DE3780368T2

DE3780368T2 - Belueftete endwindungen fuer laeuferwicklungen einer dynamo-elektrischen maschine.

Info

Publication number: DE3780368T2
Application number: DE8787108492T
Authority: DE
Inventors: Christopher Anthony Kaminski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2007-06-13
Also published as: CN87102593A; US4709177A; KR910008536B1; JPS6315644A; CN1008493B; EP0250980A1; KR880001086A; EP0250980B1; JPH0556102B2; DE3780368D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Rotorwicklungen einer dynamoelektrischen Maschine und im einzelnen auf Mittel zum Belüften der Wickelkopf-Leiter der Wicklungen.
Zum Zwecke der Einheitlichkeit und eines einfachen Verständnisses haben die folgenden Ausdrücke bei Verwendung bei dieser Beschreibung und den Ansprüchen die spezifizierte Bedeutung. Es ist festzustellen, daß die technische Literatur nicht notwendigerweise immer einig ist und auch nicht immer untereinander übereinstimmt. Ein Leiter ist das Element, das Elekßrizität leitet, in typischer Weise Kupfer enthält und die anderen Glieder des Stromleitungspfades bildet. Eine Windung ist eine elektrische Schleife um einen Pol eines Rotors. Eine Spule weist alle Windungen auf, die in einer vorbestimmten, sich axial erstreckenden Nut oder Spulennut im Umfang des Rotors angeordnet sind. Eine Wicklung umfaßt alle konzentrischen Spulen in dem Rotor.
Ein Rotor einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine enthält einen zentralen Rotorkörperabschnitt, der mehrere sich axial erstreckende Spulennuten bildet, in denen mehrere Spulen angeordnet sind. Die Nuten sind auf dem Umfang im Abstand um den Umfang des Rotorkörpers an jeder Seite eines Polabschnitts des Körpers angeordnet, so daß alle Spulen, die um denselben Polabschnitt angeordnet sind, in typischer Weise konzentrisch sind und eine Wicklung des Rotors bilden.
Um ein elektromagnetisches Feld für die dynamoelektrische Maschine zu erzeugen, leitet eine entsprechende Anzahl von die Wicklung bildenden Leitern Strom in Schleifen um jeden Pol des Rotors. Die Leiter erstrecken sich axial und sind radial in den Spulennuten gestapelt, um Windungen zu bilden, wobei zwischen jeder Windung Isolationsschichten angeordnet sind. Wenn in den Leitern Strom fließt, wird in Folge von T²R-Verlusten Wärme erzeugt. Rotorwicklungen mit ungleichförmigen Temperaturprofilen erfahren höhere Niveaus an thermischer Verformung und Vibration teils infolge von vergrößerter thermischer Expansion, und demzufolge ein kleineres Niveau an Zuverlässigkeit als Rotorwicklungen mit gleichförmigen Temperaturverteilungen.
Viele Kühlsysteme zum direkten Kühlen von Rotorwicklungen benutzen einen Kühlgasstrom durch einen Pfad in einem longitudinalen Kanal eines Leiters. Da jedoch ein Kühlgas, das in einem longitudinalen Kanal in einem Leiter strömt, eine Temperaturzunahme erfährt, wenn es über die Länge des Kanals Wärme aufnimmt, führen Rotorwicklungen mit langen Kühlgaskanälen zu großen Temperaturanstiegen in dem Kühlgas und zugeordnetem Leiter. Je länger der Kühlkanal ohne Vorsehen einer ergänzenden Kühlung ist, desto größer ist die Hitzeflecktemperatur, d.h. die maximale absolute Temperatur, und desto höher ist die mittlere Temperatur der Spule. Örtliche Hitzeflecken bzw. -punkte werden manchmal dadurch verringert, daß ein zweiter Kanal in jeder Windung in der Nähe des Hitzefleckens angeordnet wird. Die FR-A 7143319 beschreibt ein Kühlsystem in einer dynamoelektrischen Maschine, bei dem die Leiter einen Querschnitt einer doppelten T-Form haben, die zwei Kühlkanäle vorsieht. Bei einer Ausführungsform wird Kühlfluid durch Einlässe eingeführt, die nahe der Mittellinie des Rotors und nahe den Ecken der Wickelkopfabschnitte angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform wird Kühlfluid durch Einlässe eingeführt, die nahe der Ecken der Wickelkopfabschnitte angeordnet sind. Bei gewissen Rotorwicklungsgestaltungen sind jedoch die die Windungen bildenden Leiter zu schmal, um zwei Nuten in der selben Windung aufzunehmen.
