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    • 专利摘要:
    Modulare Feldwicklungen (14), die jeweils mehrere Spulen (24) beinhalten, sind rings um einen Rotorkern angeordnet. Axial voneinander beabstandete Abstandsstücke halten die Spulen in Umfangsrichtung im gegenseitigen Abstand, wobei die Abstandsstücke und die Spulen radial gerichtete Öffnungen (28) in dem Rotor begrenzen. In den Öffnungen sind Strömungsleitelemente (30) angeordnet, um in radial nach außen weisender Richtung längs der Durchlässe (35, 39) zwischen den Elementen und den Spulen eine konstante oder erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases zu erzielen und den Wärmeübertragungskoeffizienten aufrechtzuerhalten oder zu vergrößern und damit die Kühlwirkung der Gasströmung auf die Windungen zu verbessern.Modular field windings (14), which each contain several coils (24), are arranged around a rotor core. Spacers axially spaced from one another keep the coils spaced apart in the circumferential direction, the spacers and the coils delimiting radially directed openings (28) in the rotor. Flow guiding elements (30) are arranged in the openings in order to achieve a constant or increased flow velocity of the cooling gas in the radially outward direction along the passages (35, 39) between the elements and the coils and to maintain or increase the heat transfer coefficient and thus the To improve the cooling effect of the gas flow on the windings.
    公开号:DE102004017588A1
    申请号:DE200410017588
    申请日:2004-04-07
    公开日:2004-10-28
    发明作者:Christopher Anthony Kaminski；Yu Wang
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:H02K3-24
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft Generatoren mit auf einem Rotorkernanzuordnenden modularen Feldwicklungen und insbesondere Leitelemente für den Kühlmittelstromdie zwischen umfangsmäßig nebeneinanderliegenden Windungen eingebaut werden, um die radial nach außen gerichteteKühlmittelströmung beiden Feld- oder Erregerwicklungen zu optimieren.TheThe present invention relates to generators with a rotor coreto be arranged modular field windings and in particular guide elements for the coolant flowthe between circumferentially side by sidehorizontal windings are installed to the radially outwardCoolant flow atto optimize the field or field windings.
    [0002] GebräuchlicheGeneratoren haben Rotoren (Läufer),auf denen eine Feld- oder Erregerwicklung angeordnet ist. DieseRotoren weisen typischerweise jeweils einen Rotorkern mit in Umfangsrichtungvoneinander beabstandeten, axial sich erstreckenden Nuten auf, diedie einzelnen Windungen der Feldwicklung aufnehmen. In den radialaußenliegenden Nutenendabschnitten dieser Rotornuten sind normalerweiseKeile befestigt, um die Wicklung gegen die Zentrifugalkräfte abzustützen, diebei umlaufendem Rotor auftreten. Bei der Montage wird die Wicklung Windungum Windung in die Nuten des Rotorkerns eingelegt. Die Windungeneiner gebräuchlichenGeneratorfeldwicklung werden dadurch gekühlt, dass ein Kühlmittel,wie Luft oder Wasserstoff, durch Axialnuten oder durch in die Kupferwindungeneingestanzte, radiale Öffnungenströmenlassen wird. Da der Kühlmittelwegmaschinell bearbeitet wird, könnenoptimierte Kühlgaswegehergestellt werden, um so einen maximalen Wärmeübergang zu erzielen.commonGenerators have rotors (rotors),on which a field or field winding is arranged. ThisRotors typically each have a rotor core with a circumferential directionspaced apart, axially extending grooves on thepick up the individual turns of the field winding. In the radialOutsidelying groove end portions of these rotor grooves are normalWedges attached to support the winding against the centrifugal forcesoccur with rotating rotor. When assembling, the winding turnsinserted into the grooves of the rotor core. The turnsa common oneGenerator field windings are cooled in that a coolant,like air or hydrogen, through axial grooves or through the copper turnspunched radial openingsstreamwill let. Because the coolant pathmachined, canoptimized cooling gas pathsbe produced in order to achieve maximum heat transfer.
