DE2440132C3 - Kühlanordnung für den Rotor einer elektrischen Maschine - Google Patents
Kühlanordnung für den Rotor einer elektrischen MaschineInfo
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Description
Die Erfindung bei i:ht sich auf eine Kühlanordnung
für den bei beliebige ■ Betriebszuständen zwangsgekühlten Rotor einer eic! Tischen Maschine, insbesondere
einer Synchronmaschine, in dessen Längsnuten jeweils
ein tiefzukühlender 'iv'icklungsabschnitt einer supraleitenden Erregerwiclil jng angeordnet ist, der mit
mindestens einer Hi ilmittelzuleitung und -ableitung
versehen ist, die nil entsprechenden innerhalb der
Erregerwicklung angeordneten, achsenparallel verlaufenden Sammelleitungen verbunden sind.
Eine derartige Kühlanordnung ist aus der FR-PS 21 45 103 bekann L Die Wicklungsabschnitte der Er-
S regerwicklung dieser Maschine bestehen aus einer
Vielzahl von in radialer Richtung übereinander angeordneten Leiterlagen und sind in Umfangsrichtung in
vier voneinander isoliert angeordnete LtUerstapel unterteilt (Fig.3), Da diese Leiterstapel auf tiefer
ίο Temperatur, beispielsweise bei Verwendung von Supraleitermaterial für die Leiter der Wicklung auf
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 Kühlmittelfluß
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.
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 sieht, 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
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 mög
lieh. Das Kühlmittel muß nämlich bei diesen Maschinen-
typen in axiale, mitrotierende Sammelkanäle zurückgeleitet werden.
Auch bei dem aus der DT-OS 23 01 343 bekannten tiefzukühlenden Rotor einer Maschine sind zur Kühl
mittelführung achsenparallele Sammelkanäle und radia
le Bohrungen innerhalb von Längsnuten vorgesehen. Zwischen den beiden Enden einer Läufernut kann sich
somit auf Grund des entsprechend laneen Weees eine
unzulässige Temperaturerhöhung ausbilden.
Der aus der FR-PS 516 866 bekannte Rotor einer
elektrischen Maschine enthält eine normalleitende Erregerwicklung, die in Nuten angeordnet ist, welche in
lameliierten Blechpaketen verlaufen. Die Leiter jedes Wicklungsabschnittes der Erregerwicklung werden
nicht direkt gekühlt, sondern es sind Kühlkanäle in den Blechpaketen vorgesehen, durch die ein Kühlmittel in
Umfangsrichtung geleitet werden kann. Eine solche indirekte Leiterkühlung ist für supraleitende Erregerwicklungen
ungeeignet.
Ferner ist aus der US-PS 27 02 870 eine Kühlanordnung eines Rotors bekannt, bei der die Zu- und
Ableitung eines Kühlmediums durch der. 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 Kühlanordnur-j; 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 des 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, b"i 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. Ajßerdem soll die ;on 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
Kombinai:on 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 verlaufende;!
Kühlkanälcn angeordnet;
c) die innerhalb der Erregerwicklung angeordneten
Sammelleitungen sind gegeneinander beaDstandet in einem gemein? .-.men Innenraum des Rotors
geführt.
Die Vorteile dieser Ausbildung einrr Kühlanordnung bestehen insbesondere darin, daß die Gefahr von
Temperaturüberhöhungen an dem von der Kühlmitteleinspeisestelle abgewandten Ende der Rotorwicklung
weitgehend vermieden wird, weil kein Kühlmittelfluß
S 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 Erregerwick'iing normalleitend
werden können.
