DE29780445U1

DE29780445U1 - Axiale Kühlrohre mit Klemmvorrichtung

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Publication number: DE29780445U1
Application number: DE29780445U
Authority: DE
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2007-05-28
Also published as: WO1997045916A1; US20020125788A1; AU3052897A

Description

25. November 1998

1027-III-19.040

PCT/SE 97/00895 ASEA BROWN BOVERI AB

AXIALE KUHLROHRE MIT KLEMMVORRICHTUNG Technisches Gebiet:

Die vorliegende Erfindung betrifft rotierende elektrische Maschinen, wie Synchronmaschinen. Solche Maschinen können als Generatoren zur Verbindung mit dem Verteiler- oder Übertragungsstromnetz, nachstehend als Stromnetz bezeichnet, verwendet werden. Die Erfindung umfaßt auch doppelt gespeiste Maschinen, Anwendungen in asynchronen Stromrichterkaskaden, Außenpolmaschinen (outer pole machines) und Synchronflußmaschinen, sowie Wechselstrommaschinen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Klemmvorrichtung und ein mit der Klemmvorrichtung kombiniertes Kühlsystem von solchen Maschinen.

Stand der Technik:

Rotierende elektrische Hochspannungsmaschinen können für Spannungen bis zu 36 kV ausgelegt sein. Dies wurde üblicherweise als Obergrenze betrachtet. Im Fall von Generatoren bedeutet das, daß ein Generator über einen Transformator, der die Spannung auf das Niveau des Stromnetzes aufstuft, mit dem Stromnetz verbunden werden muß. Die Spannung eines Stromnetzes kann

im Bereich von 130 - 400 kV liegen, wobei sogar Stromnetze mit bis zu 800 kV existieren.

Um die Erfindung zu erläutern und zu beschreiben, folgt eine kurze Erklärung einer rotierenden elektrischen Maschine am Beispiel einer Synchronmaschine. Die Erläuterung betrifft im wesentlichen den magnetischen Kreis in einer solchen Maschine und deren klassischen Aufbau. Da der magnetische Kreis, wie er in den meisten Fällen bezeichnet wird, im Stator liegt, wird der hier in Bezug genommene magnetische Kreis als Stator mit laminierten Blechen bezeichnet, wobei die Wicklung als Statorwicklung bezeichnet wird, und der bzw. die Wicklungsschlitz(e) in den laminierten Blechen als Statorschlitze oder einfach als Schlitze bezeichnet werden.

Die meisten Synchronmaschinen weisen eine Feldwicklung im Rotor, wo der Hauptfluß durch Gleichstrom erzeugt wird, und eine Wechselstromwicklung im Stator auf.

Der Statorrahmen in großen Synchronmaschinen ist häufig eine geschweißte Konstruktion. Der laminierte Kern wird üblicherweise aus lackiertem 0,35 oder 0,5 mm elektrischem Stahl gebildet . Die Bleche werden in segmentierter Form oder in Ringform hergestellt, je nach der Größe der Maschine. Die Bleche sind in größeren Maschinen in Segmente gelocht, die mit Keilen/Schwalbenschwänzen an dem Statorrahmen angebracht sind. Der laminierte Kern wird mit Druckfingern und Druckringen zusammengehalten .

Zum Kühlen der Wicklungen einer Synchronmaschine gibt es drei verschiedene Typen von Kühlsystemen. Bei der Luftkühlung wird die Wicklung des Stators sowie die des Rotors durch eine Luftströmung durch die Wicklungen gekühlt. In den laminierten Blechen des Stators und in dem Rotor sind Luftkühlleitungen angeordnet. Bei radialer Ventilation und Luftkühlung ist der laminierte Kern zumindest bei mittelgroßen und großen Ma-

schinen in Pakete unterteilt, die im Kern angeordnete radiale und axiale Ventilationsleitungen aufweisen. Die kühlende Luft kann Raumluft sein, jedoch wird bei Leistungen über 1 MW hauptsächlich ein geschlossenes System mit einem Wärmetauscher verwendet. In großen Turbo-Generatoren und in großen Synchronkompensatoren wird normalerweise eine Wasserstoffkühlung verwendet. Das Kühlverfahren arbeitet in gleicher Weise wie die Luftkühlung mit einem Wärmetauscher, wobei jedoch anstelle von Luft als Kühlmedium Wasserstoff verwendet wird. Wasserstoff hat eine bessere Kühlkapazität als Luft, jedoch treten Schwierigkeiten an Verschlüssen (sealings) und bei der Detektion von Leckstellen auf. Bei Turbo-Generatoren im Leistungsbereich von 500 - 1.000 MW ist es auch bekannt, eine Wasserkühlung der Wicklung des Stators und der des Rotors zu verwenden. Die Kühlleitungen sind als Rohre ausgestaltet, die in den Leitern der Statorwicklung angeordnet sind. Ein Problem bei großen Maschinen ist, daß die Kühlung leicht ungleichmäßig wird, und daß Temperatürschwankungen in der Maschine auftreten.