Bei einem bekannten Kühlsystem tritt Kühlgas in einen einzigen Kühlkanal nahe der Polmittellinie ein und strömt durch die Windungsecke und axlal zu dem Rotorkörper. Die Strömung in einer radial äußeren und in einer angrenzenden radial inneren Windung vereinigen sich in einem einzigen Kanal, der in der radial äußeren der zwei Windungen angeordnet ist. Gas von der radial inneren Windung vereinigt sich mit dem Gasstrom in der radial äußeren Windung durch ein Loch in der Kupferspule und Windungsisolation, das unmittelbar außerhalb des axialen Endes des Rotorkörpers angeordnet ist. Eine Kühlgas- Frischzufuhr wird dann gerade innen von der Stelle in die radial innere Windung geleitet, an der die zwei äußeren Gasströme kombiniert werden.
Ein anderes System weist separate innere Durchgänge auf, die entsprechend in den axial liegenden Abschnitten der Spule und den Umfangsendabschnitten der Spule angeordnet sind. Der Gasstrom in dem Umfangsendabschnitt wird von dem Gas in den axial liegenden Leitern durch ein kompliziertes und teures Leitsystem getrennt gehalten. Kühlgas kann durch den Zentrierring oder die Polfläche der dynamoelektrischen Maschine abgelassen werden. Eine Leitanordnung ist auch für Wicklungskühlsysteme erforderlich, die einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß haben, welche relativ nahe beieinander angeordnet sind, um einen passenden Gasdruckunterschied aufrecht zu erhalten und das Kühlgas dazu zu veranlassen, durch innere Kanäle in den Leitern zu strömen.
Ein solches System ist in der US-A-4 543 503 beschrieben.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlung der Rotorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine zu schaffen, bei der die Rotorwicklung enge bzw. schmale Windungen enthält, die nicht zwei angrenzend angeordnete Gaskanäle aufnehmen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein im wesentlichen gleichförmiges Temperaturprofilin dem Wickelkopf einer Rotorwicklung aufrecht zu erhalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Notwendigkeit einer Leitanordnung zu eliminieren, wie sie in Belüftungssystemen erforderlich ist, bei denen Kühlgas durch den Zentrierring oder die Polfläche einer dynamoelektrischen Maschine abgelassen wird.
Erfindungsgemäß wird ein Rotor für eine dynamoelektrische Maschine geschaffen, der enthält:
einen Körperabschnitt, der axiale Spulennuten bildet, die in Umfangsrichtung im Abstand auf dem Umfang des Rotorkörpers auf jeder Seite von einem Polabschnitt des Rotorkörpers angeordnet sind, und
eine Rotorwicklung, die aus mehreren Windungen besteht, die zu schmal sind, um zwei benachbart angeordnete Gaskanäle in einer gleichen Windung aufzunehmen, wobei die Windungen enthalten:
eine erste Anzahl von axial verlaufenden, in der Nut liegenden Spulenabschnitten, die in den Spulennuten angeordnet sind,
eine erste Anzahl von Wickelköpfen, die sich über den Rotorkörper hinaus erstrecken, wobei die erste Anzahl von Wickelköpfen eine erste Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten, die durch Verlängerungen der ersten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten gebildet sind, und eine erste Anzahl von Wickelkopf-Umfangsabschnitten aufweist, die die erste Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten verbinden,
eine zweite Anzahl von axial verlaufenden, in der Nut liegenden Abschnitten, die in den Spulennuten angeordnet sind, wobei entsprechende Abschnitte der zweiten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten elektrisch gegenüber entsprechenden benachbarten Abschnitten der ersten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten isoliert sind,
