DE654087C

DE654087C - Kuehleinrichtung fuer elektrische Maschinen mit in Nuten flachseitig uebereinanderliegenden Wicklungsteilen

Info

Publication number: DE654087C
Application number: DEA78265D
Authority: DE
Inventors: Willibald Rohde
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1936-01-21
Filing date: 1936-01-21
Publication date: 1937-12-10

Description

Um die Wärme von in Nuten liegenden Wicklungsteilen elektrischer Maschinen abzuführen, ist es bekannt, an beiden Flanken entlang Kühlkanäle anzuordnen. Dabei können die Leiter auf der dem axialen Luftstrom zugekehrten Seite blank sein, um die Wärmeabfuhr zu steigern. Wenn es sich dabei um einzelne hochkant in der Nut gestellte Leiter handelt, findet die an ihren Breitseiten entlang strömende Luft eine ausgiebige Berührungsfläche. Man hat auch vorgeschlagen, Einzelleiter stellenweise durch Isolationsbeilagen gegen die Nutenwandungen abzustützen und um diese Stützen herum eine zickzackförmige, auf jeder Breitseite des Leiters entlang führende Bahn für die Kühlluft zu schaffen, so daß auch dann eine wirksame Belüftung möglich war. Anders liegen aber die Verhältnisse, wenn die Leiter der Nutenwicklung flachseitig übereinanderliegen. Dann kommt die an den Flanken des geschichteten Leiterbündels entlang· strömende Kühlluft nur mit den Schmalseiten der Leiter in Berührung, und die Wärmeabgabe aus dem Innern des Wicklungsquerschnittes wird um so ungünstiger, je dünner die Einzelleiter bemessen sind, denn die Breitseiten der Leiter haben zufolge der die Wärme schlecht leitenden Zwischenisolationen keinen guten Wärmekontakt untereinander und mit den sie umschließenden Metallkörpern. Man hat deshalb angeregt, die seitlichen Kühlflächen in solchen Fällen zu vergrößern und die Schmalseiten der Leiter mit Kühlrippen zu versehen oder Rippenbleche zwischen die isolierten Flachleiter einzulegen, welche in die axialen seitlichen Luftkanäle hineinragen. Damit wird . die Wärmeableitung aus dem Innern des Spulenquerschnittes noch immer nicht ausreichend gesteigert, und bei größerer Zahl und Stärke solcher Rippen wird ein erheblicher Teil des an sich nur eng bemeßbaren Querschnittes der axialen Kühlkanäle versperrt. Die Schmalseiten der Leiter zur Bildung von Kühlkanälen mit der Länge nach im Leitermaterial verlaufenden Ausnehmungen zu versehen oder die Leiter hohl auszubilden, war ebenfalls bekannt, doch lassen sich solche Maßnahmen bei verhältnismäßig dünnen Flachleitern nicht durchführen.

Ein anderer vorgeschlagener Weg, das Innere des Spulenquerschnittes vom axialen Luftstrom zu erfassen, bildet die Unterteilung des Querschnittes in zwei oder mehrere übereinander- oder nebeneinanderliegende Leitergruppen, die durch zusätzliche axiale Lüftungskanäle voneinander getrennt sind. Dadurch wird die Herstellung, Versteifung

*) Von dein Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Willibald Rohde in Berlin-Schmargendorf.

und: Abstützung der Spulen in der Nut bedeutend erschwert und ebenfalls ein großer Teil des ausnutzbaren Nutenquerschnittes durch die Lüftungskanäle zur Erreichung des·. Zweckes in Anspruch genommen.

Wenn man eine gute Ableitung der Wärmwj aus dem Inneren des Spulenquerschnitts er-'· reichen will, muß die Kühlluft den Querschnitt in mehreren Höhenlagen durchdringen

ίο und ihr eine große, möglichst von Isolation freie Berührungsfläche mit den einzelnen Flachleitern geboten werden. Insbesondere bei langen Maschinen, z. B. bei' Läufern von Turbogeneratoren mit verteilter, in Nuten Ia-

15' gerader Feldwicklung, ist es auch erwünscht, die Kühlluft je nach Bedarf auf die einzelnen Stellen der Spulenlänge beliebig verteilen zu können, um eine gleichmäßige Kühlung zu erhalten, also dort, wo eine stärkere Wärmeableitung, beispielsweise zufolge Vorwärmung der Kühlluft, geboten ist, die Berührungsfläche der Luft mit dem Leitermaterial bzw. den Durchtrittsquerschnitt daselbst zu vergrößern.