Die Statorwicklung ist in Schlitzen im Eisenblechkern angeordnet, wobei die Schlitze normalerweise einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Jede Wicklungsphase enthält eine Reihe von Spulengruppen (coil groups), die in Serie miteinander verbunden sind, und jede Spulengruppe enthält eine Reihe von Spulen, die in Serie geschaltet sind. Die unterschiedlichen Teile der Spule werden als Spulenseite für den Teil, der im Stator liegt, und als Endwicklung für den Teil, der außerhalb des Stators liegt, bezeichnet. Eine Spule enthält einen oder mehrere Leiter (Konduktoren), die in Höhe und/oder Breite zusammengebracht werden.

Zwischen jedem Leiter liegt eine dünne Isolierung, beispielsweise aus Eopxy-/Glasfaser.

Die Spule ist gegenüber dem Schlitz mit einer Spulenisolierung isoliert, d.h. einer Isolierung, die der Betriebsspannung der

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Maschine zur Erde widersteht. Als Isolierungsmaterial können verschiedene Kunststoff-, Lack- und Glasfasermaterialien verwendet werden. Üblicherweise wird ein sogenanntes Mica-Band verwendet, das ein Gemisch aus Mica und hartem Kunststoff darstellt, das speziell hergestellt wird, um Teilentladungen, die die Isolierung rasch zerstören können, zu widerstehen. Die Isolierung wird auf die Spulen aufgebracht, indem das Mica-Band in mehreren Lagen um die Spule gewickelt wird. Die Isolierung wird imprägniert, worauf die Spulenseite mit einer Farbe auf Graphitbasis gestrichen wird, um den Kontakt mit dem umgebenden Stator, der mit dem Erdpotential verbunden ist, zu verbessern. Der Querschnittsbereich der Wicklungen wird durch die tatsächliche Stromdichte und das Kühlverfahren bestimmt. Leiter und Spule sind normalerweise in einer rechteckligen Form angeordnet, um die Menge an Leitermaterialien in der Spur zu maximieren. Eine typische Spule wird durch sogenannte Roebel-Stangen (Roebel-bars) gebildet, wobei einigender Leiter für das Kühlmedium hohl ausgebildet sein können. Eine Roebel-Stange enthält mehrere rechteckige parallel verbundene Kupferleiter, die 360° entlang des Schlitzes transpositioniert sind. Bekannt sind auch ringförmige Stangen mit 540°-Transpositionen. Die Transpositionen werden durchgeführt, um die Ausbildung von Kreisströmen im Querschnitt des Leitermaterials vom magnetischen Feld aus gesehen zu vermeiden.

Aus mechanischen und elektrischen Gründen gibt es bestimmte Obergrenzen, die eine Maschine nicht überschreiten kann. Die Leistung einer Maschine wird hauptsächlich durch drei Faktoren bestimmt:

- Den Querschnittsbereich derWicklungen. Bei normaler Arbeitstemperatur hat Kupfer einen Maximalwert von 3-3,5 A/mm2.

- Die maximale magnetische Flußdichte in dem Material des Stators und des Rotors.

- Die maximale elektrische Feldstärke im Isolierungsmaterial, die sogenannte dielektrische Stärke (Durchschlagsfestigkeit).

Es wird davon ausgegangen, daß Spulen für rotierende Generatoren mit guten Ergebnissen im Spannungsbereich von 3 25 kV hergestellt werden können.

Versuche, den Generator für höhere Spannungen zu entwickeln, sind jedoch seit langer Zeit im Gange. Dies ist beispielsweise aus "Electrical World", 15. Oktober 1932, S. 524-525, ersichtlich. Dort wird beschrieben, wie ein von Parson 1929 entwikkelter Generator für 33 kV ausgelegt wurde. Es wird auch ein Generator in Langerbrugge, Belgien, beschrieben, der eine Spannung von 3 6 kV erzeugte. Obwohl in dem Artikel auch über die Möglichkeit einer weiteren Erhöhung des Spannungsniveaus spekuliert wird, wurde die Entwicklung durch die Konzepte, auf denen diese Generatoren basierten, beschränkt. Dies lag in erster Linie an den Nachteilen des Isolierungssystems, in dem lackimprägnierte Schichten aus Mica-Öl und Papier in mehreren getrennten Schichten verwendet wurden.

