专利名称：带有轴向冷却的旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压旋转电机，例如同步电机、还有双路馈电电机(在异步静态电流换流器诸级中应用)、外极电机和同步磁通电机、以及主要打算作为电站中的发电机用来发电的交流电机。本发明特别涉及这样的电机的冷却。
用于高压，即电压超过约10kV具有30-35kV的最大值，的电机，通常布置成带有一个用于电机强制冷却的冷却系统。
旋转高压电机通常建造一个有一个焊接结构的钢片定子体。层叠铁心一般由涂漆的0.35或0.5mm的电工钢片形成。定子绕组位于片状铁心中的槽内，槽通常具有矩形或梯形的横截面。每个绕组相包括多个串联连接的线圈组，并且每个线圈组包括多个串联连接的线圈。线圈的不同部分是用于置于定子中的部分的指定线圈侧、和用于位于定子外部的部分的端部绕组。一个线圈包括按高度和/或宽度聚在一起的一个或多个导体。
在每个导体之间有一种薄的绝缘物，例如环氧树脂/玻璃纤维。
线圈与槽用一种线圈绝缘物隔离开，即一种打算用来承受电机对地的额定电压的绝缘物。作为绝缘材料，可以使用各种塑料、涂漆和玻璃纤维材料。通常，使用所谓的云母带，云母带是云母与硬塑料的混合物，专门生产以提供对能迅速击穿绝缘的局部放电的耐受力。通过把云母带绕线圈缠绕数层，而把绝缘物施加到线圈上。浸渍绝缘物，然后用石墨基油漆涂敷线圈侧，以改进与连接到地电位的周围定子的接触。
在发电机的情况下，电机通常必须经一个变压器连接到电力网上，变压器把电压升压到电力网的电压值-在约130-400kV的范围内。本发明打算用于高压，在36-800kV的工作范围内。
在定子绕组中，在如下所述的电缆中，通过使用高压绝缘的电导体，就与在用来传送电力的电缆(例如交联的聚乙烯(XLPE)电缆)中使用的相类似的固体绝缘物而论，能把电机的电压增大到这样的电压值，它能直接连接到电力网上而不用中间变压器。因而能省去常规的变压器。该概念一般要求，在定子中把电缆置于其中的槽要比关于常规技术的深(由较高电压和绕组的较多匝数造成较厚的绝缘)。这意味着损耗分布因此将不同于常规电机的损耗分布，这又带来与冷却例如定子齿有关的新问题。
对于冷却例如同步电机的绕组，有三种能使用的系统。对于空气冷却，通过流经绕组的空气来冷却定子的绕组以及转子的绕组。空气冷却导管布置在层叠的定子片中以及转子中。就通过空气径向通风和冷却而论，至少对于中等尺寸和大尺寸的电机，把层叠的铁心划分成包括布置在铁心中的径向和轴向通风导管的组。冷却空气可以是周围的空气，但在1MW以上的功率下，主要使用一种带有一个热交换器的封闭冷却系统。氢冷却通常用在较大的涡轮发电机中、和大型同步补偿器中。冷却方法以与带有一个热交换器的空气冷却相同的方式工作，但使用氢而不是空气作为冷却介质。氢比空气具有更好的冷却能力，但在密封和检测泄漏方面出现困难。通过冲压层叠的定子片制造冷却导管，当为建造一段导管而叠置诸片时这些定子片就构成了导管。结果是由于在气体冷却导管中的许多小的凹凸不平之处造成跨过电机的压降增大。
在功率范围500-1000MW的涡轮发电机中，还知道用水冷却定子绕组以及转子绕组。作为置于定子绕组中导体内的管来制成冷却导管。在大型电机中的问题是冷却趋于变得不均匀，并因此在电机中产生温度变化。
认为在3-25kV的电压范围内，能以良好的效果制造用于旋转发电机的线圈。
然而，开发更高电压的发电机的努力已经进行了很长时间。例如，由“电气世界(Electrical World)”,1932年10月15日，第524-525页，这是显然的。这篇文章描述了如何对于33kV布置由Parson1929年设计的发电机。还描述了在比利时Langerbrugge产生36kV电压的发电机。尽管该文还推测了进一步增大电压值的可能性，但发展却受到这些发电机所基于的概念的限制。这主要是因为其中在几个分开的层中使用浸漆层云母油和纸的绝缘系统的缺陷。
