DE1463852B2

DE1463852B2 - Indirect liquid-cooled, solid-conductor rotor winding of an electrical machine with salient pole rotor

Info

Publication number: DE1463852B2
Application number: DE19631463852
Authority: DE
Inventors: Stephane Saint-Cloud Seineet-0ise Kohn (Frankreich)
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1962-03-07
Filing date: 1963-02-19
Publication date: 1970-07-23
Also published as: DE1463852A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine indirekt flüssigkeitsgekühlte, aus Volleitern bestehende Läuferwicklung einer elektrischen Maschine mit Schenkelpolläufer, bei der jede Windung zumindest mit einem nicht an der Leitung des elektrischen Stromes betei- !igten, flüssigkeitsdurchströmten Kühlelement in wärmeleitender Berührung steht.The invention relates to an indirectly liquid-cooled, rotor winding consisting of full conductors of an electrical machine with salient pole rotor, in which each turn at least one does not participate in the conduction of the electrical current. ! ized, liquid-perfused cooling element is in thermally conductive contact.

Eine geeignete Lösung dieses Kühlproblems wird durch die gegenwärtige Entwicklung der modernen Maschinen, insbesondere der Wechselstromgeneratoren zu einer erheblich höheren Erregerleistung pro Pol und höheren Fliehkraftbeanspruchungen deswegen erschwert, weil diese zu robusten Polradausführungen führt, die ein gutes mechanisches Verhalten bei übernormalen Drehzahlen aufweisen und durch eine äußerst wirksame Abfuhr der in den Wicklungen entwickelten großen Wärmemengen erfordern.A suitable solution to this cooling problem is provided by the current development of the modern Machines, especially the alternators, produce a significantly higher excitation output per Pole and higher centrifugal forces are made more difficult because they are too robust pole wheel designs performs, which have a good mechanical behavior at abnormal speeds and through require extremely effective dissipation of the large amounts of heat developed in the windings.

Die bekannte, theoretisch ausgezeichnete Lösung, welche darin besteht, Hohlleiter zu benutzen, deren Axialkanäle von einem Kühlmittel durchströmt werden, bietet zahlreiche Schwierigkeiten. Die Herstellung ist schwierig und aufwendig, da die Hohlleiter schwer herzustellen sind, die Umläufkanäle sind sehr lang und erzeugen einen übermäßigen Druckabfall, und die mechanische Festigkeit der Hohlleiter läßt zu wünschen übrig. Es ist ferner bei Schenkelpolmaschinen bekanntgeworden, bei den normalen von Volleitern gebildeten Wicklungen in gutem Wärmekontakt mit diesen stehende Kühlelemente zu verwenden, die aus einzelnen von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen Kühlleitungen aufgebaut sind. Die bekannten Anordnungen dieser Art weisen jedoch zu große Druckabfälle auf, was die Anwendung von hohen Drücken mit der hierdurch bedingten Leckgefahr erfordert. Ferner sind die Temperaturen der Kühlflüssigkeit am Ausgang der Leitungen erheblich höher als am Eingang, so daß die Temperaturen der Wicklungen ganz ungleich verteilt sind, was unregelmäßige Wärmedehnungen und Wärmebeanspruchungen erzeugt, welche das elektrische und mechanische Verhalten von Wicklungen von Schenkelpolläufern gefährlich beeinflussen kann.The well-known, theoretically excellent solution, which consists in using waveguides, their Axial channels are traversed by a coolant, presents numerous difficulties. The production is difficult and expensive because the waveguides are difficult to manufacture, the circulation channels are very long and create an excessive pressure drop, and the mechanical strength of the waveguide leaves to be desired. It has also become known in salient pole machines, in the normal of To use solid-conductor windings in good thermal contact with these standing cooling elements, which are made up of individual cooling lines through which a cooling liquid flows. The known However, arrangements of this type have excessively large pressure drops, which makes the application of requires high pressures with the resulting risk of leakage. Furthermore, the temperatures are the Cooling liquid at the outlet of the lines is considerably higher than at the inlet, so that the temperatures of the Windings are distributed quite unevenly, causing irregular thermal expansion and thermal stresses generated, which the electrical and mechanical behavior of windings of salient pole rotors can affect dangerously.