    [0003] Eswurden modulare Feldwicklungssysteme auf einem Generatorrotor entwickelt,der einen mehrpoligen magnetisch leitenden Kern und eine Anzahl modularerWicklungen, von denen fürjeden Pol jeweils eine vorgesehen ist, aufweist. Die Wicklungen sindauf den parallelflankigen Ballen des mehrpoligen Magnetkerns aufgepasst,wobei überdie Wicklungen eine Abdeckung geschoben ist. Die Wicklungen beinhaltenjeweils auch eine Anzahl axial voneinander beabstandeter Windungsabstandstücke oder Zwischenlagen,die die einzelnen Windungen in einer festen Zuordnung zueinanderhalten. Die Öffnungen zwischenden axial nebeneinanderliegenden Abstandstücken und den in Umfangsrichtungnebeneinander liegenden Windungen bilden natürliche offene Räume, umein Kühlgas,z.B. Luft oder Wasserstoff, zwischen den Abstandsstücken undden Windungen radial nach außenströmenzu lassen. Zufolge dieser Anordnung wird die Wärmeübertragungsfläche ersichtlichvergrößert. DieKühlgasgeschwindigkeitund damit der Wärmeübertragungskoeffizientist aber mehr von der Geometrie des Kühlmittelwegs als von den vergrößerten Oberflächendimensionenabhängig.Genauer betrachtet, verläuftder Kühlgaswegradial vom Spuleninneren aus, wo der Raum zwischen aneinander angrenzendenSpulen am engsten ist und erstreckt sich radial nach außen, uman dem Außenradiusauszutreten, wo der Raum zwischen aneinander angrenzenden Spulenam weitesten ist. Die Strömungsgeschwindigkeitwird deshalb in einer radial nach außen weisenden Richtung verringert,und damit wird auch der Konvektionswärmeübertragungskoeffizient derKupferwindungen herabgesetzt. Strömungsabwärts heißeres Kühlgas, kombiniert mit dem kleinerenWärmeübertragungskoeffizientenergibt längsdes Außenradiusder Wicklung höhere örtlicheLeitertemperaturen.Itmodular field winding systems were developed on a generator rotor,which has a multi-pole magnetically conductive core and a number of modular onesWindings, of which foreach pole is provided. The windings arebe careful on the parallel-flanked bales of the multi-pole magnetic core,being abouta cover is slid over the windings. The windings includein each case also a number of axially spaced winding spacers or intermediate layers,which the individual turns in a fixed assignment to each otherhold. The openings betweenthe axially adjacent spacers and the circumferentialadjacent turns form natural open spaces arounda cooling gas,e.g. Air or hydrogen, between the spacers andthe turns radially outwardsstreamallow. Due to this arrangement, the heat transfer area becomes apparentincreased. TheCooling gas velocityand thus the heat transfer coefficientbut is more of the geometry of the coolant path than of the enlarged surface dimensionsdependent.On closer inspection, it runsthe cooling gas pathradially from the inside of the coil, where the space between adjacentCoil is closest and extends radially outwardon the outer radiusemerge where the space between adjacent coilsis the farthest. The flow rateis therefore reduced in a radially outward direction,and with that the convection heat transfer coefficientCopper turns reduced. Downstream, hotter cooling gas combined with the smaller oneHeat transfer coefficientresults lengthwaysof the outer radiuslocal higher windingConductor temperatures.
    [0004] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform dervorliegenden Erfindung werden Strömungsleitelemente in die Öffnungenzwischen den Abstandsstückenund den Windungen eingefügt,um eine konstante oder erhöhteStrömungsgeschwindigkeitzu erzielen, wenn Kühlgasin einer radial nach außen weisendenRichtung durch die Erregerwicklung strömt. Dadurch dass die Strömungsgeschwindigkeit längs desradialen Weges aufrechterhalten oder erhöht wird, wird die Spitzentemperaturder Wicklung abgesenkt, wobei die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit die mittlereWicklungstemperatur herabgesetzt. Die Querschnittsfläche kanndabei konstant bleiben, was im Vergleich zu einer abnehmenden Strömungsgeschwindigkeitbei fehlenden Strömungsleitelementenzu einer konstanten Strömungsgeschwindigkeitund damit zu einem vergleichsweise höheren Wärmeübertragungskoeffizienten führt. Wenndie Elemente so gestaltet sind, dass die Strömungsdurchtrittsfläche in einerradial nach außen weisendenRichtung kleiner wird, steigen die Strömungsgeschwindigkeit und damitauch der Wärmeübertragungskoeffizientan. Demgemäß können die höchsten Wärmeübertragungskoeffizientennahe dem Außenradiusder Windungen erzielt werden, wo die Temperaturen am höchsten sind.Außerdemkönnenverschiedene Bereiche zwischen den Spulen mit Elementen unterschiedlicherGröße ausgerüstet werden,um so durch Erhöhungder Strömungsgeschwindigkeithohe Wärmeübertragungskoeffizientenin heißenBereichen zu erzielen. Durch die Verwendung von Elementen unterschiedlicherGröße kanndie Strömungvergleichmäßigt werden,was zu einer gleichmäßigerenFeldwicklungstemperatur führt.According to onepreferred embodiment of theIn the present invention, flow directing elements are used in the openingsbetween the spacersand inserted the turns,by a constant or increasedflow rateto achieve when cooling gasin a radially outward facingDirection flows through the field winding. Because the flow velocity along theradial path is maintained or increased, the peak temperatureof the winding, the increased flow rate being the middle oneWinding temperature reduced. The cross-sectional area canwhile remaining constant, which compared to a decreasing flow ratein the absence of flow control elementsto a constant flow rateand thus leads to a comparatively higher heat transfer coefficient. Ifthe elements are designed so that the flow passage area in onepointing radially outwardsAs the direction becomes smaller, the flow velocity increases and with italso the heat transfer coefficienton. Accordingly, the highest heat transfer coefficientsnear the outer radiusof the turns where the temperatures are highest.Moreovercandifferent areas between the coils with elements differentSize,all the more by elevationthe flow velocityhigh heat transfer coefficientin hotAreas. By using elements differentSize canthe flowbe made evenresulting in a more evenField winding temperature leads.