在从1984年4月来自电力研究所(Electric Power Research Institute)的报告EPRI,EL-3391中，对发电机概念加以考虑以便在发电机中实现较高电压，目的是把这样一种发电机连接到电力网上而不用中间变压器。在该报告中，评价了这样一种方案，以提供良好的效率增益和大量的财政益处。在1984年认为有可能开始开发直接连接到电力网上的发电机的主要原因是，这时已经开发了超导转子。超导场绕组相当大的激励容量能够使用具有足够厚度的气隙绕组来承受电应力。
通过把根据该方案认为最有希望的概念、设计一种带有绕组的磁路的概念(所谓的“单块筒形电枢”)、和一种其中把两个导体筒封入在三个绝缘筒内且整个结构不用齿连接到一个铁心上的概念相结合，估计用于高压的旋转电机能直接连接到电力网上。这种方案要求主绝缘必须制造得足够厚，以承受网对网和网对地电位。除了它需要超导转子外，关于提出方案的明显缺点是也需要非常厚的绝缘，这增大了电机尺寸。端部绕组必须用油或氟利昂绝缘和冷却，以便控制在端部的强电场。整个电机必须气密地封闭，以防止液态介电介质从大气中吸收水分。
尤其在杂志J.Elektrotechnika 1970年第1期第6-8页标题为“水和油冷涡轮发电机TVM-300”的文章中，在US 4,429,244的“发电机的定子”中，及在俄罗斯专利文件CCCP Patent 955369中，描述了对关于同步发电机设计的一种新方法的一些尝试。
在J.Elektrotechnika中描述的水和油冷却的同步电机打算用于高达20kV的电压。文章描述了一种由油/纸绝缘物组成的新绝缘系统，这有可能把定子完全浸入油中。油然后能用作冷却剂，并同时用作绝缘物。为防止定子中的油向转子外漏，一个介电油隔离环提供在铁心的内表面处。定子绕组由具有椭圆空心形状、装有油和纸绝缘物的导体制造。带有其绝缘的线圈侧借助于楔形件固定在以矩形横截面制成的槽上。作为冷却剂，油既用在空心导体中又用在定子壁的孔中。然而，这样的冷却系统在端部绕组处伴随着大量油和电的连接。厚绝缘还带来导体的曲率半径增大，这又引起绕组突出部分的尺寸增大。
上述的US专利涉及一种同步电机的定子部分，同步电机包括带有用于定子绕组的梯形槽的层压板磁心。由于定子绕组所需的绝缘朝转子的内部减弱，转子处设置有最靠近中性点布置的绕组部分，所以各个槽是锥形的。此外，定子部分包括最靠近铁心内表面的介电油隔离筒，与缺少这个环的电机相比，这个筒可以增大磁化激励要求。定子绕组由对于每个油层具有相同直径的油浸透的电缆制造。诸层借助于槽中的垫片彼此隔开，并且用楔形件固定。关于绕组的特别之处在于，它包括串联连接的两个所谓的半绕组。两个半绕组之一位于、对中在绝缘套内。定子绕组的导体由周围的油冷却。有这么多油在系统中的缺点是，有泄漏的危险，并且由故障状态可能导致大量的清理工作。绝缘套位于槽外的那些部分带有一个圆柱部分和一个用载流层加强的锥形终端，其目的在于控制电缆进入端部绕组的区域中的电场强度。
由CCCP 955369显见，在升高同步电机的额定电压的另一种尝试中，油冷却的定子绕组包括对所有层具有相同尺寸的常规中压绝缘导体。导体置于形成为圆形的、对应于导体的横截面面积及固定和冷却剂必需的空隙而径向设置的开口的定子槽中。绕组的不同径向布置层由绝缘管包围，并且固定在其中。绝缘垫片把管固定在定子槽中。因为油冷却，所以这里还需要一个内介电环，以把冷却剂同内气隙密封隔离开。所示的结构没有绝缘或定子槽的递减。该结构在不同定子槽之间显示出非常窄的径向腰部，这意味着有显著影响电机磁化要求的大量的槽漏磁通。
EP 0342554公开了一种包括由液体冷却介质冷却的一个定子的旋转电机。电机的定子布置有具有安装在其中的绕组的相应横截面的梯形定子槽。
EP 0493704公开了一种在定子齿中包括冷却通道的电动机。绕组在这种电动机中不规则地布置在形成于齿之间的定子中。
EP0684682公开了一种旋转电机。电机的定子布置有矩形定子槽、和一个封装有具有矩形横截面的导体的绕组。轴向气体冷却导管穿过定子齿延伸，以便实现来自导体的热传递。插入冷却导管，以便冷却定子齿的径向深度的较大部分。这意味着在较大功率电机的结构中有问题，电机将包含较多匝数的绕组、并因此包含较深定子槽，这导致机械稳定性较坏。
EP 0155405公开了一种用于旋转发电机的气体冷却构造，以便提高早先用空气来冷却的电机的容量，以达到只有水冷却电机才有的容量。
US 2,975,309公开了一种用于旋转电机、特别是涡轮发电机的油冷却定子。电机的定子布置有矩形的定子槽和一个具有相应横截面的绕组。
US 3,675,056公开了一种连接到一个流体致冷剂回路上的气密密封发电机。电机的内部填充有流经在定子中具有三角形横截面的导管的致冷剂，用来冷却具有矩形横截面的绕组。
US 3,801,843公开了一种旋转电机，带有通过热管借助于两相流体冷却剂冷却的转子和定子。定子热管位于定子槽内，并且轴向延伸到超过定子和转子的遥远位置。转子热管还用作电导体，并且用作冷却转子的热交换器。
本发明的目的在于提供一种冷却系统，用于在从10kV高到电力网电压值范围内的高压旋转电机。这样一种旋转电机能直接连接到电力网上而在它们之间不用变压器。
本发明涉及一种在高压交流发电机之类的高压电机中用来冷却定子齿、和间接冷却定子绕组的装置。
该构造包括轴向延伸的、电气绝缘的、及经穿过定子齿的轴向孔引出的管。管永久地粘结在孔中，以保证当冷却剂在管中循环时的良好冷却能力。管沿定子齿的整个轴向长度延伸，并且在定子端部联接。
根据本发明一个具体的最佳实施例，半导体层至少一个，最好是两个，它们具有与固体绝缘物相同的热膨胀系数。因而实现决定性的好处在绕组中有热运动时避免缺陷、裂缝等。
该装置包括由聚合物之类的介电材料制成的、且穿过定子磁轭中和定子齿中的轴向孔引出的轴向延伸冷却管。管嵌在孔中，以保证当冷却剂在管中循环时的良好热传递。管在定子磁轭和定子齿中沿整个定子的长度延伸，并且如有必要，它们能在定子端部中联接。
聚合物冷却管是非导电的，并因而消除了短路的危险。也不会有涡流发生在它们当中。聚合物冷却管也能冷弯，并且经几个孔引出而没有联接，这是一个重大的优点。
聚合物冷却管能由多种材料制成，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、以及填充和加强的合成橡胶。这些中最好的是具有高密度的聚乙烯，HDPE，因为导热性随密度的增大而增大。如果聚乙烯是交联的，这能通过过氧化物分解、硅烷交联或辐射交联实现，则在消除应力腐蚀危险的同时，增大其在高温下耐受压力的能力。交联聚乙烯用于水管，例如来自瑞典Wirsbo Bruks AB的XLPE管。
一根单独的管在一个实施例中穿过多于一个孔而不接合到另外的管部分上。
参照附图将更详细地描述本发明。
图1示意地表示在直径方向穿过旋转电机的定子取出的一部分的立体图；图2表示根据本发明的高压电缆的横截面图；图3示意地表示旋转电机的一个扇区；图4表示与在带有其磁轭的定子槽中的一个槽段相对应的扇区，在图3中由虚线指示；图5表示与带有其磁轭的定子齿的一个槽段相应的另一个扇区，根据本发明装有轴向冷却管；图6表示根据本发明的一种冷却回路；图7表示用于根据本发明的构造的孔的组合；图8表示根据本发明的另一种孔布置。
图1表示一种电机的一部分，其中已经拆去转子以更清楚地表示定子1的构造。定子1的主要部分由一个定子架2、一个包括定子齿4的定子铁心3、及一个定子磁轭5构成。定子还包括一个由位于空隙7中的高压电缆组成的定子绕组6，空隙7形状象自行车链条(见图3)，形成在各个单独的定子齿4之间。在图3中，定子绕组6仅由其电导体表示。如在图1中能看到的那样，定子绕组6在定子1的两侧都形成一个端部绕组接头8。由图3还明白，高压电缆的绝缘有几种尺寸，依据电缆在定子1中的径向位置分组布置。为简单起见，有图1中的定子的每一端仅示出了一端绕组组。
在较大的常规电机中，定子架2通常由一种焊接钢片结构组成。在大型电机中，定子铁心3，也称为层叠铁心，一般由0.35mm的铁心片形成，铁心片划分成具有约50mm轴向长度的叠，彼此由形成隔板的5mm通风导管隔开。然而，在根据本发明的电机中，省去通风导管。在大型电机中，通过把适当尺寸的冲压段9安装在一起以形成一个第一层，此后以直角放置每个随后的层以产生定子铁心3的一个完整板状部分，从而形成每叠层片。诸部分和隔板由压紧压力环、指状物或片(未表示)的压力支腿10保持在一起。在图1中仅表示了两个压力支腿。
图2表示根据本发明的高压电缆11的横截面图。高压电缆11包括多股例如铜(Cu)股12，它们具有圆形横截面。这些股12布置在高压电缆11的中央。绕着股12是一个第一半导体层13，而绕着第一半导体层13是一个绝缘层14，例如XLPE绝缘物。绕着绝缘层14是一个第二半导体层15。因而，在本申请中的概念“高压电缆”不包括通常包围着用于配电的这种电缆的外保护套。高压电缆具有在20-200mm范围内的直径和在80-3000mm2范围内的导电面积。
图3示意地表示电机的一个径向扇区，带有定子1的段9和带有在电机的转子17上的转子极16。也能看到，高压电缆11布置在自行车链条形状的、形成在每个定子齿4之间的空隙7中。
图4表示与在图3中用径向延伸的虚线指示的一个槽间距相对应的一个齿扇区18，把齿高定义为从齿末端19到象自行车链条的空隙7的外端20的径向距离。因而定子齿的长度等于齿高。另外，轭高定义为从象自行车链条的空隙7的外端20到定子铁心3的外端21的径向距离。后一距离指外轭部分22的宽度。另外，齿的腰部23定义为沿每个定子齿通过定子齿之间象自行车链条的空隙7形成的几个窄部之一。因而多个齿凸处径向形成在每个齿的腰部23之间，其尺寸从最靠近齿末端19的最小凸处增大到最靠近象自行车链条的空隙7的外端20的最大凸处。由图中显见，在所示扇区中外轭部分的宽度向定子铁心3的外边缘21增大。
在上述类型的高压旋转电机中，根据本发明提供至少一个定子齿4，见图5，至少一个基本上轴向延伸的冷却管(最好以一根冷却管25的形式)连接到其中布置冷却剂循环的冷却回路上。在一个可能的实施例中，冷却导管可以使用油作为冷却剂。为了实现高效的冷却，最好在每个定子齿中布置冷却导管/管。根据图5中所示的本发明的实施例，四根冷却管布置成穿过实际的齿轴向延伸，而另外两根冷却管布置成穿过所示扇区的外轭部分22轴向延伸。如能在图中看到的那样，在至少一个齿凸处中，两个细的冷却管可以彼此相邻地布置，而不是单根粗管。这两根管的每一根属于其自己的并联冷却剂回路。优点是较细的冷却管更容易弯曲成较小的半径。细管的另一个优点是这些细节不像粗管那样阻碍磁通。对于使其长轴在齿的径向的椭圆形或卵形管也能得到这个优点。根据一个实施例，所有齿凸处装有双冷却管，并且在槽间距扇区中的所有冷却管径向排列。根据另一个实施例，在槽间距扇区中的冷却管也径向排列。在所有实施例中冷却还出现在地电位上。
使冷却管与定子绕组6联合布置的其它实施例也在所附的权利要求书的范围内，例如，冷却管以固定于绕组的元件的形式置于在三角形空隙26中的绕组之间，比如，或者在专门提供的齿侧27内的槽中。
每根冷却管25装有一个绝缘层28，以便避免与在定子齿4中或在外轭部分22中的金属产生接触。导热胶可以选择性地用来粘结。在另一个最佳实施例中，每根冷却管25由聚合物(最好是XLPE)之类的介电材料制成，以便避免与在定子齿4中或在外轭部分22中与金属的电接触。所有冷却管用提供有填充物以增大导热性的冷硫化、双组分硅橡胶，嵌入在定子1内延伸的孔28中。在已经安装管25之后，把填充材料压入孔28中。填充材料还布置成在硬化之前用高压力从定子一侧压入孔28中。
所有的冷却管25都连接到一个封闭的冷却回路29上，见图6，在所示实施例中的冷却回路29包括包括一个包含冷却剂31的箱30，冷却剂31可以是水、氢气或用于回路的其它冷却剂。箱30装有一个用于控制和监视冷却剂液位的液位指示器。箱30还连接到两个由一个进口环32和一个出口环33组成的环状导管上。在进口环32与出口环33之间连接有多个并联回路，其数量一般对应于装有冷却管的定子齿或齿侧的数量，其中一个并联回路34表示在图6中。把冷却剂31布置成，从进口环32同时经每个并联回路34到出口环33，并且继续到一个循环泵35和一个循环过滤器36，经一个热交换器37，即板式热交换器，然后返回进口环32。水从水箱通过热交换器37的一端经热交换器泵38的热交换器过滤器(未表示)供给。水经交换器抽吸并且返回水箱。
图7表示置于8字形双孔39中的冷却管25的一种可选择结构。这种布置能够把定子齿中一个齿凸处24内这个孔中的两根冷却管25组合起来，如图8中所示。另外，径向排列双孔构造，也如图8中所示。
当制造按照本发明冷却的定子时，考虑到冷却管25之间的可能距离，确定第一冷却回路29的尺寸。必须选择管之间的距离，从而管能置于定子齿4在齿凸处24处的最宽部分的中央。从磁的观点出发这很重要，其目的是避免定子齿中的磁饱和。进行热学计算以保证对于径向和轴向空隙有正确数量的管，从而可在高压电缆中得到均匀的温度分布。把孔插入用于定子叠片的冲压模板中，因而不需要另外的操作。在已经叠置叠片之后但在缠绕定子之前，插入最好是不锈钢的冷却管25。管首先要绝缘，并且通过加胶且从下面插入管而粘结在孔口中。诸管可以通过焊接联接。然而，在每个并联回路34中必须提供电气绝缘管部分。这能通过选择用于连接到发电机上方的环状回路32、33的聚合物材料管来实现。
管必须嵌入，因为管与定子铁心之间的热阻否则将太高。为了增大管与定子铁心之间的热传递，空隙充满可交联的浇铸化合物。这种化合物可以由具有低粘度并因此在注入空隙之前能承受填充高含量的导热填充材料的聚合物组成，在空隙中它经化学反应转化成非流体化合物。适当化合物的例子是丙烯、环氧树脂、不饱和聚酯、聚胺基甲酸乙酯、硅，最好是后者因为它是无毒的。导热填充物也可以包括铝、镁、铁或锌的氧化物、硼或铝的氮化物、碳化硅。
嵌入的化合物可以是硅橡胶，即，比如铝氧化物和硅的混合物，即带有在铂催化剂存在时与氢聚二甲基硅氧烷反应的乙烯类聚二甲基硅氧烷。这种化合物在高压力下强制进入XLPE管与定子铁心之间的孔28中，之后通过添加到乙烯类的氢原子发生固化。
磁通在冷却管与地之间流动，如果管不同金属叠片绝缘，则会感应循环电流。管绝缘应该薄，但同时对磨损有这样的耐受力，以致于能把管插入在孔中而不损坏绝缘。管可以涂有一层漆或者用绝缘织物缠绕。
一根单独的管25布置成穿过多于两个的孔28而不与另一个管部分接合。为了减小冷却管中接合点的数量，可以使用U形管。焊接是最好的联接方法，但其他方案也是可能的，如O形圈、管接头、粘结、低温焊接等。
本发明不限于举例表示的实施例。在本发明的范围内几种改进是可能的。因而每个槽部分中的管不必串联连接，而是有时可以并联连接。类似地，几个槽部分可以串联布置。接合可以以几种不同的方式进行，例如低温焊接、螺纹接合元件、夹管等。冷却回路不必按图6中所示连接。而是它可以是开放的，在这种情况下省去热交换器。胶能依据比如其粘度用其它装置在压力下引入。最后，依据管绝缘的需要，管可以由不同材料制成，甚至是聚合物材料。
权利要求
1．一种旋转电机，包括一个定子和至少一个绕组，该旋转电机的特征在于，该电机包括一个绕组，该绕组包括一个绝缘系统，该绝缘系统包括至少两个半导体层，每层本质上构成一个等电位表面，并且还包括在其之间安置的固体绝缘物；其特征还在于，在一个齿扇区(18)中的至少一个定子齿(4)装有至少一根冷却导管，冷却导管基本上轴向延伸，并且连接到一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却回路(29)上。
2．根据权利要求1所述的电机，其特征在于，诸层中至少一层具有与固体绝缘物基本相同的热膨胀系数。
3．根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，冷却导管布置在一个定子齿(4)内部。
4．根据权利要求3所述的电机，其特征在于，冷却导管由一根冷却管(25)组成。
5．根据权利要求4所述的电机，其特征在于，每个定子齿(4)装有至少一根轴向延伸的冷却管(25)，冷却管(25)连接到一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却回路(29)上。
6．根据权利要求4-5任一项所述的电机，其特征在于，每个齿扇区(18)装有至少四根轴向延伸的冷却管(25)，其中的至少三根冷却管(25)布置成在定子齿(4)中延伸，而其余的冷却管(25)布置成在外磁轭部分(22)中延伸。
7．根据权利要求6所述的电机，其特征在于，布置在定子齿(4)中的冷却管(25)被布置在定子齿(4)中的齿凸处(24)的中心处。
8．根据权利要求4-7任一项所述的电机，其特征在于，所有冷却管(25)通过一个绝缘层(28)与定子(1)电气绝缘。
9．根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所有冷却管(34)用导热胶粘结到定子(1)上。
10．根据权利要求8-9任一项所述的电机，其特征在于，属于一个相同齿扇区(18)的所有冷却管(25)彼此成直线地径向取向。
11．根据权利要求1-10任一项所述的电机，其特征在于，冷却回路(29)装有一个绝缘部分。
12．一种冷却装有高压定子绕组的旋转电机的方法，其特征在于，通过使冷却剂(31)在冷却回路(29)中经穿过定子齿(4)径向延伸的冷却导管循环，来冷却定子。
13．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使冷却剂(31)在一个封闭回路中循环，该回路通过一个用来自水箱的水来冷却回路(29)的热交换器(37)。
14．一种包括定子、转子和至少一个绕组的旋转高压电机，其特征在于，所述绕组包括至少一个载流导体，一个具有半导体性能绕所述导体提供的第一层，一个绕所述第一层提供的固体绝缘层，及一个具有半导体性能绕所述绝缘层提供的第二层；其特征还在于，在一个齿扇区(18)中的至少一个定子齿(4)装有至少一根冷却导管，冷却导管基本上轴向延伸，并且连接到一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却回路(29)上。
15．根据权利要求14所述的旋转电机，其特征在于，所述第一层的电位基本等于导体的电位。
16．根据权利要求14或15所述的旋转电机，其特征在于，把所述第二层布置成基本构成一个围绕所述导体的等电位表面。
17．根据权利要求16所述的旋转电机，其特征在于，所述第二层连接到一个预定电位上。
18．根据权利要求17所述的旋转电机，其特征在于，所述预定电位是地电位。
19．根据权利要求14、15、16、17或18任一项所述的旋转电机，其特征在于，至少两个相邻层具有基本相等的热膨胀系数。
20．根据权利要求14-19任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述载流导体包括多股，仅少数所述股没有彼此绝缘。
21．根据权利要求14-20任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述三个层的每一个基本上沿整个连接表面固定连接到相邻层上。
22．一种带有一个用于高压的磁路的旋转电机，该磁路包括一个磁心和一个绕组，该旋转电机的特征在于，所述绕组由一根包括一个或多个载流导体的电缆形成，每个导体有多股，一个内半导体层绕每个导体提供，一个固体绝缘材料的绝缘层绕所述内半导体层提供，及一个外半导体层绕所述绝缘层提供；其特征还在于，在一个齿扇区(18)中的至少一个定子齿(4)装有至少一根冷却导管，冷却导管基本上轴向延伸，并且连接到一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却回路(29)上。
23．根据权利要求22所述的旋转电机，其特征在于，所述电缆还包括一个金属屏蔽层和一个护套。
24．一种包括定子、转子和绕组的旋转高压电机，转子包括一个外磁轭部分(22)，它在径向朝向中心突出的定子齿(4)，在定子齿(4)之间形成其中放置绕组的轨道，该旋转高压电机的特征在于，定子齿布置有多个如此形成的凹槽，使每个凹槽将显示出置于其之间的槽中的绕组的形式；其特征还在于，轴向放置的冷却管(25)安装在定子齿中，这些冷却管连接到一个冷却回路(29)上，在冷却回路(29)中布置有循环的气相或液相冷却介质；其特征还在于，冷却管径向地安置在凹槽之间的定子齿中。
25．根据权利要求24所述的旋转电机，其特征在于，所述绕组包括至少一个载流导体，一个具有半导体性能绕所述导体提供的第一层，一个绕所述第一层提供的固体绝缘层，及一个具有半导体性能绕所述绝缘层提供的第二层。
26．根据权利要求24-25任一项所述的旋转电机，其特征在于，冷却管(25)与定子电气绝缘。
27．根据权利要求26所述的旋转电机，其特征在于，冷却管(25)由介电材料管组成。
28．根据权利要求26所述的旋转电机，其特征在于，冷却管(25)通过一个绝缘层(28)同定子电气绝缘。
29．根据权利要求27所述的旋转电机，其特征在于，冷却管(25)由非圆横截面的管组成。
30．根据权利要求29所述的旋转电机，其特征在于，冷却管(25)由具有椭圆形横截面的XLPE管组成。
31．根据权利要求24-30任一项所述的旋转电机，其特征在于，冷却管(25)通过一种导热粘合剂连接到定子上。
32．根据权利要求24-30任一项所述的旋转电机，其特征在于，以径向交叉形状见到的至少三根冷却管(25)布置在定子齿中，而其余的冷却管(25)布置在定子磁轭部分中。
33．一种包括一个定子、转子和至少一个绕组的旋转高压电机，其特征在于，定子(1)装有至少一根冷却管(25)，冷却管(25)由介电材料制成并且插入穿过定子(1)轴向延伸的一个孔(28)中，所述管与一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却回路(29)连通。
34．根据权利要求33所述的电机，其特征在于，冷却管(25)由聚合物材料制成。
35．根据权利要求33所述的电机，其特征在于，冷却管(25)由高密度聚乙烯(HDPE)制成。
36．根据权利要求33所述的电机，其特征在于，冷却管(25)由交联的聚乙烯(XLPE)制成。
37．根据权利要求33-36任一项所述的电机，其特征在于，冷却管(25)用交联的浇铸化合物嵌在定子(1)内的孔(28)中。
38．根据权利要求37所述的电机，其特征在于，冷却管(25)用带有双组分硅橡胶的填充材料嵌在孔(28)中。
39．根据权利要求37所述的电机，其特征在于，填充材料由氧化铝、氮化硼或碳化硅中的任一种组成。
40．根据权利要求33-39任一项所述的电机，其特征在于，冷却管(25)布置在至少一个定子齿(4)内部。
41．根据权利要求40所述的电机，其特征在于，每个定子齿(4)装有至少一根轴向延伸的冷却管(25)，冷却管(25)与一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却剂回路(29)连通。
42．根据权利要求33-41任一项所述的电机，其特征在于，每个齿扇区(18)装有至少四根轴向延伸的冷却管(25)，其中的至少三根冷却管(25)布置成在定子齿(4)中延伸，而其余的冷却管(25)布置成在外磁轭部分(22)中延伸。
43．根据权利要求40-42任一项所述的电机，其特征在于，布置在定子齿(4)中的冷却管(25)被布置在定子齿(4)内的齿凸处(24)的中心处。
44．根据权利要求40-43任一项所述的电机，其特征在于，属于一个相同齿扇区(18)的所有冷却管(25)彼此径向排列取向。
45．根据权利要求43或44任一项所述的电机，其特征在于，至少一个齿凸处装有两根冷却管(25)。
46．根据权利要求33-45任一项所述的电机，其特征在于，冷却管(25)具有椭圆形横截面。
47．根据权利要求33-46任一项所述的电机，其特征在于，高压电缆(11)具有在20-200mm范围内的直径和在30-3000mm2范围内的导电面积。
48．根据以上权利要求任一项所述的电机，其特征在于，在已经安装管(25)之后，把填充材料压入孔(28)中。
49．根据以上权利要求任一项所述的电机，其特征在于，填充材料布置成在硬化之前用高压力从定子一侧压入孔(28)中。
50．根据权利要求33所述的电机，其特征在于，冷却管(25)由聚乙烯(PE)制成。
51．根据以上权利要求任一项所述的电机，其特征在于，一根单独的冷却管(25)布置成穿过多于两个孔(28)而不与另一个管部分接合。
52．根据权利要求45-51任一项所述的电机，其特征在于，孔(28)形成为8字形双孔(39)。
全文摘要
一种旋转电机,包括一个缠绕有高压电缆的、且装有从一个外磁轭部分(22)在一个齿扇区(18)中径向朝内延伸的定子齿(4)的定子(1),其中至少一个定子齿(4)装有一根轴向延伸的冷却导管,冷却导管连接到一个其中布置有循环的冷却剂(31)的冷却回路(29)上;及一种冷却装有高压定子绕组的旋转电机的方法,其中通过使冷却剂(31)在冷却回路(29)中经穿过定子(1)轴向延伸的冷却管(25)循环,来冷却定子绕组。
文档编号H02K3/40GK1220036SQ9719504
公开日1999年6月16日 申请日期1997年5月27日 优先权日1996年5月29日
发明者玛斯·雷乔, 古纳·奇兰德, 高兰·赫尔姆斯托姆, 彼特·卡斯特森, 汉斯奥夫·卡尔丁 申请人:Abb阿西亚布朗·勃法瑞公司