Nach einer weiteren Ausbildung der Kühlanordnung gemäß der Erfindung sind bei einem Rotor, dessen
Längsnulen durch radiale, zahnartige Zwische.ikörper
in Umfangsrichtung begrenzt sind, die radialen Kühlmittelzulcitungen
und -ableitungen durch Hohlräume in den zahnartigen Zwischenkörpern gebildet. Zahnartige
Zwischenkörper sind beispielsweise aus der DT-OS 23 01 343 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 a'igeordneten
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 Leiierlagen
sind beispielsweise aus der FR-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
unzeinen Nut. 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 solcher, schrägen Anordn-:ng der Stege läßt sich die Kühlkanallänge
in Umfangsrichtung bei gleichbleibender mecha-
fiö nischer Festigkeit des Wicklungsabschnittes einstellen,
ohne daß der Füllfaktor an Leitermateria! innerhalb der Nut entsprechend vermindert werden muß.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprücr-'Π gekennzeichneten Weiterbildun-
6i gen wird auf die s^hematische Zeichnung Bezug
genommen, in deren F i g. 1 ein Teil eines Querschnittes durch einen Rotor mit einer Kühlanordnung gemäß der
Erfindung veranschaulicht ist. F i g. 2 zeigt einen
Ausschnitt eines Schnittes in Umfangsrichtung durch die Rotorwicklung gemäß Fig. I. In F i g. 3 ist ein
Längsschnitt durch einen Rotor mit einer Kühlanordnung gemäß der Erfindung wiedergegeben.
Der in F-'i g. I in einem sektorartigen Ausschnitt j
dargestellte Rotorkörper 2 ist nur teilweise ausgeführt. Er enthält beispielsweise einen in der Figur nicht
gezeigten hohlz.ylindrischen Wellenkörper, auf rJessem
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 cingefräst sein können. Diese Nuten
haben in Umfangsrichtung untereinander gleiche Abstande 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 Ständerwickiung. uie konzentrisch um den
Rotorkörper 2 angeordnet ist, nicht wesentlich zu beeinträchtigen.
Die Erregerwicklung ist in Form von einzelnen, festen
V/icklungsabschnitten \0 in den Nuten 5 untergebracht.
Diese Wicklungsabschnitte 10 bestehen beispielsweise jeweils aus fünf übereinanclei angeordneten Leiterlagen
12. Diese auf konzentrischen Zylinderflächen um die Achse des Rotorkörpers angeordneten Leiterlagen 12
werden beispielsweise von vier nebeneinanderliegenden Wickeipaketen 13 aus Supraleitern gebildet, die
untereinander isoliert sind. Die Supraleiter sind bandförmig ausgebildet und liegen mit ihren Breitseiten
aneinander. Vehrere Windungen dieser Supraleiter bilden jeweils ein festes, isoliertes Wickelpaket, das
einen etwa rechteckigen Querschnitt hat. Als Leitermateria' kann beispielsweise eine Niob-Titan- oder eine
Niob-Zinn-Leg'erung verwendet v/erden, die mittels eines umlaufender. Kühlmittels wie beispielsweise
superkritischem Helium auf Tieftemperatur gehalten wird.
Zur Kühlung der Erregerwicklung dient die Kühleinrichtung gpmäß der Erfindung. Hierfür sind vorteilhaft
die einzelnen Leiteriagen 12 der Erregerwi. -.iung
innerhalb der Nut 5 untereinander geringfügig beabstandet.
Als Abstandselemenre 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 Zwischen'<örpem anliegen. Somit werden
zwischen benachbarten Leiterlagen 12 vorteilhaft einzelne Kühlkanäle 17 in Umfangsrichtung der
Wicklungsabrchnitte _10 ausgebildet, die durch die Stege
untereinander getrennt sind und somit einen Kühlmittelfluß in achsenparalleler Richtung zwischen benachbarten
Kühlkanälen 17 verhindern, leder der Kühlkanä Ie 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. Ausfrä
sungen 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 10 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 Kühimiueiversorgungseinheit verbunden
sind. Zweckmäßigerweise werden zwei radiale Kühlmittelzu- und -abieitungen 22 bzw. 23 jeweils zu
beiden Seiten eines gemeinsamen zahnartigen Zwischenkörpers 7 angeordnet. Sie können dann am
unteren, der Potorachse zugewandten Ende des zahnartigen Zwischenkörpers zu einer gemeinsamen
Kühlmittelzu· bzw. -ableitung 22 bzw. 23 zusammengefaßt werden.
In Fife. 2 ist ein Schnitt durch den Rotorkörper
gemäß Fig. 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
KühlkanSle 28 und 29 unterteilt Jeder Kühlkanal 28, 29
ist an seinen beiden Enden 19 und 20 direkt ameine zumindest im wesentlichen radial angeordnete Kühlmittelzuleitung
22 und an eine entsprechende -ableitung 23 angeschlossen. Diese Zu- und Abieitungen für einen
Kuhlkanal 28 oder 29 können beispielsweise in einer gemeinsamen radialen Querschnittsebene bezüglich des
Rotorkörpers 2 angeordnet sein. Sie lassen sich aber auch in Rotorlängsrichtung gegeneinander versetzt
anbringen. Man erhält somit entsprechend längere Kühikanäie zwischen den Leiterlagen.