eine zweite Anzahl von Wickelköpfen, die sich über den Rotorkörper erstrecken und abwechselnd mit der ersten Anzahl von Wickelköpfen angeordnet sind, wobei entsprechende Wickelköpfe der zweiten Anzahl elektrisch gegenüber entsprechenden benachbarten Wickelköpfen der ersten Anzahl isoliert sind, aber trotzdem in Wärmeströmungsverbindung mit diesen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl von Wickelköpfen eine zweite Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten, die durch Verlängerungen der zweiten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten gebildet sind, und eine zweite Anzahl von Wickelkopf- Umfangsabschnitten aufweist, die die zweite Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten auf entsprechende Weise verbinden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwicklung ferner enthält:
eine erste Anzahl von Oberflächen, die auf entsprechende Weise auf der ersten Anzahl von Wickelköpfen angeordnet sind, wobei die erste Anzahl von Oberflächen eine entsprechende erste Anzahl von leitblechlosen Kühlgas- Strömungskanälen bildet, die sich longitudinal entlang der ersten Anzahl von Wickelköpfen erstrecken, wobei die erste Anzahl von Kühlgaskanälen eine entsprechende erste Anzahl von Kühlgaseinlässen aufweist, die auf entsprechende Weise in der ersten Anzahl von Wickelkopf-Umfangsabschnitten angeordnet sind, wobei sich die erste Anzahl von Gaskanälen entlang entsprechenden ersten axialen Wickelkopfabschnitten und Wickelkopf-Umfangsabschnitten erstreckt,
eine zweite Anzahl von Oberflächen, die auf entsprechende Weise auf der zweiten Anzahl von Wickelköpfen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl von Oberflächen eine entsprechende zweite Anzahl von leitblechlosen Kühlgas-Strömungskanälen bildet, die sich longitudinal längs der zweiten Anzahl von Wickelköpfen erstrecken, wobei die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen eine entsprechende zweite Anzahl von Kühlgaseinlässen aufweist, die auf entsprechende Weise in der zweiten Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten angeordnet sind, wobei sich die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen entlang entsprechenden zweiten axialen Wickelkopfabschnitten erstreckt, wodurch die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen eine gleiche Ausdehnung mit nur einem Teil der ersten Anzahl von Kühlgaskanälen hat.
Die erste Anzahl von Kühlgaseinlässen kann körpernah zur Mittellinie des Polabschnitts des Rotors angeordnet sein, und die zweite Anzahl von Kühlgaseinlässen kann nahe einer Ecke an der Verbindung der zweiten Anzahl von Wickelkopf- Umfangsleitern und der Anzahl von axialen Wickelkopf- Leitern angeordnet sein. Somit ist die abgewickelte Länge von der ersten Anzahl von Kühlgaseinlässen zu dem axialen Ende des Rotorkörpers länger als die abgewickelte Länge von der zweiten Anzahl von Kühlgaseinlässen zu dem axialen Ende des Rotorkörpers. Auch eine zwischen den Wickelköpfen angeordnete Isolation kann eine Oberfläche der ersten und zweiten Anzahl von Gasströmungskanälen bilden.
Die als neu angenommenen Merkmale der Erfindung sind im einzelnen in den zugehörigen Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung selbst kann jedoch sowohl hinsichtlich der Ausgestaltung als auch der Betriebsweise zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung verstanden werden.
Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht eines Endbereichsquadranten einer Rotorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine getrennte Ansicht einer Windung aus Figur 1.
Fig. 3 ist eine isolierte Ansicht einer anderen Windung aus Figur 1.