Nach der Erfindung wird nun bei in Nuten flachseitig übereinanderliegenden Wicklungsteilen, an deren beiden Flanken entlang axiale Luftkanäle verlaufen, sowohl eine ausgiebige Durchlüftung des Wicklungsquerschnittes erzielt, bei der die Kühlluft mit den Breitseiten der Leiter in Berührung kommt, als auch die Möglichkeit geboten, in weiten Grenzen die Luftwege innerhalb der Wicklung beliebig zu zergliedern und durch ihre entsprechende Verteilung, Querschnittsbemessung und Aufeinanderfolge in der Längs- und Höhenrichtung der Wicklung einen geordneten Ventilationsausgleich zu schaffen. Dieses ist da- _ durch erreicht, daß die Kühlluft von dem Axialkanal an der einen Flanke oder von einem Längsabschnitt dieses Kanals ganz oder wenigstens zum Teil durch eine Anzahl über die Länge des Axialkanals verteilter, die Wicklung quer zu ihrer Längsachse durch-

■ 45 setzender Kanäle nach dem Axialkanal an der anderen Flanke übergeleitet wird. Man kann beispielsweise die Nutenlänge in zwei Hälften zerlegen, von denen jede für sich nach diesem Prinzip belüftet wird und die eine von der linken, die andere von der rechten Stirnseite her die Kühlluft zugeführt erhält. Der Bemessung, Zahl und Lage der Querkanäle ist ein weiter Spielraum gegeben, so daß .man sie je nach den Erfordernissen entsprechend wählen kann.

Weitere Ausbildungen der Erfindung bestehen in Einrichtungen, nach welchen die Kühlluft gezwungen wird, von dem Axialkanal der einen Flanke nach dem der anderen durch die Ouerwege in der Wicklung überzuströmen. So kann beispielsweise der Axialkanal der einen Seite auf seiner ganzen Länge als Einströmungskanal, der andere als Ausströmungskanal verwendet werden. Zu diesem Zweck ist der erstere an dem der Luft-„eintrittsseite zugekehrten Ende offen und -,gegen die radialen Luftschlitze des wirksamen ■vEisens abgedeckt, während der zweite an dem der Lufteintrittsseite zugekehrten Ende verschlossen, jedoch gegen die radialen Austrittsluftschlitze im wirksamen Eisen offen ist. Soll die gesamte Luft durch die Querkanäle der Wicklung geleitet werden, so empfiehlt es< sich, den axialen Eintrittskanal bzw. seinen Längsabschnitt an dem von der Lufteintrittsseite abgekehrten Ende ebenfalls zu verschließen.

In der Zeichnung veranschaulichen die' Abb. Ί, 2 und 6 das Erfindungsprinzip, während die Abb. 3, 4 und 5 zweckdienliche Ausiührungsformen für die praktische Ausbildung der Querkanäle darstellen.

Für die Anwendung der Erfindung ist in Abb. ι die Feldwicklung k des Läufers eines Turbogenerators mit in den Läuferkern α ein-■gesetzten Zähnen b gewählt. Zähne und Wicklung sind _in üblicher Weise durch Haltekeile c verspannt. An beiden Flanken der Wicklung entlang erstrecken sich axiale Kühlkanäle/! und /₂. Über die Länge der Nut verteilt, ist in der Wicklung eine größere Zahl von Ouerkanälen h angeordnet. Aus dem Luftführungsschema der Abb. 2 erkennt man, daß- der eine Axialkanal j\ an dem der Stirnseite des Läufers zugekehrten Ende offen, durch Trennwände g aber gegen die Radialschlitze d des wirksamen Eisens und am anderen Ende bei r verschlossen ist. Der andere Axialkanal f₂ ist an dem der Lufteintrittsseite zugekehrten Ende bei p versperrt, gegen die über seine Länge verteilten Radialschlitze d indessen offen. Der erstere Kanal Z₁ dient also ausschließlich als Eintrittskanal, der andere, f₂, als Austrittskanal. Die gesamte in den Kanal f_x einströmende Luft wird somit gezwungen, durch die über Höhe und Länge der Wicklung verteilte Zahl von Ouerkanälen h nach dein Axialkanal /₂ der anderen Flanke überzuströmen, von wo sie sich auf die einzelnen Radialschlitze verteilt. n₀ Die Gesamtlänge der Nut ist in zwei gleichartig belüftete Abschnitte zerlegt. Über diese Strecken kann die Zahl*der Ouerkanäle h, die Dichte ihrer Aufeinanderfolge und ihre Breite beliebig den gewünschten Abkühlungsverhältnissen angepaßt werden.