In einem Bericht des Electric Power Research Institute, EPRI, EL-3391 (April 1984) wird eine Übersicht über Generatorkonzepte zur Erzielung höherer Spannungen in einem elektrischen Generator mit dem Ziel, die Verbindung eines solchen Generators mit einem Stromnetz ohne Zwischentransformatoren zu ermöglichen, gegeben. Eine solche Lösung ermöglicht gemäß dem Bericht gute Fortschritte in der Effizienz und erhebliche finanzielle Vorteile. Der Hauptgrund dafür, daß es 1984 für möglich erachtet wurde, mit der Entwicklung von Generatoren zur direkten Verbindung mit Stromnetzen zu beginnen, war, daß zu dieser Zeit ein supraleitender Rotor entwickelt worden war. Die erhebliche Anregungskapazität der supraleitenden Feldwicklung ermöglicht die Verwendung einer Luftspalt(air gap) Wicklung genügender Stärke, um die elektrischen Belastungen zu widerstehen.

Durch die Kombination des Konzeptes, das projektgemäß für das vielversprechendste gehalten wurde, nämlich einen magnetischen Kreis mit einer Wicklung, bekannt als "Monolith-Zylinder-Armatur", zu entwerfen, ein Konzept, bei dem zwei Leiterzylinder in drei Isolierungszylinder eingeschlossen werden und die gesamte Struktur an einem Eisenkern ohne Zähne angebracht wird, wurde angenommen, daß eine rotierende elektrische Maschine für Hochspannung direkt mit einem Stromnetz verbunden werden könnte. Die Lösung brachte mit sich, daß die Hauptisolierung genügend dick gemacht werden mußte, um die Netz-zu-Netz- und Netz-zu-Erde-Potentiale auszuhalten. Offensichtliche Nachteile der vorgeschlagenen Lösung, abgesehen von dem Erfordernis eines supraleitenden Rotors, sind, daß sie auch eine äußerst dicke Isolierung erforderlich macht, die die Größe der Maschine erhöht. Die Endwicklungen müssen isoliert und mit Öl oder Freonen gekühlt werden, um die großen elektrischen Felder an den Enden zu kontrollieren. Die ganze Maschine muß hermetisch abgeschlossen sein, um zu verhindern, daß das flüssige dielektrische Medium Feuchtigkeit aus der Atmosphäre absorbiert.

Bestimmte Versuche eines neuen Ansatzes betreffend die Entwicklung von Synchronmaschinen sind u.a. in einem Artikel mit dem Titel " Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300" in J. Elektrotechnika, No. 1, 1970, S. 6-8, in der US-Patentschrift 4,429,244 "Stator of Generator" und in der russischen Patentschrift CCCP-Patent 955369 beschrieben worden.

Die in J. Elektrotechnika beschriebene Wasser-und-Öl-gekühlte Synchronmaschine ist für Spannungen bis zu 20 kV vorgesehen. Der Artikel beschreibt ein neues Isolierungssystem aus einer Öl/Papier-Isolierung, die es ermöglicht, den Stator vollständig in Öl einzutauchen. Das Öl kann dann als Kühlmittel verwendet werden, während es zur gleichen Zeit als Isolierung dient. Um zu verhindern, daß Öl in dem Stator in Richtung des Rotors leckt, ist ein dielektrischer öl-trennender Ring an der Innenseite des Kern vorgesehen. Die Statorwicklung wird aus

Leitern mit einer ovalen Hohlform, die mit einer Öl-und-Papier-Isolierung ausgestattet sind. Die Spulenseiten mit ihren Isolierungen sind mittels Keilen an den mit rechteckigem Querschnitt hergestellten Schlitzen befestigt. Als Kühlmittel wird Öl sowohl in den hohlen Leitern als auch in den Löchern in den Statorwänden verwendet. Solche Kühlsysteme haben jedoch eine Reihe von Kontakten von Öl und Elektrizität an den Spulenenden zur Folge. Die dicke Isolierung führt auch zu einem erhöhten Krümmungsradius des Leiters, der wiederum zu einem größeren Wicklungsüberhang führt.

Das vorstehend genannte US-Patent betrifft den Statorteil einer Synchronmaschine, die einen magnetischen Kern aus laminierten Blechen mit trapezförmigen Schlitzen für die Statorwicklung enthält. Die Schlitze sind kegelförmig, da die Notwendigkeit der Isolierung der Statorwicklung zum Inneren des Rotors hin abnimmt, wo der. Teil der Wicklung liegt, der sich am nächsten zum Neutralpunkt befindet. Zusätzlich enthält der Statorteil einen dielektrischen öl-trennenden Zylinder am nächsten zur Innenseite des Kerns, der die erforderliche Magnetisierung im Verhältnis zu einer Maschine ohne diesen Ring erhöhen kann. Die Statorwicklung besteht aus in Öl getauchten Kabeln mit dem gleichen Durchmesser für alle Spulenschichten. Die Schichten sind voneinander durch Abstandshalter (spacer) in den Schlitzen getrennt und durch Keile gesichert. Das besondere an dieser Wicklung ist, daß sie zwei sogenannte Halb-Wicklungen aufweist, die in Serie geschaltet sind. Eine der zwei Halb-Wicklungen ist zentriert in einem Isolierschlauch (-hülle) angeordnet. Die Leiter der Statorwicklung werden durch das umgebende Öl gekühlt. Die Nachteile einer so großen Ölmenge im System sind das Risiko einer Leckage und die erhebliche Reinigungsarbeit, die sich bei einer Störung ergeben kann. Die Teile des Isolierschlauchs, die außerhalb der Schlitze angeordnet sind, haben einen zylindrischen Teil und ein konisches Ende, das mit stromtragenden Schichten verstärkt ist, deren Aufgabe es ist, die elektrische