In Figur 1 ist eine isometrische Ansicht eines Quadranten eines Wickelkopf-Bereichs einer dynamoelektrischen Maschine dargestellt. Die dynamoelektrische Maschine weist einen zentralen Körperabschnitt 10 auf, der axiale Spulennuten 18 bildet, die in Umfangsrichtung im Abstand auf dem Umfang des Rotorkörpers 10 auf jeder Seite eines Polabschnitts 12 des Rotors angeordnet sind. Es ist festzustellen, daß der Wickelkopf-Bereich symmetrisch um das Polflächenzentrum 15 ist, und deshalb ist zur Vermeidung einer überflüssigen Wiederholung nur soviel von dem Wickelkopf-Bereich dargestellt, wie es für jemanden mit normaler Kenntnis der Technik erforderlich ist.
Eine Rotorspule 11 weist eine Anzahl von abwechselnd gestapelten Leitern 20 und 30 auf, die eine Isolationsschicht 28 und 38 haben, welche über der radial äußeren Oberfläche hiervon entsprechend angeordnet ist. Da jede dargestellte Windung einen einzelnen Leiter enthält, können die Ausdrücke "Leiter" und "Windung" austauschbar benutzt werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch vorteilhaft min mehrfachen Leiterwindungen angewendet werden. Eine radial äußerste oder oberste Windung 40 ist radial außen von der Isolation 38 angeordnet, und eine Isolationsschicht 14 ist radial außen von der obersten Windung 40 angeordnet. Eine radial innerste oder untere Windung 42, die eine Isolationsschicht 44 hat, welche auf der radial äußeren Oberfläche hiervon angeordnet ist, ist radial innen von der radial innersten Windung 20 angeordnet. Die Windungen 20, 30, 40 und 42 können in ähnlicher Weise hergestellt sein, mit Ausnahme der hier zu beschreibenden Vorkehrungen für die Kühlung. In typischer Weise ist ein Nutkeil (nicht dargestellt) radial außen von der Isolation 14 zum Sichern der Spule 11 in der Nut 18 angeordnet. Es ist auch eine andere Spule 19 der Wicklung dargestellt, die analog der Spule 11 hergestellt sein kann.
Die Windung 20 enthält einen sich axial erstreckenden, in der Nut liegenden Abschnitt 25, der in der Spulennut 18 angeordnet ist, und einen Wickelkopf 29. Der Wickelkopf 29 enthält einen Wickelkopf-Axialabschnitt 23, der von einer Verlängerung des in der Nut liegenden Abschnitts 25 gebildet wird, und einen Wickelkopf-Umfangsabschnitt 21, der mit dem Wickelkopf-Axialabschnitt 23 verbunden ist. In ähnlicher Weise enthält die Windung 30 einen sich axial erstreckenden, in der Nut liegenden Abschnitt 35, der in der Spulennut 18 angeordnet is, und einen Wickelkopf 39. Der Wickelkopf 39 enthält einen Wickelkopf-Axialabschnitt 33, der von einer Verlängerung des in der Nut liegenden Abschnitts 35 gebildet wird, und einen Wickelkopf- Umfangsabschnitt 31, der mit dem Wickelkopf-Axialabschnitt 33 verbunden ist. Die Wickelköpfe 39 sind abwechselnd mit den Wicklungsköpfen 29 angeordnet, und angrenzende Wicklungsköpfe 29 und 39 sind in gegenseitiger Wärmeströmungsverbindung angeordnet. Die Windungen 20, 30, 40 und 42 sind von dem Rotorkörper 10 in geeigneter Weise elektrisch isoliert (nicht dargestellt), wie es in der Technik bekannt ist.
In Figur 2 ist eine isolierte Ansicht eines Leiters oder einer Windung 20 dargestellt. Der Leiter 20 enthält eine Oberfläche 26, um darin einen longitudinalen Gasströmungskanals 24 zu begrenzen. Der Kanal 24 ist nicht vollständig von dem Leiter 20 umgeben, aber es ist durch eine darüberliegende Isolation 28 verschlossen, um einen Kanal zum Leiten eines Gasstroms vom Einlaß 22 des Kanals 24 zum Auslaß 26 des Kanals 24 zu bilden. Der Auslaß 26 enthält ein radial gerichtetes Loch durch den Leiter 20 und die darüberliegende Isolation 28. Der Einlaß 22 des Kanals 24 ist in einer lateralen Seite der Windung 20 und nahe, jedoch unter Abstand, von der Polmittellinie 15 angeordnet, so daß die Polmittellinie 15 nicht den Einlaß 22 oder Kanal 24 schneidet.