Wie in der F i g. 2 durch Pfeile angedeutet ist, gelangt
das Kühlmittel von einer gemeinsamen Sammelleitung 30 aus über die Zuführungsleitungen 22 in die
Kühlkanäle 28 und £?, durchströmt diese in der
angegebenen Richtung und wird über die Kühlmiltelableitungen
2:1 in eine gemeinsame .Sammelleitung 5!
/uriickgeleit-M.
Mit der gezeigten Kühleinrichtung gemäß de Erfindung kam somit vorteilhaft gewährleistet werden, s
daß das Kühlmittel längs des gesamten Rotors in allen Kühlmittel/ijleitungen 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 zwischen den zahnartigen Zwischenkörpern 7 i,>
verlaufenilen Stege 25 und 26 rechtwinklig bzw. schräg zu diesen angeordnet sein können, weisen die von ihnen
begrenzten Kühlkanäle 28 rechteckige und die Kühlka näle 29 parallelogrammartige Grundflächen auf. Die
Größe dieser Grundflächen läßt sich ferner durch eine is
Änderung der Abstände benachbarter Sleire 25 i«lrr ?fi
beeinflussen. Bei einer vorgegebenen radialen 1 lohe der Stege 25 u id 26 kann dann das Volumen eines
Kühlkanals b>:w. die mit dem Kühlmittel zu benetzende
I .eiterfläche in einem Kühlkanal so gewählt werden, daß
mit einem minimalen Kühlmitteldurchsalz durch die Wicklungsabichnitte JO der Erregerwicklung die in ihr
auftretenden !hermischen Verluste jederzeit abgeführt werden könriin, ohne daß die Gefahr eines Quenches,
d. h. die Gefahr des Normalleitend-Werdens eines oder mehrerer Leiter besteht. Bei einer Festlegung dieser so
gebildeten Kiihlkanäle 28 und 29 müssen darüber hinaus die fc'igkeitimäßigen 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 l.aj:e der Sammelleitungen 30 und 31 gemäß
Fig. 2 geht ius dem in Fig. 3 dargestellten Längsschnitt durch Jen Rotor näher hervor. In dieser Figur ist
der Rotorkö "Der 2 nur teilweise ausgeführt. Er ist drehbar um e ne Rotationsachse 33 gelagert und enthält
einen hohlzy inderförmigen Trägerkörper 3, der als
Träger für d i: tiefzukühlende Erregerwicklung dient Dieser Trägerkörper 3 ist hierzu beispielsweise vor
seiner Außeiseite her mit in Rotorlängsrichtung verlaufenden Nuten versehen. In diesen Nuten sind die
Wicklungsabs;hnitte der Erregerwicklung untergebracht. Der Längsschnitt der Figur ist durch zwei
diametral zueinander angeordnete, zahnartige Zwischenkörper / gelegt. In der Figur sind deshalb nur die
Wicklungsköf Ie 36 bis 39 der Erregerwicklung angedeutet.
Um den eir? einen Kühlkanälen in den Wicklungsabschnitten
der rxregerwicklung das Kühlmittel zuzufüh- ίο
ren, ist eint- a> Jale Zuleitung 40 vorgesehen, die auf der
einen Stirnkeil c 41 des Rotorkörpers 2 zentral in dessen
Innenraum 42 eingeführt und fast bis zu der gegenüber liegenden Stirnseite 43 des Rotorkörpers innerhalb des
Innenraum;; 4/.' verläuft. Sie mündet in eine ringförmige,
konzentrisch jm die Rotorachse 33 angeordnete Verteilungslei ung 44, an die parallel zur Erregerwicklung
verlaufe: ide Sammelleitungen 30 angeschlossen
sind. Beispielsweise ist für jeweils zwei Wicklungsabschnitte
di:r Erregerwicklung eine Sammelleitung
vorgesehen. In der Figur ist nur eine parallel zu dem oberen zahne rtigen 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 Wicklungsjhschnitten, die zu beiden Seiten des
zahnartigen Zv/isthenkörpers 7 angeordnet sind, das
Kühlmittel zugeleimt wird.