Feldstärke in dem Bereich zu kontrollieren, wo das Kabel in die Endwicklung eintritt.

Aus der CCCP 955369 ist ersichtlich, daß bei einem anderen Versuch, die Betriebsspannung der Synchronmaschine zu erhöhen, die ölgekühlte Statorwicklung ein herkömmliches Hochspannungskabel mit der gleichen Abmessung für alle Schichten enthält. Das Kabel wird in die Statorschlitze gebracht, die als runde, radial angeordnete Öffnungen ausgebildet sind, entsprechend dem Querschnittsbereich des Kabels und dem erforderlichen Raum zur Fixierung und für das Kühlmittel. Die verschiedenen radial angeordneten Schichten der Wicklung sind von isolierten Rohren (tubes) umgeben und darin fixiert. Isolierende Abstandshalter fixieren die Rohre im Statorschlitz. Aufgrund der Ölkühlung ist auch ein interner dielektrischer Ring erforderlich, um das Kühlmittel gegen den internen Luftspalt abzudichten. Die aufgezeigte Ausführung weist keine Verjüngung der Isolierung oder der Statorschlitze auf. Die Ausführung hat ein sehr schmales radiales Mittelteil zwischen den verschiedenen Statorschlitzen, was einen großen Schlitz-Leckagefluß bedeutet, der das Magnetisierungserfordernis der Maschine erheblich beeinflußt.

In der US-Patentschrift 4,208,597 wird eine verbesserte Kühlung für den Endabschnitt eines Statorkerns einer großen dynamoelektrischen Maschine bereitgestellt, die eine verbesserte Ventilationsplatte zeigt, die in direktem Kontakt mit der Fingerplatte am Ende des Statorkerns verwendet werden kann, um eine Kühlung und mechanische Stabilität im Kernabschnitt zu ermöglichen. Die US-4,745,314 zeigt einen flussigkeitsgekühlten Motor, der zwei gekühlte Flüssigkeitsleitungen aufweist, die im laminierten Kern des Stators ausgebildet sind. Dadurch wird die Leckagesicherheit der Kühlmittelleitungen eines solchen flussigkeitsgekühlten Motors verbessert. Die US-5,365,132 zeigt eine verbesserte Kühlanordnung für eine dynamoelektrische Maschine desjenigen Typs, bei dem eine Vielzahl von übereinander angeordneten Laminierungen einen Statorkern bilden.

Die Anordnung weist weiterhin eine Vielzahl von Kühlungs-Luftleitungen auf, die in der Laminierung angrenzend an ein radial äußeres Ende mindestens einiger Wicklungsschlitze ausgebildet ist. Die EP-O,684,682 zeigt eine rotierende elektrische Maschine mit Öffnungen in den Statorzähnen, die einen erheblichen Teil des Oberflächenbereichs jedes Zahns einnehmen, so daß die Statorwicklungen nur einen kurzen Wärmeweg zu den durch die Öffnungen gebildeten axialen Kühlleitungen haben.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Schichten der Bleche des Stators mechanisch zu verbinden, so daß die Schichtpakete, die den Statorkern definieren, unter Arbeitsbedingungen keinen Vibrationen ausgesetzt sind. Die Verbindungen werden auch so ausgebildet, daß die mechanischen Eigenschaften des Kerns erhalten bleiben.

Ein anderes erfindungsgemäßes Ziel ist es, die Verbindung der Lagen zu einem Schichtpaket mit der Kühlung des Kerns zu verbinden.

Eine Bedingung für die Erfindung ist es, daß die rotierende elektrische Maschine ein vollständig neues Design zeigen sollte. Dieses neue Design umfaßt die Konstruktion der rotierenden elektrischen Maschine in einer Weise, so daß ihre alternierenden Stromwicklungen mindestens einen Leiter aufweisen, um den eine feste Isolierung angeordnet ist, die eine halbleitende Schicht nahe dem Leiter und eine äußere halbleitende Schicht um den Isolator aufweist.

Eine rotierende elektrische Maschine, wie sie hier beschrieben wird, zeigt viele Vorteile und kann zur direkten Verbindung mit einem Stromnetz ohne zwischengeschalteten Transformator vorgesehen werden.