In Figur 3 ist eine isolierte Ansicht des Leiters oder der Windung 30 dargestellt. Der Leiter 30 enthält eine Oberfläche 36, um darin einen longitudinalen Gasströmungskanals 34 zu begrenzen. Der Kanal 34 ist nicht vollständig von dem Leiter 30 umgeben, so daß eine überlagernde Isolation 38 in Verbindung mit dem Kanal 34 einen gasleitenden Kanal bildet. Der Kanal 34 ist im wesentlichen in dem Wickelkopf-Axialabschnitt 33 angeordnet und erstreckt sich innen von der Polfläche 12 zum Auslaß 36 des Kanals 34. Der Auslaß 36 enthält ein sich allgemein radial erstreckendes Loch durch den Leiter 30 und die überlagernde Isolation 38, so daß dann, wenn der Leiter 20 (Figur 2) und der Leiter 30 geeignet in der Spulennut 18 angeordnet sind (Figur 1), der Auslaß 26 (Figur 2) und der Auslaß 36 übereinstimmen, um einen sich allgemein radial erstreckenden Kamin 16 zu bilden. Der Kamin 16 leitet den Gasstrom, der in den Einlaß 32 des Kanals 34 und den Einlaß 22 des Kanals 24 (Figur 2) eintritt, um schließlich in den Spalt zwischen dem Stator (nicht dargestellt) und dem Rotor 10 der dynamoelektrischen Maschine auszutreten. Der Kühlgas-Einlaß 32 ist in einer lateralen Seite des Leiters 30 und mit axialem Abstand zwischen dem axialen Ende 13 (Figur 1) des Rotors 10 und der Ecke 37 des Leiters 30 angeordnet. Vorzugsweise ist der Kühlgas-Einlaß 32 so nahe wie möglich zur Ecke 37 des Leiters 30 angeordnet, ohne die mechanische und strukturelle Unversehrtheit der Ecke 37 zu beeinträchtigen.
Die Leiter 20 und 30 sind abwechselnd gestapelt, so daß an abwechselnden Windungen, beispielsweise denjenigen, die den Leiter 20 enthalten, kaltes Kühlgas in den Kanal 24 an seinem Einlaß 22 eintritt. Für die Windungen, die den Leiter 30 enthalten, tritt kaltes Kühlgas in den Kanal 34 am Einlaß 32 ein. Für feden Quadranten einer Spule münden alle Kanäle 24 und 34 in einen entsprechenden gemeinsamen Kamin 16, der innen von dem axialen Ende 13 des Rotorkörpers 10 angeordnet ist. Ein Pfeil 17 (Figur 1) zeigt die Gasströmungsrichtung am Kamin 16.
Es wird darauf hingewiesen, daß bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform die obere Windung 40 und die untere Windung 42 keinen Kühldurchgang oder -kanal enthalten. Ein Kühlkanal kann jedoch in einer oder beiden der oberen Windung 40 und unteren Windung 42 vorgesehen sein, wenn es erwünscht ist. Auch kann die Reihenfolge des Stapelns der Leiter 20 und 30 in dem Wickelkopf-Bereich gegenüber der in Figur 1 dargestellten geändert werden, wie beispielsweise derart, daß der Leiter 30 unmittelbar radial außen von dem unteren Leiters 42 angeordnet wird und dann die Leiter 20 und 30 abwechselnd gestapelt werden. Es ist aus Figur 1 auch ersichtlich, daß keine Leitanordnung erforderlich ist, um den Kühlgasstrom in dem Endbereich zu leiten und/oder den Kühlgasstrom in den Kanal 24 und 34 der dynamoelektrischen Maschine zu drängen.
In früheren Kühlsystemen, die einen Leiter entsprechend dem Leiter 20 der vorliegenden Erfindung haben, kann Kühlgas in einen zweiten Kanal eingeführt werden, der in dem axialen Wickelkopfabschnitt des entsprechenden Leiters angeordnet ist, so daß zwei Seite an Seite befindliche, sich in Längsrichtung erstreckende Gasstromkanäle vorhanden sind, die in dem axialen Wickelkopfabschnitt des entsprechenden Leiters angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf das Kühlen von Wickelköpfen gerichtet, bei denen die Leiter keine ausreichende Größe haben, um zwei Seite an Seite befindlichen Kühlgaskanäle in dem selben Leiter aufzunehmen, wobei die Kanäle eine passende Größe haben, um für den erforderlichen Kühlgasstrom durch den Leiter zu sorgen, während dennoch die strukturelle Integrität der Leiter beibehalten wird, die für einen richtigen Betrieb der dynamoelektrischen Maschine erforderlich ist.
