilhaft die Länge der Kühlkanäle in den Wicklungsabschnitten der Erregerwicklung und damit die jeweils benetzte Leiterfläche in einem vorbestimmten Umfang frei eingestellt werden. Die Anzahl der Stege ergibt sich aus der erforderlichen mechanischen Festigkeit der Wicklungsabschnitte innerhalb der einzelnen NuL Sie können beispielsweise parallel zueinander und bezüglich der Umfangsrichtung gerade angeordnet sein. Insbesondere können sie jedoch auch schräg bezüglich einer radialen Querschnittsebene durch den Rotor angeordnet sein. Mit einer solchen schrägen Anordnung der Stege läßt sich die Kühlkanallänge in Umfangsrichtung bei gleichbleibender mechanischer Festigkeit des Wicklungsabschnittes einstellen, ohne daß der Füllfaktor an Leitermaterial innerhalb der Nut entsprechend vermindert werden muß.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die schematische Zeichnung Bezug genommen, in deren F i g. 1 ein Teil eines Querschnittes durch einen Rotor mit einer Kühlanordnung gemäß der Erfindung veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt einen

Ausschnitt eines Schnittes in Umfangsrichtung durch die Rohrwicklung gemäß Fig. 1. In Fig.3 ist ein Längsschnitt durch einen Rotor mit einer Kühlanordnung gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Der in F i g. 1 in einem sektorartigen Ausschnitt dargestellte Rotorkörper 2 ist nur teilweise ausgeführt. Er enthält beispielsweise einen in der Figur nicht gezeigten hohlzylindrischen Wellenkörper, auf dessem äußeren Umfang gleichmäßig verteilt und sternförmig Zuganker angeordnet sind. Diese Zuganker halten an ihren äußeren Enden einen um den Wellenkörper konzentrisch angeordneten, hohlzylindrischen Trägerkörper 3. Dieser Trägerkörper besteht aus einem hochfesten, thermisch schlecht leitenden und nichtmagnetischen Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Titan oder einem mit Kunstfasern verstärkten Material. Er ist auf seiner Außenseite mit Nuten 5 versehen, die beispielsweise eingefräst sein können. Diese Nuten haben in Umfangsrichtung untereinander gleiche Abstände und jeweils einen etwa rechteckigen Querschnitt.

Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten 5 ist der Trägerkörper 3 als zahnartiger Zwischenkörper 7 mit etwa trapezförmigem Querschnitt ausgebildet. Um den Trägerkörper 3, d.h. um die gemeinsame äußere Zylinderfläche der Zwischenkörper 7, ist ein Außenzylinder 8 angeordnet. Dieser Außenzylinder aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Titan ist mit den Zwischenkörpern 7 form- und kraftschlüssig verbunden. Er ist verhältnismä-Big dünn ausgebildet, um die elektromagnetische Kupplung zwischen einer Erregerwicklung in den Nuten 5 und einer feststehenden, in der Figur nicht dargestellten Ständerwicklung, die konzentrisch um den Rotorkörper 2 angeordnet ist, nicht wesentlich zu beeinträchtigen.

Die Erregerwicklung ist in Form von einzelnen, festen Wicklungsabschnitten 10 in den Nuten 5 untergebracht. Diese Wicklungsabschnitte 10 bestehen beispielsweise jeweils aus fünf übereinander angeordneten Leiterlagen 12. Diese auf konzentrischen Zylinderflächen ' m die Achse des Rotorkörpers angeordneten Leiterlagen 12 werden beispielsweise von vier nebeneinanderliegenden Wickelpaketen 13 aus Supraleitern gebildet, die untereinander isoliert sind. Die Supraleiter sind bandförmig ausgebildet und liegen mit ihren Breitseiten aneinander. Mehrere Windungen dieser Supraleiter bilden jeweils ein festes, isoliertes Wickelpaket, das einen etwa rechteckigen Querschnitt hat. Als Leitermaterial kann beispielsweise eine Niob-Titan- oder eine Niob-Zinn-Legierung verwendet werden, die mittels eines umlaufenden Kühlmittels wie beispielsweise superkritischem Helium auf Tieftemperatur gehalten wird.