    [0005] DieWärmeübertragungskoeffizientenkönnendadurch noch weiter vergrößert werden,dass die Wärmeübertragungvergrößernde Flächen oderTrägerelementefür dieStrömungsleitelementeverwendet werden. So könnenz.B. die Oberflächender Strömungsleitelementeetwa durch Vorsehen einer gewissen Rauigkeit, von Grübchen, Nutenoder Wirbelbildnern so zu gerichtet werden, dass die Wärmeübertragungskoeffizientenwesentlich vergrößert werden.TheHeat transfer coefficientcanthereby being enlarged still further,that heat transferenlarging areas orsupport elementsfor theflow guidebe used. So cane.g. the surfacesthe flow control elementsfor example by providing a certain roughness, of dimples, groovesor vortex formers to be directed so that the heat transfer coefficientbe significantly enlarged.
    [0006] Beieiner bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform.wird ein Kühlsystemin einem Generator geschaffen, der einen Generatorrotor mit einemmehrpoligen Magnetkern, eine Anzahl modularer Feldwicklungen ringsum den Rotor, und zwar eine fürjeden Pol aufweist, wobei jede modulare Feldwicklung eine Anzahlvon Spulen beinhaltet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandetsind, wobei in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Spulen zwischensich im wesentlichen keilförmige Öffnungenbegrenzen und in die ÖffnungenStrömungsleitelementeeingesetzt sind, die mit den Spulen Durchlässe begrenzen, um ein Kühlgas vonradial unterhalb der Spulen in einer im Wesentlichen radial nachaußenweisenden Richtung zu Austrittsstellen an dem Außenumfang des Rotors zur Kühlung der Spulenströmenzu lassen.ata preferred embodiment of the invention.becomes a cooling systemcreated in a generator that has a generator rotor with amulti-pole magnetic core, a number of modular field windings aroundaround the rotor, one forhas each pole, each modular field winding having a numberof coils that are circumferentially spaced apartare, coils lying next to each other in the circumferential direction betweenessentially wedge-shaped openingslimit and into the openingsflow guideare used, which limit passages with the coils to a cooling gas ofradially below the coils in a substantially radial directionOutsidepointing towards exit points on the outer circumference of the rotor for cooling the coilsstreamallow.
    [0007] Beieiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird ein Kühlsystemfür einenGenerator geschaffen, der einen Generatorrotor und eine Anzahl modularerFeldwicklungen rings um den Rotor aufweist, wobei jede modulareFeldwicklung eine Anzahl in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Spulenbeinhaltet, wobei in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Spulendazwischenliegende Öffnungenbegrenzen und Mittel in den Öffnungenund zwischen den Spulen angeordnet sind, um einen Kühlgasstromlängs derSpulen von radial innerhalb der Spulen in einer im Wesentlichenradial nach außenweisenden Richtung zu Austrittsstellen an dem Außenumfang des Rotors zur Kühlung derSpulen strömenzu lassen, wobei die Kühlgasleitmittelso ausgebildet sind, dass sie mit den in Umfangsrichtung angrenzendenStrömungsdurchlässen zurSpulenkühlungdem Kühlgaseine konstante oder in einer radial nach außen weisenden Richtung zunehmende Strömungsgeschwindigkeiterteilen.ata further preferred embodimentbecomes a cooling systemfor oneGenerator created that a generator rotor and a number of modularHas field windings around the rotor, each modularField winding a number of coils spaced apart in the circumferential directionincludes, coils lying next to each other in the circumferential directionintermediate openingslimit and means in the openingsand are arranged between the coils to flow a cooling gasalong theCoils from radially inside the coils in one essentiallyradially outwardspointing direction to exit points on the outer circumference of the rotor for cooling theCoils are flowingto let the coolantare designed so that they are adjacent to those in the circumferential directionFlow passages forcoil coolingthe cooling gasa constant or increasing flow velocity in a radially outward directionTo give.