Die Verbindung der laminierten Bleche wird durch axiale Klemmmittel (Klemmvorrichtungen) bewirkt, die elektrisch gegenüber den Schichten der laminierten Bleche isoliert sind. Die Isolierung kann erzeugt werden, indem die Kiemmittel mit einer äußeren Isolierschicht beschichtet werden, oder indem die Klemmittel aus Isoliermaterial hergestellt werden. Die Klemmmittel werden durch Axiallöcher in den Statorzähnen und auch durch Löcher im Verbindungsteil des Stators, dem sogenannten Statorj och (falls erforderlich), gezogen.

Zusammenfassung der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen

und ein mit der Kühlanordnung kombiniertes Klemmittel, die die

Kompression der Laminierungen im Statorstapel mit Hilfe von

Kühlrohren, die axial im Stator angeordnet sind, ermöglichen.

Die Anordnung weist axial verlaufende Rohre (elektrisch isoliert) auf, die durch axiale Öffnungen durch die Statorzähne gezogen werden. Die Rohre sind dauerhaft in die Öffnungen geklebt, um eine gute Kuhlkapazität sicherzustellen, wenn das Kühlmittel in den Rohren zirkuliert. Die Rohre laufen entlang der gesamten Axiallänge der Statorzähne und sind in den Statorenden gespleißt.

Nach einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform hat mindestens eine der halbleitenden Schichten, vorzugsweise beide, den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die feste Isolierung. Der dadurch erzielte entscheidende Vorteil ist, daß Defekte, Risse und dgl. bei einer thermischen Bewegung in der Wicklung vermieden werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Die Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Figur 1 zeigt schematisch eine Perspektivansicht eines Diametralschnitts durch den Stator einer rotierenden elektrischen Maschine.

Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Hochspannungskabels,

Figur 3 zeigt schematisch einen Abschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine,

Figur 4 zeigt einen Abschnitt eines Stators gemäß Figur 3,

Figur 5 zeigt einen Abschnitt entlang der Linie A-A in Figur mit einem Kiemmittel mit axialen Kühlrohren gemäß der Erfindung.

Figur 6 zeigt einen Abschnitt des Stators in einer rotierenden elektrischen Maschine mit eingezeichneten Kühlrohren und Bolzen (bolts).

Figur 7 zeigt einen Radialschnitt B-B durch Figur 6 mit einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung mit Bolzen.

Figur 8 zeigt einen weiteren Radialschnitt mit axial verlaufenden Kühlrohr-Schleifen und einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung.

Beschreibung der Erfindung:

Figur 1 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine, worin der Rotor entfernt wurde, um die Anordnung eines Stators 1 besser zu zeigen. Die Hauptteile des Stators 1 umfassen einen Statorrahmen 2, einen Statorkern 3, enthaltend Statorzähne 4 und ein Statorjoch 5. Der Stator enthält auch eine Statorwicklung 6, die aus einem Hochspannungskabel zusammengesetzt ist, das in einem wie eine Fahrradkette (siehe Figur 3) ge-

formten Raum, der zwischen jedem einzelnen Statorzahn 4 gebildet wird, angeordnet ist. In Figur 3 ist die Statorwicklung nur durch ihre elektrischen Leiter angedeutet. Wie aus Figur ersichtlich ist, bildet die Statorwicklung 6 ein Endwindungspaket 8 auf beiden Seiten des Stators 1. Aus Figur 3 ist auch ersichtlich, daß das Hochspannungskabel mehrere Abmessungen hat, die in Abhängigkeit von der radialen Position der Kabel im Stator 1 in Gruppen angeordnet sind.

In großen Maschinen wird jeder Stapel von Laminierungen gebildet, indem ausgestanzte Segmente 9 mit geeigneter Größe aneinandergepaßt werden, um eine erste Schicht zu bilden, worauf jede nachfolgende Schicht in rechte Winkel gesetzt wird, um einen vollständigen plattenförmigen Teil eines Statorkerns 3 zu erzeugen. Die Teile werden durch Druckschenkel (pressure legs) 10, die gegen Druckringe, —finger oder —segmente drükken, zusammengehalten.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hochspannungskabels 11. Das Hochspannungskabel 11 enthält eine Reihe von Strängen 12 aus Kupfer (Cu), beispielsweise mit rundem Querschnitt. Diese Stränge 12 sind in der Mitte des Hochspannungskabels Il angeordnet. Um diese Stränge 12 befindet sich eine erste halbleitende Schicht 13, und um die erste halbleitende Schicht 13 eine Isolierschicht 14, z.B. eine Isolierung aus vernetztem Polyethylen (XLPE). Um die Isolierschicht 14 befindet sich eine zweite halbleitende Schicht 15. Somit umfaßt das Konzept des "Hochspannungskabels¹¹ in der vorliegenden Erfindung nicht die äußere Schutzhülle, die normalerweise solche Kabel zur Stromverteilung umgibt.