Zur Kühlung der Erregerwicklung dient die Kühleinrichtung gemäß der Erfindung. Hierfür sind vorteilhaft die einzelnen Leiterlagen 12 der Erregerwicklung innerhalb der Nut 5 untereinander geringfügig beabstandet. Als Abstandselemente können einzelne Stege 15 verwendet werden, die in der Figur nur teilweise ausgeführt sind und deren Anordnung aus Fig.2 hervorgeht. Die Stege sind zwischen den Zwischenkörpern 7 so angeordnet, daß ihre Stirnseiten formschlüssig an diesen Zwischenkörpern anliegen. Somit werden zwischen benachbarten Leiterlagen 12 vorteilhaft (15 einzelne Kühlkanäle 17 in Umfangsrichtung der Wicklungsabschnitte 10 ausgebildet, die durch die Stege untereinander getrennt sind und somit einen Kühlmittelfluß in achsenparalleler Richtung zwischen benachbarten Kühlkanälen 17 verhindern. Jeder der Kühlkanäle 17 ist an seinen beiden, den Zwischenstücken 7 einer Nut zugewandten Enden 19 und 20 mit einer radialen Kühlmittelzuleitung 22 und einer entsprechenden Kühlmittelableitung 23 verbunden. Als Zu- bzw. Ableitungen können zweckmäßig Bohrungen, Ausfräsungen oder sonstige Aussparungen in den Zwischenkörpern 7 dienen. Wie durch Pfeile in der Figur angedeutet ist, kann somit das Kühlmittel an der einen Seite eines zahnartigen Zwischenkörpers 7 in der Zuleitung 22 aufsteigen, den Wicklungsabschnitt H) durch die parallelen Kühlkanäle 17 durchströmen und an einem weiteren Zwischenkörper durch die Ableitung 23 aus dem Wicklungsabschnitt wieder ausgeleitet werden. Die Zu- und Ableitungen können jeweils in einer in dieser Figur nicht näher ausgeführten Sammelleitung 30 bzw. 31 münden, die aus dem Innenraum des Rotorkörpers herausgeführt und mit einer externen Kühlmittelversorgungseinheit verbunden sind. Zweckmäßigerweise werden zwei radiale Kühlmittelzu- und -ableitungen 22 bzw. 23 jeweils zu beiden Seiten eines gemeinsamen zahnartigen Zwischenkörpers 7 angeordnet. Sie können dann am unteren, der Rotorachse zugewandten Ende des zahnartigen Zwischenkörpers zu einer gemeinsamen Kühlmittelzu- bzw. -ableitung 22 bzw. 23 zusammengefaßt werden.