Während des Betriebes tritt Kühlgas in den Kanal 24 des Leiters 20 am Kühlgas-Einlaß 22 ein. Wenn Kühlgas längs des Kanals 24 im Umfangsabschnitt 21 des Leiters 20 strömt, führt es Wärme von dem Leiter 20 ab und führt auch eine gewisse Wärme von angrenzenden Leitern 30 ab, die entsprechend radial innen und radial außen vom Leiter 20 angeordnet sind. Eine Wärmeabfuhr vom Umfangsabschnitt 31 der Leiter 30 durch Kühlgas, welches durch den Kanal 24 des Leiters 20 strömt, macht es erforderlich, daß Wärme vom Leiter 30 durch die Isolation 28 oder 38 fließt. Es wurde gefunden, daß ein passender wärmefluß erzielt wird, wenn die Isolation 28 und 38 jeweils entsprechend 0,25 bis 0,5 mm (0,010 bis 0,020 Zoll) dick und vorzugsweise etwa 0,38 mm (0,015 Zoll) dick ist. Die Isolation 28 und 38 kann in entsprechender Weise ein gewebtes Polyesterglasmaterial oder ein anderes herkömmliches elektrisches Isolationsmaterial enthalten, da festgestellt worden ist, daß die Wärmeübertragungseigenschaften solcher Materialien für die spezifizierte Dicke und Anwendung nicht bedeutend schwanken und eine passende Wärmeübertragung bilden, um ein erwünschtes Temperaturprofil des Umfangsabschnitts 31 der Leiter 30 aufrecht zu erhalten.
Obwohl Kühlgas, das in den Einlaß 22 eintritt, relativ kalt ist, steigt die Temperatur dieses Gases an, wenn es Wärme aufnimmt, während es längs des Kanals 24 strömt, so daß es viel von seiner Kühlwirksamkeit verlieren kann, wenn es an der Windungsecke 27 ankommt. Um diesen Verlust der Kühlwirksamkeit von Gas auszugleichen, das von der Ecke 27 axial nach innen zum Rotorkörper 10 strömt, wird eine Frischzufuhr von relativ kaltem Kühlgas in den Einlaß 32 des Kanals 34 der Leiter 30 geleitet. Kühlgas, das in dem Kanal 34 des Leiters 30 strömt, führt vom Leiter 30 abgegebene Wärme ab und entfernt auch über die Isolation 28 oder 38 einen Teil der Wärme, die in den Leitern 20 abgegeben wurde, welche unmittelbar radial innen und unmittelbar radial außen vom Leiter 30 angeordnet sind. Die Isolation 28 und 38, welche den Wickelkopf-Axialabschnitt 23 und 33 in entsprechende Weise überlagert, kann die gleiche wie die Isolation 28 und 38 sein, welche die Wickelkopf-Umfangsabschnitte 21 und 31 entsprechend überlagert, wie es zuvor beschrieben wurde.
Die Temperatur des Kühlgases, das in dem Abschnitt des Kanals 24 strömt, der im axialen Wickelkopfabschnitt 23 des Leiters 20 angeordnet ist, liegt typisch nahe bei der Temperatur des Materials, das den Leiter 20 bildet, so daß der Gasstrom durch diesen Abschnitt des Kanals 24 des Leiters 20 sehr wenig zusätzliche Wärme vom Leiter 20 und/oder den Leitern 30 abführt. Durch geeignetes Positionieren des Einlasses 32 längs des Leiters 30, was durch jemanden mit üblichem Können in der Technik unter Benutzung der Lehren der vorliegenden Erfindung ohne übermäßige Suche getan werden kann, kann ein weitgehend gleichförmiges Temperaturprofil über die Längsausdehnung der Endwindungen 29 und 39 erzielt werden. Mit einem "weitgehend gleichförmigen Temperaturprofil" ist eine Temperaturveränderung von weniger als etwa 10ºC und vorzugsweise weniger als etwa 5ºC längs eines jeden Leiters gemeint.
Somit wurde ein Kühlsystem zum Kühlen einer Rotorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine dargestellt und beschrieben, bei der die Windungen schmal sind, so daß sie nicht Seite an Seite befindliche Kanäle aufnehmen, und bei der ferner ein weitgehend gleichförmiges Temperaturprofil in den Wickelköpfen der Rotorwicklungen erzielt wird. Ferner wurde ein System zum Kühlen der Rotorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine dargestellt und beschrieben, das die Verwendung von Druck-Leitanordnungen vermeidet, wie sie in Belüftungssystemen erforderlich sind, die Gas durch den Zentrierring oder die Polfläche des Rotors ablassen oder die Gaseinlässe und Gasauslässe haben, welche relativ nahe beieinander angeordnet sind.