Figur 3 zeigt schematisch einen Radialsektor einer Maschine mit einem Segment 9 des Stators 1 und mit einem Rotorpol 16 auf dem Rotor 17 der Maschine. Es ist auch ersichtlich, daß die Statorwicklung 6 in dem einer Fahrradkette 6 gleichenden

Raum 7, der zwischen jedem Statorzahn 4 gebildet wird, angeordnet ist.

Figur 4 zeigt einen äußeren Zahnabschnitt 18, der sechs Statorzähne 4 aufweist, von denen vier in der Figur mit einem Druckfinger 19, der sich von dem Statorjoch 5 nach innen zu der Spitze 20 des Statorzahns erstreckt, ausgestattet sind.

Die Zahnhöhe ist definiert als die Radialdistanz von der Spitze 20 eines Zahns zum äußeren Ende 21 des einer Fahrradkette gleichenden Raums 7. Die Länge eines Statorzahns entspricht somit der Zahnhöhe. Weiterhin ist die Jochhöhe definiert als die Radialdistanz von dem äußeren Ende des einer Fahrradkette gleichenden Raums 7 zu dem äußeren Rand 22 des Statorkerns. Dieser letztgenannte Alistand zeigt die Breite eines äußeren Jochteils 23 an.

In einer rotierenden elektrischen Hochspannungsmaschine des vorstehend beschriebenen Typs ist mindestens ein Statorzahn 4 erfindungsgemäß (siehe Figur 4) mit mindestens einem axial verlaufenden Kühlrohr 24, das mit einem Kühlkreislauf 25, in dem sich ein Kühlmittel zur Zirkulation befindet, versehen. Um eine wirksame Kühlung zu erzielen, sind die Kühlrohre vorzugsweise in jedem Statorzahn angeordnet. Nach der in Figur 4 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind vier Kühlrohre so angeordnet, daß sie axial durch den eigentlichen Zahn laufen, während zwei weitere Kühlrohre so angeordnet sind, daß sie axial durch den äußeren Jochteil 23 des dargestellten Sektors laufen. Alle Kühlrohre in der dargestellten Figur sind auch radial ausgerichtet.

Jedes Kühlrohr 24 ist elektrisch isoliert und mit einer Isolierschicht (nicht dargestellt) ausgestattet, um einen Kontakt mit dem Metall im Statorzahn 4 oder im äußeren Jochteil 23 zu verhindern. Ein thermisch leitfähiger Klebstoff kann alternativ zur Anheftung verwendet werden.

Figur 5 zeigt ein Klemmittel gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, worin das Kühlrohr 24 sich durch einen Stator 3, der aus den Segmenten 9 aufgebaut ist, erstreckt. Das Rohr ist mit einer Isolierschicht 26 versehen, ggf. zusammen mit einer Füllung, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen. Das Kühlrohr 24 ist an seinen Enden mit einem sich verjüngenden Endteil 27 versehen, auf dem eine Mutter 28 aufgeschraubt werden kann. Das Endteil 27 erstreckt sich durch den Druckfinger 19. Das Endteil ist auch mit einer isolierenden Unterlegscheibe 29 ausgestattet, um ihn gegenüber dem Statorkern 3 und dem Druckfinger 19 zu isolieren. Das Endteil ist weiterhin mit einer Rohrverbindung 30 versehen, um den Endteil beispielsweise an ein Verbindungs-Kühlrohr 31, das mit dem Kühlkreislauf 25 verbunden ist, anzuschließen.

Durch Festziehen der Mutter 28 gegen die isolierende Unterlegscheibe 29 und den Druckfinger 19 wird im Kühlrohr 24 eine axiale Kompressionskraft bewirkt, die auf eine Gegenstütze auf der anderen Seite des Stators, oder ein anderes Klemmittel des gleichen Typs, übertragen wird. Alternativ kann die Klemmung gegen eine Schulter 32, die an dem Kühlrohr 24 befestigt ist, bewirkt werden. Druckfinger 19 sind auch an dieser zweiten Seite bereitgestellt. Auch hier sind die Druckfinger und die Kühlrohre natürlich gegenüber dem Statorkern durch geeignet geformte Unterlegscheiben 33, usw., isoliert.

Somit können, indem ein axiales Kühlrohr als Zugrohr verwendet wird, weitere Klemmittel zur axialen Kompression des Statorkerns vermieden werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern ist durch die beigefügten Ansprüche definiert. Somit können andere Typen von Klemmitteln außer Schraubverbindungen, wie Keil- oder Federvorrichtungen usw., verwendet werden.