Es ist bereits eine Kühl- und Schutzeinrichtung für elektrische Wicklungen bekannt, die insbesondere für elektrische Schmelzofenrührwerke vorgesehen sind. Hierbei ist eine feste, nicht rotierende Spule vorgesehen, die eingesetzte Metallteile aufweist, die wiederum einen inneren Kanal für den Durchgang einer Kühlflüssigkeit bilden. Diese eingesetzten Metallteile können auch von Strom durchflossen werden. In diesem Fall bilden diese eingesetzten Metallteile elektrische Hohlleiter, die an den Kühlflüssigkeitsanschluß unter Zwischenschaltung einer Isolation angeschlossen werden müssen. Bei einer weiteren bekannten elektrischen Kühleinrichtung für elektrische Wicklungen, und zwar insbesondere für solche elektrischen Wicklungen, die für Heizzwecke verwendet werden, entsteht eine Kühlwirkung dadurch, daß bestimmte Heizwicklungen durch Hohlleiter ersetzt werden, welche innere Kühlkanäle bilden, deren Enden an eine Kühlflüssigkeitsquelle angeschlossen sind. Diese Kühlleitungen sind jedoch an der Leitung des elektrischen Stromes beteiligt. Derartige Kühlungen sind aber für eine Kühlung von Läuferwicklungen einer elektrischen Maschine mit Schenkelpolläufer vollkommen ungeeignet.There is already a cooling and protection device for electrical windings known, in particular for electric furnace agitators are provided. A fixed, non-rotating coil is provided here, which has inserted metal parts, which in turn have an inner channel for the passage of a Form coolant. These metal parts can also have electricity flowing through them. In this In the event that these metal parts are used, they form electrical waveguides which are connected to the coolant connection must be connected with the interposition of insulation. Another well-known one electrical cooling device for electrical windings, in particular for electrical windings Windings that are used for heating purposes, a cooling effect is created by certain Heating windings are replaced by waveguides, which form internal cooling channels, their Ends are connected to a coolant source. However, these cooling lines are on the line of the electric current involved. Such cooling is, however, for cooling rotor windings completely unsuitable for an electrical machine with a salient pole rotor.

Bei einem bekannten Induktor für elektrische Maschinen sind die Spulen durch einen Zahn voneinander getrennt, und an diesem Zahn stützen sich die Spulen über eine mehr oder weniger elastische Auflage ab. Diese Einlagen können Metallrohre sein, die von einem Kühlmittel durchflossen werden. In nachteiliger Weise müssen hier die Kühlmittel sowohl thermische als auch hohe mechanische Belastungen aufnehmen, und die Kontaktanlage mit den Spulen erfolgt lediglich über eine geringe Fläche, so daß die Kühlleitung gering ist.In a known inductor for electrical machines, the coils are separated from one another by a tooth separated, and on this tooth the coils are supported by a more or less elastic support away. These deposits can be metal pipes through which a coolant flows. In disadvantageous In this case, the coolant must be subjected to both thermal and high mechanical loads record, and the contact system with the coils takes place only over a small area, so that the Cooling line is low.

Bei einem bekannten Elektromotor für in die zu pumpende Flüssigkeit eintauchende Pumpen ist der feststehende Stator am äußeren Umfang mit einem ringförmigen Kühlmantel versehen, der eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Kühlschleifen bildet, von denen benachbarte Zweige stets im Gegenstromprinzip durchflossen sind. Diese Anordnung steht nicht mit der Wicklung in unmittelbar wärmeleitender Berührung und kann auch nicht die Kühlwirkung an der Statoroberfläche vergleichmäßigen, da am gesamten Umfang jeweils nur eine Kühlflüssigkeitszu- und -ableitung vorgesehen ist. Eine derartige Kühlanordnung kann auch nicht zur gleichmäßigen Kühlung eines rotierenden und großen Zentrifugalkräften unterworfenen Bauteiles ohne weiteres verwendet werden.In a known electric motor for pumps immersed in the liquid to be pumped, the Fixed stator provided on the outer circumference with an annular cooling jacket, which has a plurality of cooling loops connected in series, of which neighboring branches are always based on the countercurrent principle are flowed through. This arrangement is not directly thermally conductive with the winding Contact and cannot even out the cooling effect on the stator surface, as it does on the whole Scope only one cooling liquid supply and drainage is provided. Such a cooling arrangement can also not evenly cool a rotating and large centrifugal forces subject component can be used without further ado.

Es ist ferner eine dynamoelektrische Maschine mit einem Stator bekannt, die flüssigkeitsdurchströmte Hohlleiter umfaßt. Die Hohlleiter sind an Punkten gleichen Potentials derart miteinander verbunden, daß ein geschlossener Kreislauf für die Kühlflüssigkeit gebildet wird. Auch mit einer derartigen Kühlung können Maschinen der oben beschriebenen Art nicht gekühlt werden.A dynamoelectric machine with a stator through which liquid flows is also known Waveguide includes. The waveguides are connected to each other at points of the same potential in such a way that that a closed circuit is formed for the cooling liquid. Even with such a cooling machines of the type described above cannot be cooled.