Claims

1. Rotor für eine dynamoelektrische Maschiene, wobei der Rotor enthält:

einen Körperabschnitt, der axiale Spulennuten (18) bildet, die in Umfangsrichtung im Abstand auf dem Umfang des Rotorkörpers (10) auf jeder Seite von einem Polabschnitt (12) des Rotorkörpers angeordnet sind, und eine Rotorwicklung, die aus mehreren Windungen besteht, die zu schmal sind, um zwei benachbart angeordnete Gaskanäle einer gleichen Windung aufzunehmen, wobei die Windungen enthalten:

eine erste Anzahl von axial verlaufenden, in der Nut liegenden Spulenabschnitten (25), die in den Spulennuten (18) angeordnet sind,

eine erste Anzahl von Wickelköpfen, die sich über den Rotorkörper hinaus erstrecken, wobei die erste Anzahl von Wickelköpfen (29) eine erste Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten (23), die durch Verlängerungen der ersten Anzahl von in aer Nut liegenden Abscnnitten (25) gebildet sind, und eine erste Anzahl von Wickelkopf- Umfangsabschnitten (21) aufweisen, die die erste Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten verbinden, eine zweite Anzahl von axial verlaufenden, in der Nut liegenden Abschnitten (35), die in cen Spulennuten (18) angeordnet sind, wobei entsprechende Abschnitte der zweiten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten elektrisch gegenüber entsprechenden benachbarten Abschnitten der ersten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten Isoliert sind,

eine zweite Anzahl von Wickelköpfen (34), die sich über den Rotorkörper hinaus erstrecken und abwecbselnd mit der ersten Anzahl von Wickelköpfen (29) angeordnet sind, wobei entsprechende Wickelköpfe der zweiten Anzahl elektrisch gegenüber entsprechenden benachbarten Wickelköpfen der ersten Anzahl isoliert sind, aber trotzdem in Wärmeströmungsverbindung mit diesen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl von Wickelköpfen eine zweite Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten (33), die durch Verlängerungen der zweiten Anzahl von in der Nut liegenden Abschnitten (35) gebildet sind, und eine zweite Anzahl von Wickelkopf-Umfangsabschnitten (31) aufweisen, die die zweite Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten auf entsprechende Weise verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwicklung ferner enthält:

eine erste Anzahl von Oberflächen (26), die auf entsprechende Weise auf der ersten Anzabl von Wickelköpfen angeordnet sind, wobei die erste Anzahl von Oberflächen (26) eine entsprechende erste Anzahl von leitblechlosen Kühlgas-Strömungskanälen (24) bilden, die sich longitudinal entlang der ersten Anzahl von Wickelköpfen erstrecken, wobei die erste Anzahl von Kühlgaskanälen (24) eine entsprechende erste Anzahl von Kühlgaseinlässen (22) aufweist, die auf entsprechende Weise in der ersten Anzahl von Wickelkopf-Umfangsabschnitten (2l) angeordnet sind, wobei sich die erste Anzahl von Gaskanälen (24) entlang entsprechenden ersten axialen Wickelkopfabschnitten und Wickelkopf-Umfangsabschnitten erstrecken, eine zweite Anzahl von Oberflächen (36), die auf entsprechende Weise auf der zweiten Anzahl von Wickelköpfen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl von Oberflächen (36) eine entsprechende zweite Anzahl von leitblechlosen Kühlgas-Strömungskanälen (34) bilden, wobei die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen (34) eine entsprechende zweite Anzahl von Kühlgaseinlässen (32) aufweisen, die auf entsprechende Weise in der zweiten Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten (33) angeordnet sind, wobei sich die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen (34) entlang entsprechenden zweiten axialen Wickelkopfabschnitten erstreckt, wodurch die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen (34) eine gleiche Ausdehnung mit nur einem Teil der ersten Anzahl von Kühlgaskanälen (24) hat.

2. Rotor nach Anspruch 1, wobei der Polabschnitt (12) eine Mittellinie (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anzahl von Kühlgaseinlässen (22) nahe der Mittellinie (15) des Polabschnittes (12) angeordnet sind.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Anzahl von Wickelkopf-Umfangsabschnitten (31) mit der zweiten Anzahl von axialen Wickelkopfabschnitten (33) an einer entsprechenden Anzahl von Ecken (37) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zeite Anzahl von Kühlgaseinlässen (32) nahe der Anzahl von Ecken (37) angeordnet sind.

4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anzahl von Kühlgaskanälen (24) eine erste Anzahl von Kühlgasauslässen (26) aufweist, die axial innenseitig von dem axialen Ende des Rotorkörpers (10) angeordnet sind.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anzahl von Kühlgaskanälen (34) eine zweite Anzahl von Kühlgasauslässen (36) aufweist, wobei die zweite Anzahl von Kühlgasauslässen (36) axial innenseitig von dem axialen Ende des Rotorkörpers (10) angeordnet sind.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Anzahlen von Kühlgasauslässen (26,36) in einer gegenseitigen Gasströmungsverbindung angeordnet sind.