Figur 6 zeigt wie Figur 4 einen äußeren Zahnsektor 118, enthaltend
sechs Statorzähne 104, von denen vier in der Figur mit einem Druckfinger 119 versehen sind, der sich von dem Statorjoch
105 nach innen zu der Spitze 120 des Statorzahns erstreckt
.

Die Zahnhöhe ist definiert als der Radialabstand von der Spitze 120 eines Zahns bis zum äußeren Ende 121 des einer Fahrradkette gleichenden Raumes 107. Die Länge eines Statorzahns entspricht somit der Zahnhöhe. Weiterhin ist die Jochhöhe definiert
als der Radialabstand von dem äußeren Ende 121 des einer Fahrradkette gleichenden Raums 107 bis zur Außenkante 122 des
Statorkerns. Dieser letztgenannte Abstand zeigt die Breite
eines äußeren Jochteils 123 auf.

In einer rotierenden elektrischen Hochspannungsmaschine des
vorstehend beschriebenen Typs ist zumindest ein Statorzahn 104 erfindungsgemäß (siehe Figur 6) mit mindestens einem axial
verlaufenden Kühlrohr 124 ausgestattet, das mit einem Kühlkreislauf
125, in dem ein Kühlmittel zur Zirkulation befindet, verbunden ist. Um eine wirkungsvolle Kühlung zu erzielen, sind vorzugsweise in allen Statorzähnen Kühlrohre angeordnet. Nach der in Figur 6 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind vier Kühlrohre so angeordnet, daß sie axial durch den eigentlichen Zahn verlaufen, während ein weiteres Kühlrohr so
angeordnet ist, daß es axial durch den äußeren Jochteil 123
des dargestellten Sektors läuft. Alle Kühlrohre in der dargestellten
Figur sind auch radial ausgerichtet. Jedes Kühlrohr 124 ist elektrisch isoliert, und mit einer Isolierschicht
(nicht dargestellt) versehen, um einen Kontakt mit dem Metall
im Statorzahn 104 oder im äußeren Jochteil 123 zu verhindern.
Ein thermisch leitender Klebstoff kann alternativ zur Anheftung
verwendet werden.

Die Figur zeigt auch, wie eine Klemmvorrichtung als erste mögliche Ausführungsform zwischen die Kühlrohre, und als zweite

mögliche Ausführungsform zwischen die Wicklungen gesetzt werden kann. Figur 7 zeigt eine Klemmvorrichtung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, worin ein oder mehrere axiale Klemmvorrichtungen zwischen jedes Kühlrohr 124 nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (siehe auch Figur 6) in das magnetische Material in Form von entweder isolierten Metallbolzen oder Glasfaserbolzen, die per se isolierend sind, gesetzt werden. Die Klemmvorrichtung 126 ist an beiden Enden mit einem Endteil 127, vorzugsweise mit einem Gewinde, ausgestattet, auf den eine Mutter 128 aufgeschraubt werden kann. Das Endteil 127 erstreckt sich durch den Druckfinger 119. Das Endteil ist auch mit einer Federvorrichtung 129, in der Figur als Blattfeder dargestellt, ausgestattet, um durch Temperatur verursachte axiale Schwankungen im Stator 1 aufzunehmen. Eine (beliebige) Form von Federvorrichtung ist erforderlich, um die durch Hitzeübertragung verursachte Längsexpansion, die von der Vorspannung nicht bewältigt wird, aufzunehmen. Der Stator sollte dauerhaft axial vorgespannt sein.

Durch Festspannen des Endteils mit einer Mutter 128 (beispielsweise) in Richtung der Federvorrichtung 129 und des Druckfingers 119 wird eine axiale Kompressionskraft in der Klemmvorrichtung 126 bewirkt, die auf eine Gegenstütze oder eine ähnliche Spannvorrichtung auf der anderen Seite des Stator übertragen wird. Auch hier sind die Druckfinger und die Kühlrohre natürlich gegenüber dem Statorkern durch geeignet geformte Unterlegscheiben, usw. (nicht dargestellt), isoliert. Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Klemmvorrichtung 126 in dem wie eine Fahrradkette (siehe Figur 7) geformten Raum 107 (Schlitz) in dem Raum zwischen den Statorwindungen 106, d.h. außerhalb des magnetischen Materials, angeordnet.

Figur 8 zeigt eine Klemmvorrichtung 126 in einem Radialschnitt durch einen Statorzahn, zusammen mit den Kühlrohren 124, die axial hin- und herverlaufen. Zusammen mit der Klemmvorrichtung

bewirkt ein Klemmjoch 130, das mit axial arbeitenden Druckfingern 131 ausgestattet ist, eine Axialkraft, die den Stapel von Laminierungen zusammendrückt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränkt, sondern wird durch die beigefügten Ansprüche
definiert. Die Kühlrohre und die Klemmvorrichtungen müssen
nicht radial ausgerichtet sein, sondern es kann beispielsweise ihre Stellung in tangentialer Richtung variiert werden.