Es ist auch bereits bekannt, Schenkelpolmaschinen mit Luft zu kühlen. Zu diesem Zweck sind innerhalb der Leiterstapel oder zwischen diesen und dem Polschaft senkrechte Kanäle vorhanden, die sich über die gesamte Höhe der übereinanderliegenden Leiterstapel erstrecken. Eine Luftkühlung ist jedoch nicht immer ausreichend, und die bei Flüssigkeitskühlungen auftretenden Probleme können nicht durch die bei Belüftungen gefundenen technischen Lösungen gelöst werden.It is also known to use air to cool salient pole machines. For this purpose are within the conductor stack or vertical channels between these and the pole shaft, which extend over extend the entire height of the stacked conductors. However, air cooling is not always sufficient, and the problems associated with liquid cooling cannot be eliminated by the technical solutions found in ventilation are solved.

Der Erfindung liegt .die Aufgabe zugrunde, eine neue technisch und wirtschaftlich günstige Lösung für die Konstruktion großer Synchronmaschinen mit Schenkelpolläufern zu schaffen, insbesondere der Wechselstromerzeuger von hydroelektrischen Aggregaten mit großer Leistung je Pol.The invention is based on the object of a new technically and economically favorable solution for the construction of large synchronous machines with salient pole rotors, especially the Alternating current generator of hydroelectric units with high power per pole.

Derartige Maschinen werden immer häufiger zur wirtschaftlichen Ausnutzung mittlerer und hoher Wassergefälle erforderlich. Infolge der beim Durchgehen auftretenden hohen Drehzahl, welche zu hohen Fliehkraftbeanspruchungen an den Polen führt, muß der Rotordurchmesser begrenzt werden, so daß für eine bestimmte Leistung die Wirksamkeit der Kühlung der Rotorspulen erhöht werden muß.Such machines are becoming more and more common for economic exploitation of medium and high levels Water gradient required. As a result of the high speed that occurs when going through, which is too high Centrifugal forces on the poles leads, the rotor diameter must be limited so that for a certain power the effectiveness of the cooling of the rotor coils must be increased.

Der allgemeine Gedanke, diese Spulen durch einen Flüssigkeitsumlauf zu kühlen, ist bereits alt und hat schon zu einer gewissen Zahl von konstruktiven Maßnahmen geführt.The general idea of cooling these coils by circulating fluid is old and has has already led to a certain number of constructive measures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer indirekt flüssigkeitsgekühlten, aus Hohlleitern bestehenden Läuferwicklung einer elektrischen Maschine mit Schenkelpolläufern der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kühlelemente aus offenen, jeweils zumindest aus zwei Zweigen aufgebauten Kühlschleifen aus einem elastischen MaterialAccording to the invention, this object is achieved with an indirectly liquid-cooled, consisting of waveguides Rotor winding of an electrical machine with salient pole rotors of the type mentioned at the beginning Art solved in that the cooling elements of open, each built up from at least two branches Cooling loops made from an elastic material

bestehen, die in einer solchen Reihenfolge angeordnet sind, daß jeweils benachbarte Zweige im Gegenstromprinzip durchflossen sind, und daß die Zweige der Kühlschleifen jeweils an gemeinsame Sammelleitungen (E, S; El, Sl) angeschlossen sind.exist, which are arranged in such an order that the flow through adjacent branches is based on the countercurrent principle, and that the branches of the cooling loops are each connected to common collecting lines (E, S; El, Sl).