    [0008] 1 ist eine perspektivischeTeildarstellung eines beispielhaften Generators mit einem Rotor (Läufer), modularenWicklungswindungen und einer zylindrischen Abdeckung, die von dermodularen Wicklung zu deren Veranschaulichung zurückgeschobenist, 1 3 is a partial perspective view of an exemplary generator with a rotor (rotor), modular winding turns, and a cylindrical cover that is pushed back from the modular winding to illustrate it;
    [0009] 2 eine vergrößerte perspektivischeTeilansicht zur Veranschaulichung der Öffnungen zwischen axial benachbartenAbstandsstückenund in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Wicklungswindungen, 2 FIG. 2 shows an enlarged perspective partial view to illustrate the openings between axially adjacent spacers and winding turns lying next to one another in the circumferential direction, FIG.
    [0010] 3 ist eine schematischeDarstellung eines Strömungsleitelementeszwischen in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Wicklungswindungen,das Kühlgasdurchlässe konstanterQuerschnittsflächeausbildet; 3 is a schematic representation of a flow guide element between winding turns lying side by side in the circumferential direction, which forms cooling gas passages of constant cross-sectional area;
    [0011] 4 ist eine Darstellung ähnlich 3 zur Veranschaulichungvon Abstandsstützenfür dieStrömungsleitelemente, 4 is a representation similar 3 to illustrate distance supports for the flow guide elements,
    [0012] 5 ist eine Darstellung ähnlich 3, unter Veranschaulichungvon in einer radial nach außen weisendenRichtung konvergierenden Kühlgasdurchlässen; und 5 is a representation similar 3 , illustrating cooling gas passages converging in a radially outward direction; and
    [0013] 6 bis 9 sind verschiedene Ausbildungen derOberflächebei zwischen den Abstandsstücken undden Windungen anzuordnenden Strömungsleitelementen. 6 to 9 are different configurations of the surface in the case of flow guide elements to be arranged between the spacers and the windings.
    [0014] Bezugnehmendauf 1 ist dort eineperspektivische Ansicht eines beispielhaften, allgemein mit 10 bezeichnetenGenerators veranschaulicht, der einen Rotor oder Läufer 12 undeine modulare Feldwicklung 14 aufweist, die auf dem Rotor 12 mitdiesem umlaufend montiert ist. Bei der Darstellung ist auch eineim Wesentlichen zylindrische Abdeckung 16 veranschaulicht,die einen Teil des Rotors bildet, wobei die Abdeckung 16 derKlarheit wegen von ihrer normalen, den Rotor und die modulare Feldwicklung abdeckendenLage axial zurückgeschobenist. Der Stator des Generators ist nicht dargestellt. Eine vollständige Beschreibungdes Generators 10 mit der modularen Feldwicklung auf demRotor ist in der US-Patentanmeldung S/N 09/977,211, angemeldet am16. Oktober 2001 im Namen von Yu Wang und mit dem Titel „Apparatusand Method for Field Winding Assembly Mountable in a SynchronousMachine" enthalten,deren Inhalt durch Bezugnahme hier mit eingeschlossen ist. Es genügt zu bemerken,dass der Rotor 12 eine Anzahl einen mehrpoligen Magnetkernbildender Magnetpole 18 und eine Anzahl modularer Feldwicklungen 14 aufweist,von denen jeweils eine fürjeden Pol vorgesehen ist. Der Rotor 12 weist außerdem zweivon dem Rotorkern radial nach außen ragende Stege oder Rippen 20 auf.Referring to 1 there is a perspective view of an example, generally with 10 designated generator, which illustrates a rotor or rotor 12 and a modular field winding 14 has on the rotor 12 with this is mounted all round. Also shown is a substantially cylindrical cover 16 illustrates which forms part of the rotor, the cover 16 for clarity, because of its normal position covering the rotor and the modular field winding, is pushed back axially. The stator of the generator is not shown. A full description of the generator 10 with the modular field winding on the rotor is contained in US patent application S / N 09 / 977,211, filed October 16, 2001 in the name of Yu Wang and entitled "Apparatus and Method for Field Winding Assembly Mountable in a Synchronous Machine" , the content of which is hereby incorporated by reference. It suffices to note that the rotor 12 a number of magnetic poles forming a multi-pole magnetic core 18 and a number of modular field windings 14 has, one of which is provided for each pole. The rotor 12 also has two webs or ribs projecting radially outward from the rotor core 20 on.
    [0015] Beidem dargestellten Rotor weist jede modulare Feldwicklung 14 einezentrale Öffnung 22 auf, indie ein Pol 18 ragt. Die Wicklungen 14 sind axial undin Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Zum Beispiel sind, wiedargestellt, jeweils einen Teil einer Wicklung 14 bildende,axial sich erstreckende Spulen 24 in Umfangsrichtung durcheine Reihe axial voneinander beabstandeter Abstandsstücke oder Leitelemente 26 imAbstand voneinander gehalten. Die Leitelemente 26 sindan den Stege oder Rippen 20 durch nicht dargestellte Sicherungsschienenbefestigt, die die modularen Wicklungen 14 an den Polen 18 sichern.Aus der Betrachtung der 1 ergibt sich,dass die axial verlaufenden Spulen 24 in Umfangsrichtungvoneinander beabstandet sind und dass die Abstandsstücke 26 imaxialen Abstand voneinander stehen. Demgemäß bilden die Spulen 24 unddie Abstandsstücke 26 eineAnzahl im Wesentlichen keilförmiger Öffnungenoder Durchlässe 28,die sich in einer im Wesentlichen radialen Richtung von der Nähe des Rotorkernsaus zu der radial außenliegenden Außenfläche desRotors erstrecken. Kühlgas z.B.Luft- oder Wasserstoff, kann somit vom, radial gesehen, Rotorinnerenaus durch die Öffnungen 28 ineiner radial nach außenweisenden Richtung strömen,um die Wicklungen 14 zu kühlen. Zu bemerken ist, dassbei dieser Anordnung die Öffnungen 28 eine Querschnittsfläche aufweisen,die in einer radial nach außenweisenden Richtung zunimmt. Kühlgas dasvon dem Rotorinneren durch die Öffnungen 28 radialnach außenströmtverliert deshalb generell an Geschwindigkeit, was einen verkleinertenWärmeübertragungskoeffizientenergibt.In the rotor shown, each modular field winding has 14 a central opening 22 on into which a pole 18 protrudes. The windings 14 are axially and circumferentially spaced apart. For example, as shown, each is part of a winding 14 forming, axially extending coils 24 in the circumferential direction by a series of axially spaced spacers or guide elements 26 kept apart. The guiding elements 26 are on the webs or ribs 20 attached by securing rails, not shown, the modular windings 14 at the poles 18 to back up. From considering the 1 results in the axially extending coils 24 are spaced apart in the circumferential direction and that the spacers 26 are at an axial distance from each other. Accordingly, the coils form 24 and the spacers 26 a number of substantially wedge-shaped openings or passages 28 which extend in a substantially radial direction from the vicinity of the rotor core to the radially outer outer surface of the rotor. Cooling gas, for example air or hydrogen, can thus, viewed radially, from inside the rotor through the openings 28 flow around the windings in a radially outward direction 14 to cool. It should be noted that with this arrangement the openings 28 have a cross-sectional area that increases in a radially outward direction. Cooling gas from the inside of the rotor through the openings 28 The radially outward flow therefore generally loses speed, which results in a reduced heat transfer coefficient.
    [0016] Umeinen besseren Wärmeübertragungskoeffizientenzu erzielen, sind Mittel vorgesehen, einen Kühlgasstrom längs derWindungen von radial innerhalb der Spulen aus in einer im Wesentlichenradial nach außenweisenden Richtung zu Austrittstellen an dem Außenumfang des Rotors zu leiten,um so die Spulen zu kühlen.Zu den Strömungsleitmittelnkönnenz.B. Strömungsleitelemente 30 zählen, diein jeder der Öffnungen 28 angeordnetsind. Die Strömungsleitelementekönnenaus einem elektrisch nicht leitenden Material, z.B. einem thermoplastischenMaterial bestehen oder metallisch sein, wobei dann längs derOberflächeneine geeignete elektrische Isolation vorgesehen ist. Wie in 3 übertrieben dargestellt, können dieStrömungsleitelemente 30 dieGestalt kegelstumpfförmigerSektoren aufweisen, die in Umfangsrichtung mit den Spulen 24 fluchtendeSeiten 32 und in Achs richtung mit den Abstandsstücken 26 fluchtendeSeiten 33 aufweisen. Wie in 3 veranschaulicht,bilden die Elemente 30 und die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Spulen 24 zwischen den in Umfangsrichtung miteinanderfluchtenden Flächen 32 undden Spulen 24 Strömungskanäle 35 aus,die in Radialrichtung eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweisen.Die Strömungsgeschwindigkeitzwischen den Elementen 30 und den Windungen 24 bleibtdeshalb konstant, und der Wärmeübertragungskoeffizientbleibt überdie ganze radiale Erstreckung der Windungen ebenfalls konstant.In order to achieve a better heat transfer coefficient, means are provided for guiding a cooling gas flow along the windings from radially inside the coils in a substantially radially outward direction to exit points on the outer circumference of the rotor so as to cool the coils. Flow guiding elements can be used for the flow guiding means 30 count that in each of the openings 28 are arranged. The flow guiding elements can consist of an electrically non-conductive material, for example a thermoplastic material, or they can be metallic, in which case suitable electrical insulation is then provided along the surfaces. As in 3 Exaggerated, the flow guide 30 have the shape of frusto-conical sectors which are circumferential with the coils 24 aligned sides 32 and in the axial direction with the spacers 26 have aligned sides 33. As in 3 illustrated, form the elements 30 and the coils lying next to each other in the circumferential direction 24 between the surfaces aligned with one another in the circumferential direction 32 and the coils 24 flow channels 35 from which have a substantially constant cross-sectional area in the radial direction. The flow rate between the elements 30 and the turns 24 therefore remains constant, and the heat transfer coefficient also remains constant over the entire radial extent of the turns.
    [0017] In 4 sind die Strömungsleitelemente 30 durchAbstützungen(Wangen) 38 von den in Umfangsrichtung angrenzenden Spulen 24 beabstandet, wodurchdie Elemente 30 von den Spulen 24 im Abstand gehaltenund Strömungsdurchlässe 35 mitim Wesentlichen konstanten Durchtrittsflächen definiert sind. Zu bemerkenist auch, dass die mit den in Umfangsrichtung angrenzenden Windungenfluchtenden Oberflächender Strömungsleitelementemit den fluchtenden Oberflächender Windungen zusammenlaufen, d.h. konvergieren können. Wiez.B. in 5 dargestellt,haben die Strömungsleitelemente 30 bspw.schrägeFlächen 37,die in einer radial nach außenweisenden Richtung zu den angrenzenden, in Umfangsrichtung fluchtendenWindungen hin geneigt sind. Bei dieser Geometrie nimmt die Querschnittsfläche desdazwischenliegenden jeweiligen Strömungsdurchlasses 39 ineiner radial nach außenweisenden Richtung ab. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, womitdemzufolge der Wärmeübertragungskoeffizientzur Erzielung einer größeren Kühlwirkungzunimmt. Demgemäß kann dasheißere strömungsabwärtige, d.h.radial nach außengeleitete Gas, im Vergleich zu dem Wärmeübertragungskoeffizienten beiden radial zuinnerst liegenden Abschnitten des Strömungsdurchlasses,immer noch den gleichen oder sogar einen größeren Wärmeübertragungskoeffizien ten aufweisen.In 4 are the flow control elements 30 through supports (cheeks) 38 from the coils adjacent in the circumferential direction 24 spaced, creating the elements 30 from the coils 24 kept at a distance and flow passages 35 are defined with substantially constant passage areas. It should also be noted that the surfaces of the flow-guiding elements that are aligned with the turns adjacent in the circumferential direction converge with the aligned surfaces of the turns, that is, they can converge. As for example in 5 shown, have the flow control elements 30 e.g. sloping surfaces 37 which are inclined in a radially outward direction towards the adjacent, circumferentially aligned turns. With this geometry, the cross-sectional area of the respective flow passage in between increases 39 in a radially outward direction. This increases the flow rate, which increases the heat transfer coefficient to achieve a greater cooling effect. Accordingly, the hotter downstream, ie, radially outward gas, may still have the same or even a greater heat transfer coefficient compared to the heat transfer coefficient at the radially innermost portions of the flow passage.
    [0018] Inden 6 bis 9 sind eine Reihe von Oberflächengestaltungender den Windungen 24 gegenüberliegenden, ausgerichtetenFlächen 32 oder 37 der Strömungsleitelemente 30 veranschaulicht.In 6 sind eine Anzahlim Wesentlichen schrägverlaufender Nuten 40 in der Oberfläche 32 oder 37 ausgebildet.In 7 sind die Nuten 42 radialund nicht schrägliegend wie in 5 ausgerichtet.In 8 ist eine Reihesich überkreuzenderNuten 44, 46 in den Oberflächen 32 oder 37 derKühlelemente 30 veranschaulicht. 9 zeigt eine Kombinationder Nuten 42, 44, 46 der 7, 8 inden seitlichen Oberflächen 32, 37 desjeweiligen Elementes 30. Zu bemerken ist, dass die Oberflächenbereicheder Nuten so zugerichtet werden können, dass sich in heißen Bereichen hoheWärmeübertragungskoeffizientenergeben, indem die Strömungsgeschwindigkeitim Vergleich zu der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit in anderen Bereichenzwischen den Strömungsleitelementen 30 undden Windungen 24 erhöhtwird. Außerdemkönnenunter nochmalige Bezugnahme auf 4 die Abstützungen 38 Grübchen oderWirbelbildner oder eine Oberflächenrauheitaufweisen, was alles einen erhöhtenWärmeübertragungskoeffizientenergibt.In the 6 to 9 are a series of surface designs of the windings 24 opposite, aligned surfaces 32 or 37 the flow control elements 30 illustrated. In 6 are a number of essentially oblique grooves 40 in the surface 32 or 37 educated. In 7 are the grooves 42 radial and not inclined as in 5 aligned. In 8th is a series of intersecting grooves 44 . 46 in the surfaces 32 or 37 of the cooling elements 30 illustrated. 9 shows a combination of the grooves 42 . 44 . 46 the 7 . 8th in the side surfaces 32 . 37 of the respective element 30 , It should be noted that the surface areas of the grooves can be trimmed in such a way that high heat transfer coefficients result in hot areas by the flow velocity compared to the low flow velocity in other areas between the flow guiding elements 30 and the turns 24 is increased. You can also refer to 4 the supports 38 Dimples or vortex formers or a surface roughness, which all results in an increased heat transfer coefficient.
    [0019] Kurzzusammengefasst: Modulare Feldwicklungen (14), diejeweils mehrere Spulen (24) beinhalten sind rings um einenRotorkern angeordnet. Axial voneinander beabstandete Abstandsstücke haltendie Spulen in Umfangsrichtung im gegenseitigen Abstand, wobei dieAbstandsstückeund die Spulen radial gerichtete Öffnungen (28) in demRotor begrenzen. In den Öffnungensind Strömungsleitelemente(30) angeordnet, um in radial nach außen weisender Richtung längs derDurchlässe(35,39) zwischen den Elementen und den Spulen einekonstante oder er höhteStrömungsgeschwindigkeitdes Kühlgaseszu erzielen und den Wärmeübertragungskoeffizientenaufrecht zu erhalten oder zu vergrößern und damit die Kühlwirkungder Gasströmungauf die Windungen zu verbessern.Briefly summarized: Modular field windings ( 14 ), each with several coils ( 24 ) are arranged around a rotor core. Spacers which are axially spaced apart keep the coils at a mutual spacing in the circumferential direction, the spacers and the coils having radially directed openings ( 28 ) limit in the rotor. Flow control elements ( 30 ) arranged in a radially outward direction along the passages ( 35 . 39 ) to achieve a constant or increased flow rate of the cooling gas between the elements and the coils and to maintain or increase the heat transfer coefficient and thus to improve the cooling effect of the gas flow on the windings.
    [0020] Wenngleichdie Erfindung im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurde, diegegenwärtigals die zweckmäßigste undbevorzugte betrachtet wird, so versteht sich doch, dass die Erfindungnicht auf die geoffenbarte Ausführungsformbeschränktist, sondern dass sie im Gegenteil verschiedener Abwandlungen und äquivalenterAusbildungen im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche fähig ist.Although the invention together Hang has been described with an embodiment which is currently considered the most appropriate and preferred, it is understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but that on the contrary, various modifications and equivalent training within the scope of the appended claims is capable.
    10 10 Generator generator 1212 Rotorrotor 1414 Wicklungen windings 1616 Abdeckungcover18 18 Magnetpole magnetic poles 2020 Lappen,Rippenoverlap,ribs22 22 Öffnung opening 2424 SpulenDo the washing up26 26 Abstandsstückespacers28 28 Öffnungenopenings30 30 Strömungsleitelemente flow guide 3232 Seitenflächenfaces35,39 35,39 Strömungsdurchlässeflow passages 3838 Abstützungensupports37 37 schräge Flächensloping surfaces 40,42, 44, 464042, 44, 46 Nutengroove
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Kühlsystemfür einenGenerator, das aufweist: – einenGeneratorrotor (12) mit einem mehrpoligen Magnetkern; – eine Anzahlmodularer Feldwicklungen (14) rings um den Rotor mit jeweilseiner Wicklung fürjeden Pol, wobei jede modulare Feldwicklung eine Anzahl in Umfangsrichtungvoneinander beabstandeter Spulen (24) aufweist und in Umfangsrichtungnebeneinander liegende Spulen im Wesentlichen keilförmige Öffnungen(28) zwischen sich begrenzen; und – Luftleitelemente (30),die in den Öffnungenangeordnet sind und mit den Spulen Durchlässe (35,39) ausbilden,durch die Kühlgasvon radial unterhalb der Spulen aus in einer im Wesentlichen radialnach außenweisenden Richtung zu Austrittsstellen an dem Außenumfang des Rotors zum Kühlen derSpulen strömenkann.Cooling system for a generator, comprising: - a generator rotor ( 12 ) with a multi-pole magnetic core; - a number of modular field windings ( 14 ) around the rotor with one winding for each pole, each modular field winding having a number of coils spaced apart in the circumferential direction ( 24 ) and coils lying next to each other in the circumferential direction essentially wedge-shaped openings ( 28 ) limit between themselves; and - air control elements ( 30 ), which are arranged in the openings and passages with the coils ( 35 . 39 ), through which cooling gas can flow from radially below the coils in a substantially radially outward direction to exit points on the outer circumference of the rotor for cooling the coils.
    [2]
    System nach Anspruch 1, bei dem die Elemente (30)im Wesentlichen keilförmigsind und abmessungsmäßig kleinereEnden radial innerhalb von abmessungsmäßig größeren Enden, die an radialaußenliegendeTeile der Öffnungenangrenzen, aufweisen.The system of claim 1, wherein the elements ( 30 ) are essentially wedge-shaped and have dimensionally smaller ends radially within dimensionally larger ends which adjoin radially outer parts of the openings.
    [3]
    System nach Anspruch 1, bei dem die Durchlässe (35,39)Nuten (40,42,44,46) in Oberflächen der Elementebeinhalten, die zu in Umfangsrichtung daneben liegenden Spulen hinweisen.The system of claim 1, wherein the passages ( 35 . 39 ) Grooves ( 40 . 42 . 44 . 46 ) in surfaces of the elements which point to coils lying in the circumferential direction.
    [4]
    System nach Anspruch 1, bei dem in Umfangsrichtung einandergegenüberliegende Oberflächen derElemente auf gegenüberliegendenSeiten der Öffnungenan angrenzenden Spulen anliegen und die Nuten längs gegenüberliegender Seiten der Elementesich erstrecken, um Kühlgaszu den angrenzenden Spulen strömenzu lassen.System according to claim 1, in which each other in the circumferential directionacross fromlying surfaces of theElements on oppositeSides of the openingsabut adjacent coils and the grooves along opposite sides of the elementsextend to cooling gasflow to the adjacent coilsallow.
    [5]
    System nach Anspruch 4, bei dem die Elemente im Wesentlichenkeilförmigsind und abmessungsmäßig kleinereEnden radial innerhalb von abmessungsmäßig größeren Enden, die an radialaußenliegendeTeile der Öffnungenangrenzen, aufweisen.The system of claim 4, wherein the elements are substantiallycuneiformare smaller and smaller in sizeEnds radially within larger ends that are radialexternalParts of the openingsborder, have.
    [6]
    System nach Anspruch 1 mit einer Anzahl von Abstands- oder Leitstücken (26)an axial voneinander beabstandeten Stellen längs jeder modularen Feldwicklung,die die Öffnungenin axial voneinander beabstandete offene Kanäle unterteilen, wobei die Elementein den offenen Kanälenangeordnet sind.System according to claim 1 with a number of spacers or guide pieces ( 26 ) at axially spaced locations along each modular field winding that subdivide the openings into axially spaced open channels, the elements being arranged in the open channels.
    [7]
    System nach Anspruch 6, bei dem die Elemente im Wesentlichenkeilförmigsind und abmessungsmäßig kleinereEnden radial innerhalb von abmessungsmäßig größeren Enden, die an radialaußenliegendeTeile der Öffnungenangrenzen, aufweisen.The system of claim 6, wherein the elements are substantiallycuneiformare smaller and smaller in sizeEnds radially within larger ends that are radialexternalParts of the openingsborder, have.
    [8]
    System nach Anspruch 1, bei dem die Durchlässe (35)von Orten radial innerhalb des Rotors zu den Auslassstellen an derAußenumfangsfläche des Rotorseine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweisen, um eine im Wesentlichenkonstante Strömungsgeschwindigkeitaufrecht zu erhalten.The system of claim 1, wherein the passages ( 35 ) have a substantially constant cross-sectional area from locations radially within the rotor to the outlet locations on the outer peripheral surface of the rotor to maintain a substantially constant flow rate.
    [9]
    System nach Anspruch 1, bei dem die Durchlässe (35)eine in einer radial nach außenweisenden Richtung im Wesentlichen abnehmende Querschnittsfläche aufweisen, umdie Strömungsgeschwindigkeitzu erhöhen.The system of claim 1, wherein the passages ( 35 ) have a substantially decreasing cross-sectional area in a radially outward direction in order to increase the flow velocity.
    [10]
    System nach Anspruch 9, bei dem die Elemente imWesentlichen keilförmigsind und abmessungsmäßig kleinereEnden radial innerhalb von abmessungsmäßig größeren Enden, die an radialaußenliegendeTeile der Öffnungenangrenzen, aufweisen.The system of claim 9, wherein the elements in theEssentially wedge-shapedare smaller and smaller in sizeEnds radially within larger ends that are radialexternalParts of the openingsborder, have.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    GB0408097D0|2004-05-12|
    US6759770B1|2004-07-06|
    GB2401997A|2004-11-24|
    JP2004320996A|2004-11-11|
    GB2401997B|2006-08-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-06-06| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-02-17| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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