Die Querkanäle h in verschiedenen Höhenlagen des Wicklungsquerschnittes können unmittelbar übereinanderliegen oder axial gegeneinander verschoben sein. Vorzugsweise werden sie schräg zur Längsachse der Nut und unter einem spitzen Winkel zur

Richtung der ihnen in den axialen Kanälen zuströmenden Luft geführt. Die Einfügung der Ouerkanäle in die Wicklung läßt mannigfache Ausführungsformen zu. Besitzt der Leiter genügende Stärke, so. können die Querkanäle h, wie Abb. 3 veranschaulicht, als Qüernuten in das Leitermaterial selbst eingearbeitet werden. Die Ausnehmungen zweier unmittelbar übereinanderliegen der Leiter sind hier zu einem gemeinsamen Ouerkanal zusammengefaßt. Es ist an sich bekannt, zur Bildung von axialen Luftkanälen gegenüber-. liegende Aussparungen zweier benachbarter Leiter zu einem gemeinsamen Kühlkanal zu ergänzen. Die Begrenzungsflächen der Ouerkanäle sind vorteilhafterweise von Isolation frei zu lassen, so daß die Luft das blanke Leitermetall bestreicht. Solche Spulen können selbst unter Druck gebacken werden, ohne daß die Zwischenisolation m durch scharfe Kanten gefährdet wird.

Wenn die Stärke der Leiter nicht ausreicht, um Qüernuten einzuarbeiten, so empfiehlt es sich, die Querkanäle nach der aus Abb. ι und 4 ersichtlichen Weise auszuführen. Hier sind die Leiter oder auch ganze Leitergruppen stellenweise in eine andere Schicht gebogen und die Überleitungen y unmittelbar aufeinanderliegender Leiter oder Leitergruppen axial gegeneinander verschoben, so daß dazwischen ein Hohlraum verbleibt. Ist dabei eine besondere Versteifung des Gefüges notwendig, so kann man sie durch Einlagen von Hohlkörpern η (Abb. 4) erzielen, die aus Wärme gut leitendem Material, z. B. aus Aluminium, bestehen und gegebenenfalls eine Außenisolation, etwa eine Oxydhaut, besitzen.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit zur Bildung von Ouerkanälen veranschaulicht Abb. 5, die sich in allen Fällen anwenden läßt„ Hiernach werden um einzelne Leiter ί oder um einzelne Leitergruppen Streifen spiralförmig geschlungen, wobei zwischen den Windungen der Spirale t ein die Breite der schräg gerichteten Ouerkanäle h bestimmender Abstand gewahrt bleibt, während für die Höhe dieser Ouerkanäle die Wandstärke der Spirale maßgebend ist. Das Band kann zur Steigerung der Geschmeidigkeit mehrschichtig sein, aus Metall bestehen und für die Stromführung mitverwendet werden.

Während das Luftführungsschema nach Abb. 2 das Merkmal trägt, daß die Axialkanäle beider Flanken bzw. die Längsabschnitte dieser beiden Kanäle tangential in Reihe von der Luft durchströmt werden, läßt sich auch nach der Erfindung das Parallelschaltungsprinzip für zwei axiale Luftwege durchführen. Das geschieht etwa nach dem in Abb. 6 wiedergegebenen System. Jeder der Axialkanäle beider Flanken ist an dem der Lufteintrittsseite zugekehrten Ende offen und in eine Anzahl durch Wänden voneinander getrennter Längsabschnitte fi, f" ... bzw. f₂', /2" ... unterteilt. Die Abschnitte der einen Flanke sind kreuzweise mit denen der anderen durch eine Anzahl von Ouerkanälen in der Wicklung verbunden, wobei die sich kreuzenden Gruppen h' und h" der Ouerkanäle in verschiedenen Höhenlagen des Wicklungsquerschnittes angeordnet sind.