In vorteilhafter Weise erfolgt die Kühlung durch diese Maßnahmen so, daß die Temperatur der Wicklung praktisch gleichmäßig ist und die Volleiter mit verhältnismäßig kurzen Kühlleitungen an gemeinsame Sammelleitungen angeschlossen sind, so daß geringe Druckabfälle auftreten, und die ohmsche Wärme der Leiter sehr wirkungsvoll abgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zumindest zum Teil von vorgefertigten Kühlelementen Gebrauch gemacht werden kann, die an die Volleiter anbaubar sind. Da die Kühlelemente aus einem elastischen Material gefertigt sind, werden von den Zentrifugalkräften verursachte Druckschwankungen zwischen Stillstand und Betriebsdrehzähl leicht von diesen ohne Deformationen aufgenommen, wobei auch stets eine wärmeleitende Berührung zwischen den einzelnen Zweigen der Kühlschleifen und der Wicklung gewahrt bleibt.Advantageously, these measures are used for cooling in such a way that the temperature of the winding is practically uniform and the full conductor with relatively short cooling lines to common Manifolds are connected, so that small pressure drops occur, and the ohmic Heat from the conductor can be dissipated very effectively. Another advantage is that at least In some cases, use can be made of prefabricated cooling elements that are attached to the solid conductors are cultivable. Since the cooling elements are made of an elastic material, centrifugal forces caused pressure fluctuations between standstill and operating speed count slightly from these added without deformations, always a heat conductive contact between the individual branches of the cooling loops and the winding is preserved.

Erfahrungen haben gezeigt, daß beispielsweise bei großen flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschinen das Problem der Kühlung der sich drehenden Pole durch einen Umlauf von Kühlflüssigkeit nicht in der Weise gelöst werden kann, wie es bei feststehenden Statorwicklungen möglich ist. Die insbesondere hierbei auftretenden Schwierigkeiten des Beherrschens des Einflusses der Zentrifugalkräfte werden erst durch die Erfindung behoben. Die bekannten Lösungen von Kühlproblemen von elektrischen Maschinen sind für die Lösung dieses speziellen Problems nicht geeignet. Durch die Erfindung ist es möglich, die Maschinenleistung zu erhöhen, ohne daß die Temperaturen übermäßig ansteigen, ferner ist die erfindungsgemäße Lösung außerordentlich einfach und führt zu geringem herstellungsseitigem Aufwand. Die Kühlung ist außerordentlich robust; schließlich sind keine Isolierungen zwischen den Kühlschlangen und den Sammelleitungen erforderlich, wodurch eine Wartung und ein Austausch des Kühlsystems erleichtert wird.Experience has shown that, for example, in large liquid-cooled electrical machines the problem of cooling the rotating poles by a circulation of cooling liquid does not exist in the Way can be solved, as it is possible with fixed stator windings. The particular here The difficulties that arise in mastering the influence of centrifugal forces are only becoming apparent fixed by the invention. The known solutions to cooling problems in electrical machines are not suitable for solving this particular problem. The invention makes it possible to To increase machine performance without the temperatures rising excessively, further is that of the invention The solution is extremely simple and results in little effort on the part of the manufacturing process. the Cooling is extremely robust; after all, there is no insulation between the cooling coils and the manifolds, which makes maintenance and replacement of the cooling system easier will.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Zweig der Kühlschleife in eine in der entsprechenden Windung vorgesehene seitliche Nut derart mit einem Isolierungsmittel eingesetzt, daß dieser Zweig zwischen den benachbarten, im Gegenstrom durchflossenen Zweigen elastisch zusammenpreßbar ist.According to a further embodiment of the invention, each branch of the cooling loop is in one in the corresponding one Winding provided lateral groove so used with an insulating means that this branch is elastically compressible between the adjacent branches flowed through in countercurrent.

Ferner können die benachbarten Schleifenzweige mit gegenseitigem elastischem Wärmekontakt zwischen dem magnetischen Kern und dem Spulenkasten der Wicklung angebracht sein.Furthermore, the adjacent loop branches with mutual elastic thermal contact between be attached to the magnetic core and the coil box of the winding.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn eine Hälfte der Windungen derart in senkrechter Richtung zur Polachse abwechselnd versetzt ist, daß Hohlräume entstehen, in welchen die isolierten Zweige liegen, die mit je drei Windungen thermischen und elastischen Kontakt haben.A further advantageous embodiment is obtained when half of the turns are perpendicular in this way Direction to the polar axis is alternately offset that cavities arise in which the isolated There are branches that have thermal and elastic contact with three turns each.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung, in denen Ausführungbeispiele dargestellt sind, erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to the figures of the drawing, in which exemplary embodiments are shown, explained. Show it

F i g. 1 und 2 eine Anordnung mit Windungen mit Längsnuten,F i g. 1 and 2 an arrangement with turns with longitudinal grooves,

F i g. 3 und 4 eine Ausführungsform der Windungen mit rechteckförmigen Leitern, gegen welche die Schleifen der Kühlzweige seitlich gelegt sind,F i g. 3 and 4 an embodiment of the turns with rectangular conductors against which the Loops of the cooling branches are placed on the side,

F i g. 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Kühlschleifen undF i g. 5 is a schematic view of another embodiment of the cooling loops and FIG