Claims

1. Rotierende elektrische Hochspannungsmaschine mit einem magnetischen Kern, der aus laminiertem Stahl und einer Wicklung, die in Schlitzen im Kern aus laminierten Stahl angeordnet ist, aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung ein Isoliersystem aufweist, das mindestens zwei halbleitende Schichten umfaßt, wobei jede Schicht im wesentlichen eine äquipotentiale Oberfläche bildet, und weiterhin eine dazwischen angeordnete feste Isolierung umfaßt, und daß eine Klemmvorrichtung sich axial von dem laminierten Stahl erstreckt und angeordnet ist, um ein Paket von Blechen zusammenzuhalten, und wodurch zumindest ein Ende des Kerns aus dem laminierten Stahl mit mindestens einer Klemmvorrichtung zum axialen Zusammenpressen eines Pakets von Blechen mit einer vorbestimmten Spannkraft verbunden ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung sich axial durch den magnetischen Kern erstreckt.

3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich axial erstreckende Klemmvorrichtung mit einem Innenraum für zirkulierendes Kühlmittel versehen ist.

4. Rotierende elektrische Maschine, enthaltend einen Stator (1), der mit einem Hochspannungskabel gewickelt und mit Statorzähnen (4), die sich radial nach innen von einem äußeren Jochteil (23) erstrecken, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Statorzahn (4) in einem Zahnsektor (18) mit mindestens einem axial verlaufenden Kühlkanal (24), der mit einem Kühlkreislauf (25), in dem ein Kühlmittel zur Zirkulation angeordnet ist, ausgestattet ist, und daß das axial verlaufende Kühlrohr (24) zumindest an einem Ende des Stators (1) mit einem Klemmittel (27, 28) zur axialen Kompression des Stators (1) versehen ist.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmittel (27, 28) mindestens eine Schraubverbindung aufweist, die mit dem Kühlrohr (24) angeordnet ist, um die Laminierungen axial zusammenzuklemmen.

6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite des Stators (1) das Kühlrohr (24) mit einer sicher befestigten Schulter (32), und auf der anderen Seite des Stators mit einem Klemmittel (27, 28) versehen ist, um die Statorlaminierungen axial zusammenzuklemmen.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmittel (27, 28) auch gegen einen Druckfinger (19) wirkt, um die Statorlaminierungen axial zu klemmen.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmittel (27, 28) elektrisch gegenüber dem Statorkern (3) isoliert ist.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (24) an den Statorkern (3) geklebt sind.

10. Rotierende elektrische Maschine, enthaltend einen Wickelstator (1), der aus Statorlaminierungen besteht und mit Statorzähnen (104) ausgestattet ist, die sich radial von einem äußeren Jochteil (123) nach innen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial verlaufende, elektrisch gegenüber den Statorlaminierungen isolierte Klemmvorrichtung zumindest an einem Ende des Stators (1) mit zumindest einer Klemmvorrichtung (126) zur axialen Kompression des Stators (1) auf eine vorbestimmte Vorspannung verbunden ist.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung aus einem Hochspannungskabel (11) besteht.

12. Maschine nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (126) axial durch das magnetische Material des Stators (1) verläuft.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (126) zwischen den Hochspannungskabeln (11) in dem zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (104) gebildeten Raum (107) verläuft.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Klemmvorrichtung (126) aus einem isolierenden Material, vorzugsweise einem Glasfasermaterial, besteht.

15. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (126) als metallische Rohr, das elektrisch gegenüber den Laminierungen des Stators (1) isoliert ist, vorgesehen ist.

16. Maschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (126) vorgesehen ist, um den Stator (1) mit zumindest einer Federvorrichtung (129) vorzuspannen.

17. Maschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (126) angeordnet ist, um den laminierten Stapel gegen die Wirkung einer Gummifeder vorzuspannen.

18. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klemmvorrichtungen (126) in mindestens einem Statorzahn (104) angeordnet sind, so daß jedes Kühlrohr (124) durch eine sich axial erstreckende Klemmvorrichtung (126) flankiert wird.

19. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Klemmvorrichtung (126) auch durch den Jochteil (123) verläuft.

20. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtungen (126) und die Kühlrohre (124) radial ausgerichtet angeordnet sind.

21. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Schichten im wesentlichen den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die feste Isolierung aufweist.

22. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus einem Kabel gebildet wird, das ein oder mehrere stromtragende Leiter aufweist, wobei jeder Leiter eine Reihe von Strängen, eine innere halbleitende Schicht, die um jeden Leiter bereitgestellt ist, eine Isolierschicht aus festem Isoliermaterial, die um die innere halbleitende Schicht herum angeordnet ist, und eine äußere halbleitende Schicht, die um die Isolierschicht herum bereitgestellt ist, aufweist.