In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, den nur für die Einströmung der Luft verwendeten Axialkanal breiter zu bemessen als den für die Ausströmung dienenden Axialkanal der anderen Flanke. Die Erfindung läßt sich mit gleichem Erfolg auch bei Ständerwicklungen benutzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für elektrische Maschinen mit in Nuten flachseitig übereinanderliegenden Wicklungsteilen, . an deren beiden Flanken entlang axiale Luftkanäle verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft von dem Axialkanal (Z₁) an der einen Flanke oder von einem Längsabschnitt dieses Kanals ganz oder go wenigstens zum Teil durch eine Anzahl über die Länge des Axialkanals verteilter, die Wicklung (k) quer zu ihrer Längsachse durchsetzender Kanäle (h) nach dem Axialkanal (/₃) an der anderen Flanke übergeleitet wird.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang der einen Flanke verlaufende Axialkanal (Z₁) oder ein Längsabschnitt dieses Kanals an dem der Lufteintrittsseite zugekehrten ' Ende offen und vorzugsweise gegen die radialen Luftschlitze (d) des wirksamen Eisens, gegebenenfalls auch am anderen Ende (bei r), abgesperrt ist, so daß er dem Eintritt der Kühlluft dient, während der Axialkanal (Z₂) entlang der anderen Flanke an dem der Lufteintrittsseite zugekehrten Ende (bei p) verschlossen, jedoch gegen radiale, über seine Länge verteilte Austrittsluftschlitze (d) im wirksamen Eisen offen ist (Abb. 2).

3. Kühleinrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkanäle (/1 und /V) an den der Lufteintrittsseite zugekehrten Enden offen und in eine Anzahl voneinander getrennter Längsabschnitte (Z₁', Z₁", Zi'" ... bzw. fi, fi', f%" ·..) unterteilt sind, und daß diese Abschnitte der einen Flanke kreuzweise durch zwei in verschiedener Höhenlage des Wicklungsquerschnittes angeord-

nete Gruppen von Ouerkanälen Qi und h") der Wicklung (t) mit den Längsabschnitten der anderen Flanke in Verbindung stehen, so daß im Zuge der Wicklung zwei parallele Luftwege gebildet sind (Abb. 6).

4. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wicklung in der Nut oder ihre Leiter durchsetzenden Qüerkanäle Qi) unter einem spitzen Winkel zur Richtung der ihnen in den axialen Kanälen (/) zuströmenden Kühlluft verlaufen.

5. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 für elektrische Maschinen, bei denen die Leiter der Wicklung zur Bildung von Kühlkanälen Ausnehmungen besitzen und sich gegebenenfalls diese Ausnehmungen von zwei benachbarten Leitern zu einem gemeinsamen Kanal ergänzen, dadurch gekennzeichnet, daß bei stärkerem Leiterprofil der Wicklung die Querkanäle Qi) in der Nut durch über die Leiter quer geführte Aussparungen im Leitermaterial gebildet sind, deren Begrenzungsflächen in an sich bekannter Weise blank bleiben können, wobei die quer verlaufenden Aussparungen zweier unmittelbar : üßereinanderliegender Leiter vorzugs-' weise zu einem gemeinsamen Querkanal satnmengefaßt werden (Abb. 3).

6. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dünnerem Leiterprofil die Leiter oder Leitergruppen stellenweise in eine andere Schicht gebogen und die Überleitungen (y) unmittelbar aufeinanderliegender Leiter oder Leitergruppen axial gegeneinander verschoben sind, so daß dazwischen ein quer zur Längsachse der Leiter verlaufender Hohlraum Qi) verbleibt, der zur Versteifung des Gefüges erforderlichenfalls mit einem Hohlkörper («), vorzugsweise aus Wärme gut leitendem Material, z. B. aus Aluminium, ausgefüllt sein kann (Abb. 1 und 4).

7. Kühleinrichtung, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Leiter (s) oder Leitergruppen der Nuten wicklung von bandförmigen Streifen (t) spiralförmig mit Abstand zwischen den Windungen der Spirale umwickelt¹ sind, so daß zwischen den Windungen der Spirale den Gesamtquerschnitt des Leiterbündels schräg durchquerende Durchtrittskanäle Qi) für die Kühlluft entstehen, deren Höhe durch die Wandstärke der bandförmigen Streifen Qs) bestimmt wird (Abb. 5).

8. Kühleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale (f) aus einem gegebenenfalls mehrschichtigen Metallband besteht, welches für die Stromführung mitverwendet werden kann.

9. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Qüerkanäle Qi) in verschiedenen Höhenlagen des Wicklungsquerschnittes axial gegeneinander versetzt sind.

10. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Querkanäle (Ji) oder ihre Anzahl auf der Länge der Nut verschieden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen