CH425984A - Device for water cooling the pole coils of a salient pole rotor of a synchronous machine - Google Patents

Device for water cooling the pole coils of a salient pole rotor of a synchronous machine

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CH425984A
CH425984A CH1221963A CH1221963A CH425984A CH 425984 A CH425984 A CH 425984A CH 1221963 A CH1221963 A CH 1221963A CH 1221963 A CH1221963 A CH 1221963A CH 425984 A CH425984 A CH 425984A
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pole
cooling
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hollow
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CH1221963A
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Karl Dipl Ing Bobeck
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Licentia Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
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    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Description

  

      Einrichtung    zur     Wasserkühlung    der Polspulen  eines     Schenkelpolläufers    einer     Synchronmaschine       Zur Steigerung der Leistung von Turbogenerato  ren ist es seit längerem bekannt, die     Ständerwicklung     aus Hohlleitern aufzubauen, die unmittelbar von  Kühlwasser durchflossen sind. Es ist auch     bekannt,     die Läufer von Turbogeneratoren mit Wasser zu  kühlen, wobei das Kühlwasser ebenfalls durch hohle  Kupferleiter des Läufers geführt wird.  



  Eine ähnliche Entwicklung bei Synchronmaschinen  mit     Schenkelpolläufern    ist hinsichtlich der wasser  gekühlten     Ständerwicklung    in durchaus gleichartiger  Weise wie bei den Turbogeneratoren     durchführbar,     stösst aber bei den     Schenkelpolläufern    auf wesentlich  grössere konstruktive Schwierigkeiten. Wenn man  hierbei hohle Kupferleiter verwenden will, so ergibt  sich die Schwierigkeit, dass diese Kupferleiter einen  sehr flachen Querschnitt besitzen, beispielsweise etwa  3 X 80 mm, und dass es schwierig oder unmöglich  erscheint, solche Leiter hohl herzustellen. Ausserdem  würden die grossen, in den Spulen wirksamen Flieh  kräfte solche Hohlleiter zusammendrücken.

   Der Aus  weg, solche     Spulen        mehrlagig    zu bewickeln und da  mit zu Hohlleitern zu kommen, die einer quadra  tischen Form näher liegen, lässt Schwierigkeiten  hinsichtlich der durch mechanische Kräfte hoch  beanspruchten Isolation und durch die verschiedene  Wärmeausdehnung der einzelnen     Windungslagen    er  warten.  



  Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung  zur Wasserkühlung der Polspulen eines Schenkel  polläufers einer elektrischen     Synchronmaschine        gros-          ser    Leistung mittels Kühlkörper, dadurch gekenn  zeichnet, dass innerhalb und im Abstand von der    äusseren     Flankenluftkühlungsfläche    der Polspulen  eine von Kühlwasser durchströmte, der     Spulenform     angepasste, isolierte Kühleinrichtung     in    engem, direkt  wärmeleitendem Kontakt mit ihrer Umgebung ange  ordnet ist.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht  darin, dass bei wassergekühlten Polspulen an     Schen-          kelpolläufern    zwischen dem     Innenrand    der Polspule u.  dem Polschaft ein von der Polspule spannungsisolier  ter besonderer Kühlkörper angeordnet wird, der  sich entweder nur über die beiden Längsseiten des  Polschaftes oder zusätzlich auch über die Stirnseiten  erstrecken kann. Die Kühleinrichtung kann auch da  durch geschaffen werden, dass im Polkörper selbst  Bohrungen oder wasserdicht abgedeckte Nuten vor  gesehen sind, die vom Kühlwasser durchflossen sind.

    Schliesslich besteht eine der beispielsweisen, wir  kungsvollsten Anordnungen des Gegenstandes der  Erfindung darin, die Polspule zumindest an den  Pollängsseiten in eine an dem Polschaft anliegende  und eine aussen herumführende     Windungslage    auf  zuteilen und in den Zwischenraum zwischen diesen       Windungslagen    den wasserdurchflossenen hohlen  Kühlkörper einzubauen.  



  Die Figuren erläutern den Gegenstand der Er  findung beispielsweise.     Fig.    1 bis 3 stellen dabei ver  schiedene Möglichkeiten der Anwendung,     Fig.    4 stellt  den hohlen Kühlkörper in einem Ausführungs  beispiel dar.  



       In    der     Fig.    1 ist 1 der Polkörper, der     z.B.    mit  Hilfe eines     schwalbenschwanzförmigen    Ansatzes am  Polrad 2 befestigt ist. 3 sind die Fdachkupferwindun-      gen der Polspule und 4 der zwischen der Polspule und  dem Polkörper eingebaute wasserdurchflossene hohle       Kühlkörper.        Mit    5 sind die Isolierteile     bezeichnet,     durch die die Polspule vom Polkörper 1 bzw. dem  wassergekühlten hohlen     Kühlkörper    4 isoliert sind.  



       In    der     Fig.    2 ist angedeutet, wie der hohle Kühl  körper 4 der     Fig.    1 beispielsweise durch Bohrungen  6 im Polkörper 1 ersetzt werden kann.  



  Die     Fig.    3 stellt eine an den Längsseiten des Pol  schaftes oder an den     Längs-    und Stirnseiten des Pol=  Schaftes in zwei     Windungslagen    aufgeteilte Polspule  7 dar. In, dem Zwischenraum zwischen den     Win-          dungslagen    befindet sich der wasserdurchflossene  hohle Kühlkörper B. Die Windungen der Polspule  sind durch     Isolierteile    9 gegen den Polkörper und  den Kühlkörper 8 spannungsisoliert.  



  Die Pfeile geben in allen Figuren den Kühlwasser  fluss an.  



  Der vom Kühlwasser durchflossene hohle Kühl  körper 4 bzw. 8, der in     Fig.    4 näher erläutert ist, be  sitzt in seinem Inneren in einer     Weiterbildung    der  Erfindung druckfeste Stege 12, die einerseits als  Stützrippen dienen und andererseits einen verlänger  ten Weg des Kühlwassers bei höherer     Durchfluss-          geschwindigkeit    bewirken. 10 und 11 sind hier die       Kühlwasserzu-    und     -abführungen.     



  Es ist eine Weiterbildung des Gegenstandes der  Erfindung, dass alle     Windungen    der Polspule . zu  sammen mit den     kühlwasserführenden    hohlen Kühl  körpern unter Verwendung eines durch eine ent  sprechende     Zumischung    in bekannter Weise gut  wärmeleitend gemachten Kunstharzes zu einem kom  pakten Stück verbunden sein können.



      Device for water cooling the pole coils of a salient pole rotor of a synchronous machine To increase the performance of turbo generators, it has long been known to build the stator winding from waveguides through which cooling water flows directly. It is also known to cool the rotors of turbo-generators with water, the cooling water also being passed through hollow copper conductors of the rotor.



  A similar development in synchronous machines with salient pole rotors can be carried out with regard to the water-cooled stator winding in exactly the same way as in the case of the turbo generators, but with the salient pole rotors it encounters considerably greater structural difficulties. If one wishes to use hollow copper conductors here, the difficulty arises that these copper conductors have a very flat cross section, for example approximately 3 × 80 mm, and that it appears difficult or impossible to manufacture such conductors in a hollow manner. In addition, the large centrifugal forces effective in the coils would compress such waveguides.

   The way to wind such coils in multiple layers and to come with waveguides that are closer to a quadra-table shape, difficulties with the insulation, which is highly stressed by mechanical forces, and the various thermal expansion of the individual winding layers, can be expected.



  The invention relates to a device for water cooling the pole coils of a leg pole rotor of an electrical synchronous machine with high performance by means of heat sinks, characterized in that inside and at a distance from the outer flank air cooling surface of the pole coils, an insulated cooling device adapted to the coil shape and through which cooling water flows close, direct heat-conducting contact with their surroundings is arranged.



  One embodiment of the invention consists in that, in the case of water-cooled pole coils, on salient pole rotors between the inner edge of the pole coil and the like. the pole shaft is arranged a voltage-insulated ter from the pole coil special heat sink, which can either extend only over the two long sides of the pole shaft or additionally over the end faces. The cooling device can also be created by the fact that holes or watertightly covered grooves are seen in the pole body itself, through which the cooling water flows.

    Finally, one of the exemplary, most effective arrangements of the subject matter of the invention consists in dividing the pole coil at least on the longitudinal sides of the pole into a winding layer lying against the pole shaft and an outer winding layer and installing the hollow heat sink through which water flows in the space between these winding layers.



  The figures explain the subject matter of the invention, for example. Fig. 1 to 3 show various possibilities of application, Fig. 4 shows the hollow heat sink in an embodiment example.