In entsprechender Weise ist in der Figur die Kühlmitlelabfuhr ims den Kühlkanälen angemutet, die
zu beiden Seiten des unteren zahnartigen Zwischenkörpers
7 angeordnet sind. Die hierzu erforderlichen Abfiihrungsleitiingon 2.3 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 lit", dieser Ver!ei!un"s!cs*urig geschient
beispielsweise ^n 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 Kühlmiitelfliißrichtung durch einzelne Pfeile
angedeutet.
Im Ausführungsbeispiel der F i g. 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 Kiihlkanäle
unterteilt ist. Es sind deshalb für jeden einzelnen Wicklungsabschnitt in einer Nut zehn in Rotorlängsrichtung
hintereinander angeordnete Kühlmittelzuleitungen
22 und ebensoviele Kiihlmittelableitungen 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 Fig. 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 Kühlmittelsammelleitungen 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 JO untereinander verbunden sein. So lassen sich beispielsweise
Kühikanäle, die in konzentrischen Zylinderflächen zur Rotorachse liegen, durch Bohrungen in Umfangsrichtung
durch die Zwischenkörper 7 aneinanderfügen. Es ist somit eine entsprechende Reduzierung von KühlmittelzL
- und -ableitungen 22 und 23 möglich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Kühlanordrung für den bei beliebigen Betriebszuständen zwciigsgekühlten Rotor einer elektrischen Maschin:, insbesondere einer Synchronmaschine, in dessen Längsnuten jeweils ein tiefzukühlender Wicklutjjsabschnitt einer supraleitenden
Erregerwicklutij- angeordnet ist, der mit mindestens
einer Kühlmittokuleitung und -ableitung versehen
ist, die mit enuarechenden innerhalb der Erregerwicklung angeor ilneten, achsenparallel verlaufenden
Sammelleitungen verbunden sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender
Merkmale:
a) für jeden Micklungsabschnitt sind über dessen
gesamte i.tiale Länge eine Vielzahl von wenigstens annähernd radial verlaufenden,
voneinander getrennten Kühlmittelzuleitungen (22) und-ahl 6 itungen (23) vorgesehen;
b) zwischen js11 ;r Kühimiiteizuleitung (22) und der
ihr zugeorc ieten Kühlmittelableitung (23) sind ein oder niihrere radial übereinanderliegende,
wenigstens innähernd in Umfangsrichtung des Rotors (2) .erlaufende Kühlkanäle (17, 28, 29)
ohne Verbindung mit -;'en in benachbarten Wicklungsali schnitten verlaufenden Kühlkanälen (17,28,'/)) angeordnet;
c) die innerhalb der Erregerwicklung angeordneten Sarnmeoitungen (30, 31) sind gegeneinander beat standet in einem gemeinsamen Innenraum des Rotors geführt.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei eirvrn Rotor, dessen
Längsnuten dun:!: radiale zahnartige Zwischenkörper (7) in Urr "iingsrichtung begrenzt sind, die
radialen Kühlmiielzuleitungen (22) und -ableitungen (23) durch Hohlräume in den zahnartigen
Zwischenkörper· (7) gebildet sind.
3. Kühlanordiing nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem Rotor (2) mit Wicklungsabscbritten aus mehreren atif konzentrischen Zylinderf Jchen bezüglich der Rotorachse
angeordneten Lciterlagen (12) diese untereinander durch Stege (15, :25, 26) beabstandet sind, die von
dem einen zahn irtigen Zwischenkörper (7) einer Längsnut (5) zu cem anderen Zwischenkörper (7)
verlaufen, wobei lic Stege (15, 25, 26) formschlüssig an den Zwischen körpern (7) anliegen, und daß die
derart zwischen den in radialer Richtung benachbarten Leiterlager 12) gebildeten Hohlräume die
Kühlkanäle (17, JI129)bilden.
4. Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, 11aß die Stege (25, 26) zueinander
parallel und bezüglich einer radialen Querschnittsebene durch den ''■: ator (2) schräg angeordnet sind.
Priority Applications (9)
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