7. Rotor nach Anspruch 1, wobei eine Isolierung (28) zwischen benachbarten ersten und zweiten Anzahlen von Wickelköpfen angeordnet ist und wobei die ersten und zweiten Anzahlen von Oberflächen (26,36) derart angeordnet sind, daß in Verbindung mit den ersten und zweiten Anzahlen von Gasströmungskanälen (24,34) die Isolierung (28) eine erste bzw. zweite Anzahl von Gasströmungskanälen bildet.

8. Rotor für eine dynamoelektrische Maschine, wobei der Rotor enthält:

einen Körperabschnitt, der axiale Spulennuten (18) bildet, die in Umfangsrichtung im Abstand auf dem Umfang des Rotorkörpers (10) auf jeder Seite von einem Polabschnitt (12) des Rotorkörpers angeordnet sind, und eine Rotorwicklung, die aus mehreren Windungen besteht, die zu schmal sind, um zwei benachbart angeordnete Gaskanäle in einer gleichen Windung aufzunehmen, wobei die Windungen enthalten:

eine Anzahl von axial verlaufenden, in Nuten liegenden Abschnitten (25,35), die in den Spulennuten angeordnet sind,

eine Anzahl von Wickelköpfen (29,39), die sich über den Rotorkörper (12) hinaus erstrecken und mit der Anzahl von in Nuten liegenden Abschnitten verbunden sind, wobei entsprechende Wickelköpfe elektrisch gegenüber benachbarten Wickelköpfen isoliert, aber trotzdem in Wärmeströmungsverbindung mit diesen angeordnet sind, gekennzeichnet durch:

eine erste leitblechlose Kühlgaseinrichtung (24), die zum Teil durch vorgewählte Wickelköpfe der Anzahl gebildet ist, wobei die erste Kühlgaseinrichtung einen ersten Kühlgaseinlaß (25) und einen ersten Kühlgasauslaß (26) aufweist, und

eine zweite leitblechlose Kühlgaseinrichtung (34) , die zum Teil durch vorgewählte andere Wickelköpfe der Anzahl gebildet ist, die abwechselnd mit den vorgewählten Wickelköpfen angeordnet sind, wobei die zweite Kühlgaseinrichtung einen zweiten Kühlgaseinlaß (32) und einen zweiten Kühlgasauslaß (32) aufweist,

wobei die abgewickelte Länge zwischen dem ersten Kühlgaseinlaß (22) und dem ersten Kühlgasauslaß (26) größer als die abgewickelte Länge zwischen dem zweiten Kühlgaseinlaß (32) und dem zweiten Kühlgasauslaß (36) ist, wobei die erste Kühlgaseinrichtung (24) und die zweite Kühlgaseinrichtung (34) die einzigen Kühlmitteleinrichtungen sind, die durch die vorgewählten einen und anderen Wickelköpfe der Anzahl gebildet sind, wobei die vorgewählten einen Wickelköpfe der Anzahl den Polabschnitt (12) überspannen und der erste Kühlgaseinlaß (22) nahe der Mitte des Polabschnittes angeordnet ist und wobei die vorgewählten anderen Wickelköpfe der Anzahl den Polabschnitt (12) überspannen und eine Ecke (37) zwischen der Mitte des Polabschnittes (12) und dem axialen Ende des Rotorkörpers (10) enthalten und wobei ferner der zweite Kühlgaseinlaß (20) nahe der Ecke (37) angeordnet ist.

9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Kühlgaseinlaß (26,36) in wechselseitiger Gasströmungsverbindung angeordnet sind.

10. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kühleinrichtung (24) eine Oberfläche aufweist zum Bilden eines Kanals, wobei der Kanal zum Teil durch eine Isolierung eingeschlossen ist, um eine Führung zu bilden.

11. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kühleinrichtung (34) eine Oberfläche aufweist zum Bilden eines Kanals, wobei der Kanal zum Teil durch eine Isolierung eingescblossen ist, um eine Führung zu bilden.

12. Rotor nach Anspruch 10, wobei der zweite Kühlgaseinlaß (32) zwischen der Mitte des Polabschnitts (12) und dem axialen Ende des Rotorkörpers (10) angeordnet ist.