In F i g. 2 ist ein Schnitt durch den Rotorkörper gemäß F i g. 1 in einer zur Rotorachse konzentrischen Zylinderfläche teilweise dargestellt. Zwischen jeweils zwei Zwischenkörpern 7 sind mehrere, konzentrische Leiterlagen 12 aus jeweils vier Wickelpaketen 13 aus bandförmigen Leitern angeordnet, von denen in der Figur jeweils eine Lage ersichtlich ist. Der Schnitt in der Figur ist dabei so gelegt, daß die zur Beabstandung dienenden Stege zwischen zwei konzentrischen, benachbarten Leiterlagen 12 ersichtlich sind. Die mit 25 und 26 bezeichneten einzelnen Stege sind derart angebracht, daß ihre Enden formschlüssig an den Zwischenkörpern 7 anliegen, so daß zwischen ihren Stirnseiten und den Zwischenkörpern achsenparallele Spalte vermieden sind. Während die Stege 25 rechtwinklig zu den Zwischenkörpern 7 verlaufen, sind die Stege 26 schräg zwischen den Zwischenkörpern 7 angebracht. Die Stege zwischen jeweils zwei benachbarten, konzentrisch zueinander angeordneten Leiterlagen einer gemeinsamen Nut sind in Rotorlängsrichtung untereinander beabstandet. Auf Grund ihrer Höhe wird zwischen den benachbarten Leiterlagen jeweils ein Hohlraum ausgebildet, der zur Führung eines Kühlmittels dient. Dieser Hohlraum ist durch die Stege 25 und 26 in Längsrichtung des Rotors in einzelne, getrennte Kühlkanäle 28 und 29 unterteilt. Jeder Kühlkanal 28,29 ist an seinen beiden Enden 19 und 20 direkt arTeine zumindest im wesentlichen radial angeordnete Kühlmittelzuleitung 22 und an eine entsprechende -ableitung 23 angeschlossen. Diese Zu- und Ableitungen für einer Kühlkanal 28 oder 29 können beispielsweise in einei gemeinsamen radialen Querschnittsebene bezüglich de; Rotorkörpers 2 angeordnet sein. Sie lassen sich abei auch in Rotorlängsrichtung gegeneinander versetz anbringen. Man erhält somit entsprechend längen Kühlkanäle zwischen den Leiterlagen.

Wie in der F i g. 2 durch Pfeile angedeutet ist, gelang das Kühlmittel von einer gemeinsamen Sammclleituni 30 aus über die Zuführungsleitungen 22 in dii Kühlkanäle 28 und 29, durchströmt diese in de

angegebenen Richtung und wird über die Kühlmittelableitungen 23 in eine gemeinsame Sammelleitung 31 zurückgeleitet.

Mit der gezeigten Kühleinrichtung gemäß der Erfindung kann somit vorteilhaft gewährleistet werden, daß das Kühlmittel längs des gesamten Rotors in allen Kühlmittelzuleitungen 22 etwa die gleiche Temperatur von beispielsweise 3,5 K besitzt, und beispielsweise mit 4,2 K aus allen Kühlmittelableitungen 23 wieder austritt.

Da die zv/ischen den zahnartigen Zwischenkörpern 7 verlaufenden Stege 25 und 26 rechtwinklig bzw. schräg zu diesen angeordnet sein können, weisen die von ihnen begrenzten Kühlkanäle 28 rechteckige und die Kühlkanäle 29 parallelogrammartige Grundflächen auf. Die Größe dieser Grundflächen läßt sich ferner durch eine Änderung der Abstände benachbarter Stege 25 oder 26 beeinflussen. Bei einer vorgegebenen radialen Höhe der Stege 25 und 26 kann dann das Volumen eines Kühlkanals bzw. die mit dem Kühlmittel zu benetzende Leiterfläche in einem Kühlkanal so gewählt werden, daß mit einem minimalen Kühlmitteldurchsatz durch die Wicklungsabschnitte 10 der Erregerwicklung die in ihr auftretenden thermischen Verluste jederzeit abgeführt werden können, ohne daß die Gefahr eines Quenches, d. h. die Gefahr des Normalleitend-Werdens eines oder mehrerer Leiter besteht. Bei einer Festlegung dieser so gebildeten Kühlkanäle 28 und 29 müssen darüber hinaus die festigkeitsmäßigen Gesichtspunkte der Wicklungsabschnitte 10 berücksichtigt werden. Durchbiegungen der Leiter in radialer Richtung und sonstige Leiterbewegungen, die ebenfalls zu Quenchen führen können, müssen dabei stets ausgeschlossen sein.