       In Fig. 1, 1 is the pole body, e.g. is attached to the pole wheel 2 with the aid of a dovetail-shaped attachment. 3 are the roof copper windings of the pole coil and 4 are the hollow heat sink through which water flows, built between the pole coil and the pole body. The insulating parts, by means of which the pole coil are isolated from the pole body 1 or the water-cooled hollow heat sink 4, are denoted by 5.



       In Fig. 2 it is indicated how the hollow cooling body 4 of FIG. 1 can be replaced by holes 6 in the pole body 1, for example.



  3 shows a pole coil 7 divided into two layers of turns on the longitudinal sides of the pole shaft or on the longitudinal and front sides of the pole shaft. The hollow heat sink B through which water flows is located in the space between the layers of turns the pole coil are voltage-insulated from the pole body and the cooling body 8 by insulating parts 9.



  The arrows indicate the cooling water flow in all figures.



  The hollow cooling body flowed through by the cooling water 4 or 8, which is explained in more detail in Fig. 4, be seated in its interior in a development of the invention pressure-resistant webs 12, which serve on the one hand as supporting ribs and on the other hand, a lengthened th path of the cooling water at higher Cause flow rate. 10 and 11 are the cooling water inlets and outlets.



  It is a further development of the subject matter of the invention that all turns of the pole coil. together with the cooling water-carrying hollow heat sinks using a synthetic resin made to conduct heat well in a known manner by an appropriate admixture can be connected to form a compact piece.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Wasserkühlung der Polspulen eines Schenkelpolläufers einer elektrischen Synchron- maschine grosser Leistung mittels Kühlkörper, da- durch gekennzeichnet, dass innerhalb und im Ab stand von der äusseren Flankenluftkühlungsfläche der Polspulen eine von Kühlwasser durchströmte, der Spulenform angepasste, isolierte Kühleinrichtung in engem, direkt wärmeleitendem Kontakt mit ihrer Umgebung ist. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Device for water cooling of the pole coils of a salient pole rotor of an electrical synchronous machine with high output by means of heat sinks, characterized in that, within and at a distance from the outer flank air cooling surface of the pole coils, an insulated cooling device, adapted to the coil shape, closely and directly, through which cooling water flows thermally conductive contact with their surroundings. SUBCLAIMS 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass ein oder mehrere hohle(r) Kühl körper, vorzugsweise flacher Ausführung, an den Längsseiten der Polspulen zwischen Polspule und Polschaft angeordnet ist/sind. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass ein oder mehrere hohle(r) Kühl körper, vorzugsweise flacher Ausführung, in dem Zwischenraum zwischen zwei Windungslagen der Polspule angeordnet ist/sind. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass im Polschaft selbst Bohrungen, abgedeckte Nuten oder andere, kühlwasserführende Hohlräume angeordnet sind. 4. Device according to patent claim, characterized in that one or more hollow cooling body (s), preferably flat design, is / are arranged on the longitudinal sides of the pole coils between the pole coil and the pole shaft. 2. Device according to claim, characterized in that one or more hollow cooling body (s), preferably flat design, is / are arranged in the space between two winding layers of the pole coil. 3. Device according to claim, characterized in that holes, covered grooves or other, cooling water-carrying cavities are arranged in the pole shaft itself. 4th Einrichtung nach Patentanspruch und Unter anspruch 1 bis 2, dadurch- gekennzeichnet, dass alle Windungen der Polspule zusammen mit dem/den kühlwasserführenden Hohlkörper(n) mit Giessharz (Kunstharz) zu einem geschlossenen Bauteil vergos sen ist/sind, wobei dem Giessharz eine wärmeleitende Zumischung zugegeben ist. Device according to claim and dependent claims 1 to 2, characterized in that all turns of the pole coil together with the hollow body (s) carrying cooling water is / are cast with casting resin (synthetic resin) to form a closed component, with the casting resin being mixed with a thermally conductive mixture is admitted. 5. Kühlwasserdurchströmter hohler Kühlkörper nach Patentanspruch und Unteranspruch 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, dass innerhalb desselben als Stützrippen dienende Zwischenstege so angeordnet sind, dass das Kühlwasser einen verlängerten Weg mit höherer Durchflussgeschwindigkeit nimmt. 5. Hollow heat sink through which cooling water flows according to claim and dependent claims 1 to 4, characterized in that intermediate webs serving as support ribs are arranged within the same so that the cooling water takes an extended path with a higher flow rate.
CH1221963A 1962-10-26 1963-10-03 Device for water cooling the pole coils of a salient pole rotor of a synchronous machine CH425984A (en)

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