F i g. 6 und 7 Windungen mit Mehrfachschleifen in Form von elastischen Kästen.
F i g. 1 ist eine geschnittene Teilansicht eines Magnetkerns 5, mit einem Spulenkasten 6, in welchem die Windungen 1, 2, 3 eines oder mehrerer Leiter mit Rechteckquerschnitt untergebracht sind, welche z. B. durch Bearbeitung oder Ziehen hergestellt und mitF i g. 6 and 7 turns with multiple loops in the form of elastic boxes.
F i g. 1 is a sectional partial view of a magnetic core 5, with a coil box 6, in which the windings 1, 2, 3 of one or more conductors with a rectangular cross-section are accommodated, which z. B. produced by machining or drawing and with

ίο Längsnuten 4 versehen sind. In jeder Nut ist ein Zweig TA, IB usw. der Kühlschleife aus einem geeigneten elastischen Metall mit hoher mechanischer Festigkeit angeordnet, welcher einen kreisförmigen, rechteckigen, ovalen oder anderen Querschnitt haben kann. Die für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, vorgesehenen Kühlelemente sind im voraus so hergestellt und gekröpft, daß sie Kühlschleifen mit zwei Zweigen bilden, welche in der Längsrichtung zwischen die Windungen 1, 2, 3 usw. eingelegt werden.ίο Longitudinal grooves 4 are provided. A branch TA, IB , etc. of the cooling loop made of a suitable elastic metal with high mechanical strength, which can have a circular, rectangular, oval or other cross-section, is arranged in each groove. The for the circulation of a cooling liquid, z. B. water, provided cooling elements are made and cranked in advance so that they form cooling loops with two branches, which are inserted in the longitudinal direction between the turns 1, 2, 3, etc.

Gemäß F i g. 2 werden die Enden dieser Kühlschleifen parallel durch Eingangssammelleitungen E_x bzw. E₂ gespeist. Die Flüssigkeit kehrt zu den Ausgangssammelleitungen S₁ und S₉ zurück. Wie die Pfeile zeigen, sind die Richtungen der in benachbarten Schenkeln strömenden Flüssigkeit stets einander entgegengesetzt. Diese Anordnung der geraden Kühlschleifen ist zweckmäßig, wenn die axiale Länge L₁ der Kerne 5 groß ist, wie dies häufig in modernen Hochleistungsmaschinen der Fall ist.According to FIG. 2, the ends of these cooling loops are fed in parallel by input manifolds E _x and E _2. The liquid returns to the exit manifolds S ₁ and S ₉ . As the arrows show, the directions of the liquid flowing in adjacent legs are always opposite to one another. This arrangement of the straight cooling loops is useful when the axial length L _{1 of} the cores 5 is large, as is often the case in modern high-performance machines.

Die Außenflächen der Zweige TA, IB usw., welche nicht von elektrischen Strömen durchflossen werden, sind mit einer dünnen elastischen Isolierschicht überzogen, welche z. B. durch Umwickeln, Lackieren, Emaillieren oder auf beliebige andere Weise hergestellt wird, so daß eine genügende Isolation und eine gute Wärmeleitfähigkeit entsteht. Zur Verbesserung ihrer Wärmekontakte mit den Oberflächen der Nuten 4 können diese Leitungen bei ihrer Anbringung in einen Isolierstoff in ein vorzugsweise erhärtetes Harz eingebettet werden, wodurch die Lufttaschen beseitigt werden, welche als Wärmeschranken wirken könnten. Ferner sind die Rohrleitungen zwischen den benachbarten Windungen der Wicklung elastisch zusammenpreßbar. Diese Druckkraft trägt zur Verbesserung der Wärmekontakte sowie des mechanischen Verhaltens der Anordnung gegen Fliehkräfte und den Flüssigkeitsdruck dadurch bei, daß die Wärmekontakte senkrecht zu diesen Kraftwirkungen liegen.The outer surfaces of the branches TA, IB , etc., which are not traversed by electrical currents, are covered with a thin elastic insulating layer, which z. B. is produced by wrapping, painting, enamelling or in any other way, so that there is sufficient insulation and good thermal conductivity. To improve their thermal contacts with the surfaces of the grooves 4, these lines can be embedded in an insulating material in a preferably hardened resin when they are attached, thereby eliminating the air pockets which could act as thermal barriers. Furthermore, the pipelines can be elastically compressed between the adjacent turns of the winding. This compressive force contributes to improving the thermal contacts and the mechanical behavior of the arrangement against centrifugal forces and the liquid pressure in that the thermal contacts are perpendicular to these force effects.

Bei dieser Anordnung erhält man nicht nur einen sehr guten Wärmekontakt der Kühlschleifen mit den Windungen der Wicklung, sondern jeder Wicklungszweig, z. B. IB, liegt zwischen zwei benachbarten With this arrangement, you not only get a very good thermal contact between the cooling loops and the turns of the winding, but also every branch of the winding, e.g. B. IB, lies between two neighboring ones

Zweigen 7A und IC, welche von der Flüssigkeit gegensinnig durchströmt werden. Die Kühlschleife IB steht mit diesen in einem so starken Wärmeaustausch, daß die gleiche Temperatur über die ganze Länge der miteinander zusammenwirkenden Kühlschleifen erreicht wird, so daß die Gesamtheit der gekühlten Wicklung auf der gleichen Temperatur gehalten wird.Branches 7 A and IC, through which the liquid flows in opposite directions. The cooling loop IB is in such a strong heat exchange with these that the same temperature is reached over the entire length of the cooling loops that cooperate with one another, so that the entirety of the cooled winding is kept at the same temperature.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 sind die Zweige 9 A und 9 B einer ersten Schleife, die Schenkel 9 C und 9 D einer zweiten Schleife usw. zwischen dem Kern 5 und dem Spulenkasten 16 der Wicklung elastisch angeordnet, welche durch Leiter mit einfachem Rechteckquerschnitt gebildet wird. Diese Zweige,In the arrangement according to FIG. 3, the branches 9 A and 9 B of a first loop, the legs 9 C and 9 D of a second loop, etc. are elastically arranged between the core 5 and the coil box 16 of the winding which is formed by conductors with a simple rectangular cross-section. These branches

welche nicht isoliert zu werden brauchen, stehen in Wärmekontakt mit den Windungen 12, 13 usw. und vorzugsweise untereinander in unmittelbarer Berührung. which do not need to be insulated are in thermal contact with the windings 12, 13, etc. and preferably in direct contact with each other.

Bei einer Ausführungsabwandlung gemäß F i g. 4 stehen jeder der isolierten Zweige 10,4, 10B, IOC usw. von verschiedenen Kühlschleifen mit den rechteckförmigen Leitern dreier Windungen in unmittelbarer wärmeleitender Berührung. Die Leiter 13,4, 15,4 usw. sind zur Unterbringung dieser Zweige in der dargestellten Weise in Richtung senkrecht zur Polachse gegeneinander versetzt. In F i g. 3 und 4 sind die Zweige vorzugsweise in einer Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebettet, um die Hohlräume auszufüllen und die Wärmeübertragung zwischen den Windungen und den Zweigen der Kühlschleife sowie zwischen ihren benachbarten Zweigen zu verbessern. Die Querschnitte der Leitungen 9 und 10 gemäß F i g. 3 und 4 können auch rechteckig sein.In an embodiment modification according to FIG. 4, each of the isolated branches 10, 4, 10 B, IOC, etc. of different cooling loops are in direct thermal contact with the rectangular conductors of three turns. The conductors 13.4, 15.4 etc. are offset from one another in the manner shown in the direction perpendicular to the polar axis in order to accommodate these branches. In Fig. 3 and 4, the branches are preferably embedded in a mass with good thermal conductivity in order to fill the voids and improve the heat transfer between the turns and the branches of the cooling loop as well as between its adjacent branches. The cross sections of the lines 9 and 10 according to FIG. 3 and 4 can also be rectangular.

Wenn die axiale Länge L₂ des in F i g. 5 dargestellten Kerns kleiner als die Länge L₁ gemäß F i g. 2 ist, können die Kühlschleifen gemäß F i g. 5 ausgebildet werden, in welcher die verschiedenen Zweige einer jeden Kühlschleife, z. B. 9 A und 9B, mit einem Paar von gemeinsamen Eingangs- und Ausgangssammelleitungen E und S verbunden sind, welche in der Nähe der Basis des Kerns 5 angeordnet sein können. Diese Leitungen bilden eine Kühlschleife mit zwei Zweigen, welche z. B. die Form einer zur Fliehkraft senkrechten Haarnadel hat, deren Ende sich in sich selbst schließt, wie durch den gebogenen Pfeil / dargestellt ist. Diese Kühlschleife wird schraubenförmig auf den Kern aufgewickelt, derart, daß sie entweder in den Nuten 4 der F i g. 1 liegt oder an die Windungen der Wicklung gemäß F i g. 3 oder 4 seitlich angebaut ist. Eine andere Kühlschleife, welche z. B. von den Zweigen 9C und 9D gebildet und parallel an die gleichen Sammelleitungen E und S angeschlossen wird, kann eine zweite Schraube bilden, welche der ersten entspricht und zwischen den Windungen derselben liegt.If the axial length L _{2 of} the in F i g. 5, the core shown is smaller than the length L ₁ according to FIG. 2, the cooling loops according to FIG. 5 can be formed in which the various branches of each cooling loop, e.g. B. 9 A and 9B are connected to a pair of common input and output buses E and S, which may be arranged in the vicinity of the base of the core. 5 These lines form a cooling loop with two branches which, for. B. has the shape of a hairpin perpendicular to the centrifugal force, the end of which closes itself, as shown by the curved arrow /. This cooling loop is helically wound onto the core in such a way that it is either in the grooves 4 of FIG. 1 or the turns of the winding according to FIG. 3 or 4 is attached to the side. Another cooling loop, which z. B. formed by the branches 9C and 9D and connected in parallel to the same collecting lines E and S , can form a second screw which corresponds to the first and is located between the turns of the same.

Auch bei dieser Anordnung liegen alle benachbarten Zweige der Kühlschleifen in einer solchen Reihenfolge, daß sie stets von der Flüssigkeit gegensinnig durchströmt werden. Dies ermöglicht, wie bei F i g. 2 über die ganze Wicklung eine praktisch gleichmäßige Temperatur zu erhalten, welche durch die gleiche zweckmäßig erweiterte Anwendung des bekannten Gegenstromprinzips erzielt wird.With this arrangement, too, all adjacent branches of the cooling loops are in such an order that they are always traversed by the liquid in opposite directions. As in FIG. 2 to get a practically uniform temperature over the whole winding, which by the same expediently expanded application of the known countercurrent principle is achieved.

Anstatt auf den Pol aufgewickelt zu werden, wie in F i g. 5 dargestellt, können die Kühlschleifen der F i g. 3 und 4 auch zickzackförmig in einer oder mehreren zu den Seiten des Kerns 5 parallelen seitlichen Ebenen elastisch angeordnet werden.Instead of being wound onto the pole as shown in FIG. 5, the cooling loops of the F i g. 3 and 4 also zigzag in one or more lateral sides parallel to the sides of the core 5 Layers can be arranged elastically.

Die Anordnung gemäß F i g. 6 und 7 bezweckt die Verbesserung der Wirksamkeit der Kühlung und des Wärmeaustauschs zwischen den Zweigen mit Hilfe von Kühlelementen in Form von flachen Metallkästen 19. Der Kern 5 trägt ein isolierendes Gerippe 6, in welchem die Windungen 12, 13, 14 usw. von allen Leitern mit Rechteckquerschnitt untergebracht sind. Die Metallkästen sind zwischen diesem Gerippe und den Windungen 12 bis 16 angeordnet und haben die Form von flachen Parallelepipeden, welche von den Leitern durch dünne Isolierblätter 18 getrennt sind. Die Flüssigkeit strömt in diesen Metallkästen und wird durch Trennwände 19 A geführt, die Zweige 20,4 bis 2OD bilden, die in der Pfeilrichtung in dem einen Sinn und hierauf in dem anderen Sinn durchströmt werden, so daß alle Windungen der Wicklung wie bei den vorhergehenden Beispielen mit der gleichen Wirksamkeit gekühlt werden und prak-The arrangement according to FIG. The purpose of 6 and 7 is to improve the efficiency of cooling and heat exchange between the branches by means of cooling elements in the form of flat metal boxes 19. The core 5 carries an insulating framework 6 in which the turns 12, 13, 14 etc. of all conductors are housed with a rectangular cross-section. The metal boxes are arranged between this framework and the windings 12 to 16 and are in the form of flat parallelepipeds which are separated from the conductors by thin insulating sheets 18. The liquid flows in these metal boxes and is guided by the partition walls 19 A, the branches 20.4 make up 2oD, in the one sense and then flows in the other sense in the direction of the arrow, so that all the turns of the winding as in the preceding Examples can be cooled with the same effectiveness and practically

tisch die gleiche Temperatur erreichen. Die verschiedenen Metallkästen 19 sind vorzugsweise parallel oder reihenparallel durch ihre Eingänge M und ihre Ausgänge N verbunden. Ihre Flanken sind so bemessen und mit den Trennwänden 19 A verbunden, daßtable reach the same temperature. The various metal boxes 19 are preferably connected in parallel or in rows through their inputs M and their outputs N. Your flanks are so dimensioned and connected to the partitions 19 A that

ίο sie eine elastische Nachgiebigkeit besitzen, welche einen guten Wärmekontakt mit den Leitern über die Isolierblätter 18 begünstigt, wobei dieser Wärmekontakt auch durch den Flüssigkeitsdruck verbessert wird.ίο they have an elastic resilience, which A good thermal contact with the conductors via the insulating sheets 18 is favored, this thermal contact is also improved by the fluid pressure.