Die Lage der Sammelleitungen 30 und 31 gemäß Fig.2 geht aus dem in Fig.3 dargestellten Längsschnitt durch den Rotor näher hervor. In dieser Figur ist der Rotorkörper 2 nur teilweise ausgeführt. Er ist drehbar um eine Rotationsachse 33 gelagert und enthält einen hohlzylinderförmigen Trägerkörper 3, der als Träger für die tiefzukühlende Erregerwicklung dient. Dieser Trägerkörper 3 ist hierzu beispielsweise von seiner Außenseite her mit in Rotorlängsrichtung verlaufenden Nuten versehen. In diesen Nuten sind die Wicklungsabschnitte der Erregerwicklung untergebracht. Der Längsschnitt der Figur ist durch zwei diametral zueinander angeordnete, zahnartige Zwischenkörper 7 gelegt. In der Figur sind deshalb nur die Wicklungsköpfe 36 bis 39 der Erregerwicklung angedeutet.

Um den einzelnen Kühlkanälen in den Wicklungsabschnitten der Erregerwicklung das Kühlmittel zuzuführen, ist eine axiale Zuleitung 40 vorgesehen, die auf der einen Stirnseite 41 des Rotorkörpers 2 zentral in dessen Innenraum 42 eingeführt und fast bis zu der gegenüberliegenden Stirnseite 43 des Rotorkörpers innerhalb des Innenraums 42 verläuft. Sie mündet in eine ringförmige, konzentrisch um die Rotorachse 33 angeordnete Verteilungsleilung 44, an die parallel zur Erregerwicklung verlaufende Sammelleitungen 30 angeschlossen sind. Beispielsweise ist für jeweils zwei Wicklungsabschnitte der Erregerwicklung eine Sammelleitung vorgesehen. In der Figur ist nur eine parallel zu dem oberen zahnartigen Zwischenkörper 7 angeordnete Sammelleitung 30 ersichtlich. Von dieser Sammelleitung 30 aus gehen in radialer Richtung mehrere Kühlmittelzuführungsleitungen 22 ab, über die den Kühlkanälen in den Wicklungsabschnitten, die zu beiden Seiten des zahnartigen Zwischenkörpers 7 angeordnet sind, das Kühlmittel zugeleitet wird.

In entsprechender Weise ist in der Figur die Kühlmittelabfuhr aus den Kühlkanälen angedeutet, die zu beiden Seiten des unteren zahnartigen Zwischenkörpers 7 angeordnet sind. Die hierzu erforderlichen Abführungsleitungen 23 münden in eine achsenparallel verlaufende Sammelleitung 31. Diese Sammelleitung 31 ist mit einer weiteren, ringförmigen Verteilungsleitung 45 verbunden, die konzentrisch zur Rotorachse 33 im Innenraum 42 angeordnet ist. Die Ableitung des Kühlmittels aus dieser Verteilungsleitung geschieht beispielsweise an derselben Stirnseite 41 des Rotors, durch die auch die zentrale Zuführungsleitung 40 in den Innenraum 42 des Rotorkörpers geführt ist. In der Figur ist die Kühlmittelflußrichtung durch einzelne Pfeile angedeutet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.3 ist davon ausgegangen, daß jeder Hohlraum zwischen jeweils zwei Leiterlagen eines Wicklungsabschnittes innerhalb einer Nut durch einzelne, in Rotorlängsrichtung nebeneinander angeordnete Stege in zehn einzelne Kühlkanäle unterteilt ist. Es sind deshalb für jeden einzelnen Wicklungsabschnitt in einer Nut zehn in Rotorlängsrichtung hintereinander angeordnete Kühlmittelzuleitungen 22 und ebensoviele Kühlmittelableitungen 23 erforderlich. In der Figur sind diese Zu- und Ableitungen 22 und 23 nur bis zu dem der Rotorachse 33 zugewandten Ende der zahnartigen Zwischenkörper 7 ersichtlich. An diesen Enden verzweigen sich diese Leitungen, wie aus F i g. 1 zu entnehmen ist, in zwei radiale annähernd parallele Zu- bzw. Ableitungen.

In der Figur sind ferner zwei elektrisch isolierte Stromzuführungsleitungen 46 und 47 angedeutet, die zur Stromversorgung der Erregerwicklung dienen.

Neben den gesonderten Sammelleitungen 30 und 31 gemäß den F i g. 1 bis 3 im Innenraum des Rotorkörpers können auch Ausführungsformen verwendet werden, bei denen Teile des Rotorkörpers mit Hohlräumen in Rotorlängsrichtung versehen sind, die als Kühlmittel-Sammelleitungen dienen. Bei einem Rotorkörper, der beispielsweise einen Innenzylinder enthält, auf dessen Außenmantel der Trägerkörper 3 oder die Zwischenkörper 7 kraftschlüssig angeordnet sind, können z. B. in diesem Innenzylinder unterhalb der Wicklungsabschnitte axiale Bohrungen oder sonstige Aussparungen vorgesehen sein, die zur Kühlmittelführung in Rotorlängsrichtung dienen.

Darüber hinaus können gegebenenfalls auch die Kühlkanäle in mehreren, in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Wicklungsabschnitten 10 untereinander verbunden sein. So lassen sich beispielsweise Kühlkanäle, die in konzentrischen Zylinderflachen zur Rotorachse liegen, durch Bohrungen in Umfangsrichtung durch die Zwischenkörper 7 aneinanderfügen. Es ist somit eine entsprechende Reduzierung von Kühlmittelzu- und -ableitungen 22 und 23 möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 B3B/3B6

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Kühlanordnung für den bei beliebigen Betriebszuständen zwangsgekühlten Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, in dessen Längsnuten jeweils ein tiefzukühlender Wicklungsabschniit einer supraleitenden Erregerwicklung angeordnet »st, der mit mindestens einer Kühlmittelzuleitung und -ableitung versehen ist, die mit entsprechenden innerhalb der Erregerwicklung angeordneten, achsenparallel verlaufenden Sammelleitungen verbunden sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) für jeden Wicklungsabschnitt sind über dessen gesamte axiale Länge eine Vielzahl von wenigstens annähernd radial verlaufenden, voneinander getrennten Kühlmittelzuleitungen (22) und -ableitungen (23) vorgesehen;

   b) zwischen jeder Kühlmittelzuleitung (22) und der ihr zugeordneten Kühlmittelableitung (23) sind ein oder mehrere radial iibereinanderliegende, wenigstens annähernd in Umfangsrichtung des Rotors (2) verlaufende Kühlkanäle (17, 28, 29) ohne Verbindung mit den in benachbarten Wicklungsabschnitten verlaufenden Kühlkanälen (17,28,29) angeordnet;

   c) die innerhalb der Erregerwicklung angeordneten Sammelleitungen (30, 31) sind gegeneinander beabstandet in einem gemeinsamen Innenraum des Rotors geführt.
2. 2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rotor, dessen Längsnuten durch radiale zahnartige Zwischenkörper (7) in Umfangsrichtung begrenzt sind, die radialen Kühlmittelzuleitungen (22) und -ableitungen (23) durch Hohlräume in den zahnartigen Zwischenkörpern (7) gebildet sind.
3. 3. Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rotor (2) mit Wicklungsabschnitten aus mehreren auf konzentrischen Zylinderflächen bezüglich der Rotorachse angeordneten Leiterlagen (12) diese untereinander durch Stege (15, 25, 26) beabstandet sind, die von dem einen zahnartigen Zwischenkörper (7) einer Längsnut (5) zu dem anderen Zwischenkörper (7) verlaufen, wobei die Stege (15, i!5,26) formschlüssig an den Zwischenkörpern (7) anliegen, und daß die derart zwischen den in radialer Richtung benachbarten Leiterlagen (12) gebildeten Hohlräume die Kühlkanäle (17,28,29) bilden.
4. 4. Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (25, 26) zueinander parallel und bezüglich einer radialen Querschnittsebene durch den Rotor (2) schräg angeordnet sind.