Gemäß der Ausführungsabwandlung der F i g. 6 können die Metallkästen 19, anstatt zwischen einer Reihe oder einem Stapel von übereinanderliegenden Leitern der Windungen 12, 13 usw. und dem Kern 5 angeordnet zu sein, zwischen zwei parallelen Stapeln von halb so breiten Leitern, bzw. in schmale senkrechte Kanäle gelegt werden, welche durch die Leiterstapel hindurchgehen.According to the variant embodiment of FIG. 6, the metal boxes 19, instead of between a Row or stack of superposed conductors of turns 12, 13 etc. and core 5 to be arranged between two parallel stacks of half-width ladders, or in narrow vertical ones Channels are laid, which go through the conductor stack.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen können Maßnahmen getroffen werden, die Bremsung des Flüssigkeitsumlaufs durch die Fliehkräfte zu verringern. Hierfür können z. B. am Eingang und am Ausgang der Kühlschleifen gemäß der Technik der Fliehkraftpumpen ausgebildete geeignete Führungsteile vorgesehen werden, um diese Bremsung aufzuheben.In all of the described embodiments, measures can be taken to brake the To reduce fluid circulation by the centrifugal forces. For this, z. B. at the entrance and at the exit the cooling loops according to the technology of centrifugal pumps trained suitable guide parts are provided to cancel this braking.

Claims

Patent claims:

1. Indirectly liquid-cooled, solid-conductor rotor winding of an electrical machine with salient pole rotor, in which each turn is in thermally conductive contact with at least one cooling element through which the liquid flows, which is not involved in the conduction of the electric current, characterized in that the cooling elements consist of open, each at least from two branches (IA, TB ... ; 9 A, 9B ...; 1OA, 1OB ...; 20.4 to 20D) composed of cooling loops made of an elastic material, which are arranged in such an order that each adjacent Branches are flowed through in the countercurrent principle, and that the branches of the cooling loops are each connected to common collecting lines (E, S; E ₁ , S ₁ ) .

2. Indirectly liquid-cooled rotor winding according to claim 1, characterized in that each branch (7B) of a cooling loop in a lateral groove (4) provided in the winding (2) to be cooled is inserted with an insulating means in such a way that this branch is inserted between the adjacent, branches (7A, 7C) traversed in the opposite direction can be elastically compressed (FIGS. 1 and 2).

3. Indirectly liquid-cooled rotor winding according to claim 1, characterized in that

the adjacent branches (9 A, 9B, 9 C.) of the cooling loops are attached with mutual elastic and thermally conductive contact between the magnetic core (5) and the coil box (16) of the winding (Fig. 3).

4. Indirectly liquid-cooled rotor winding according to claim 1, characterized in that one half of the turns (12,4, 13A ...) der-

art is alternately offset in the perpendicular direction to the pole axis that each a free hollow. Space between the magnetic core (5) and the respective offset turn (5) is created, in which there is an isolated branch (10A ...) of the cooling loop, each with three turns (12 A, 13 A, 14 A .. .) is in elastic and thermally conductive contact (Fig. 4).

5. Indirectly liquid-cooled rotor winding according to claim 3, characterized in that each cooling loop consisting of two branches (9 A to 9B) is designed helically so that between its turns at least one other cooling loop consisting of two branches (9 A to 9D) is located and that all cooling

loops are connected to common collecting lines (S, E) in such a way that each branch lies between two branches through which the cooling liquid flows in opposite directions (FIG. 5).

6. Indirectly liquid-cooled rotor winding according to claim 1, characterized in that each loop has several pairs of branches connected in series (20 A to 20D) within a flat, elastic metal box (19) attached to the winding (Figs. 6 and 7) .

7. Indirectly liquid-cooled rotor winding according to claim 6, characterized in that the flat boxes (19) are arranged in vertical channels through the superimposed Go through the conductor stack of the winding.

1 sheet of drawings