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Kühlluftführung für die Spulen von Schenkelpolläufern Die Kühlung
der Spulen von Schenkelpolläufern. elektrischer Maschinen bereitet besonders dann
erhebliche Schwierigkeiten, wenn es sich um relativ lange Läufer handelt. Der stimseitig
axial in die Pollücken eintretende Kühlmittelstrom wird durch die Rotation des Läufers
schon vorzeitig vor Erreichen der Läufermitte in radiale Richtung umgelenkt und
kann somit nicht mehr in genügender Weise die Wärme von der Läufennitte abführen.
Sind die Spulen in den Pollücken gegen die Fliehkraft durch Distanzstücke gesichert,
so ist die Wärmeabfuhr in der Läuferinitte praktisch unmöglich geworden, da die
Distanzstücke den axialen Kühlmitteldurchtritt unterbinden. Die radial innen liegenden
Teile der Spulen werden außerdem bei Rotation des Läufers ebenfalls weniger als
die radial außen liegenden gekühlt. Insgesamt tritt also eine ungleichmäßige Erwärmung
auf, wodurch die Leistung der Maschine zwangläufig sinkt.
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Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind eine Reihe von Vorschlägen
gemacht worden, die aber, insgesamt gesehen, das Problem nur ungenügend lösen. Bei
einer bekannten Anordnung (deutsche Auslegeschrift 1087 686) werden z. B.
Segmente mit Schlitzen zum Kühlmitteldurchtritt vorgeschlagen, die die Pollücken
radial nach außen abdecken; der hierbei axial eintretende Kühlmittelstrom kann
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doch nur bis zu den jeweiligen Wicklungsstützen durchtreten und muß dann
durch die in den Seginenten vorhandenen Schlitze in radialer Richtung aus den Pollücken
heraustreten. Auch werden bei dieser Anordnung selbstdann, wenn die Wicklungsstützen
fehlen, die radial innen liegenden Teile der Spulen, besonders zur axialen Läufermitte
hin, wegen der auf das Kühlmittel wirkenden Zentrifugalkraft erheblich geringer
gekühlt als die radial außen liegenden. Außerdem wird das Kühlmittel die in Drehrichtung
vorwärts liegende Spule durch die Umfangskraft nicht mehr genügend bestreichen und
somit diese zumindest weniger als die rückwärts liegende Spule kühlen.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung (französische Patentschrift
1201303) werden V-förmige Bleche mit ihren Außenkanten an die Spulen
angelehnt und der offene Teil der V-Forin ganz oder teilweise durch ein Abdeckblech
mit Schlitzen versteift. Die so ausgeführte Anordnung bewirkt, daß einerseits die
Spulen gegen Zentrifugalkräfte nach Art der vorher erwähnten Distanzstücke gesichert
sind, andererseits, daß das axial in die Pollücken eintretende Kühlmittel ungehindert
bis zur Läufermitte hindurchtreten kann. Da aber aus Fertigungsgründen die V-förinigen
Bleche niemals satt und auch nur indirekt über Isoliermaterial an den Spulen anliegen
können, insoweit also die Wärmeübergangszahl relativ gering wird, ist die Kühlwirkung
ebenfalls noch unbefriedigend. Außerdem besteht die Gefahr, daß das Kühlmittel schon
vor Erreichen der Polmitte durch die Zentrifugalwirkung herausgeschleudert, die
Wärmeabfuhr dort also ungenügend Wird.
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Bei einer weiteren bekannten Anordnung wird die Läuferwelle hohl ausgebildet
und der axial gerichtete Kühlmittelstrom stimseitig in den Hohlraum hineingeführt.
Von diesem Hohlraum tritt der Kühlmittelstrom durch radiale Bohrungen in die Pollücken
über und kann dann so direkt - an- den Spulen vorbeistreichend
- die Wärme abführen. Jedoch bedeutet diese Ausbildung einen erheblichen
Bauaufwand für die gesamte Maschine, da durch die Hohlwelle der Läufer ja mechanisch
zunächst einmal erheblich geschwächt wird. Sieht man von dieser Schwächung ab, so
bedeutet diese Anordnung außerdem noch, daß nur die zur Pollücke weisender!, Teile
der Spule gekühlt werden und nicht die weiter innen liegenden.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung sind die Polschenkel der Schenkelpole,
soweit sie sich gegenüberstehen, parallel zueinander ausgerichtet, ebenso die daran
befestigten Spulen. Zwischen den radial innen liegenden Teilen dieser Spulen und
der Welle ist im Joch Platz gelassen zur Bildung eines axial durchgehenden Kühlkanals.
Da in diesem Falle das Kühlmittel nur an dem radial innen liegenden, also der Welle
zugewandten Bereich der Spulen vorbeistreichen kann, wird die Wärme nur in ungenügendem
Maße abgeführt werden können. Man kann wohl zur Verbesserung der Wärmeabfuhr den
axial durchgehenden KUhlkanal vergrößern; -dadurch wird aber die Festigkeitder
Welle und des Joches zwangläufig vermindert und außerdem der Platz für den magnetischen
Fluß erheblich #eingeengt, Würde man bei dieser Anordnung die aneinanderliegenden
Längsseiten der Spulen, welche in radialer Richtung divergieren,
etwas
auseinanderzielien, so würde wohl das Kühlmittel auch in dem Bereich der nunmehr
so:entstandenen Pollücken entlangstreichen können. Durch die Fliehkraft würde, jedoch
das Kühlmittel bereits vor Erreichen der axialen Mitte des Polrades heraustreten
und so am kritischsten Punkt der Spulen die Wärme überhaupt nicht abführen können.
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Es ist auch eine Anordnung (österreichische Patentschrift
233 664) zur Führung des Kühlmittels an Schenkelpolläufern elektrischer Maschinen
bekanntgeworden, bei denen die achsparallelen Längsseiten der Pole radial nach innen
konvergieren und bei denen außerdem das in axialer Richtung in die Pollücken eintretende
Kühlmedium anschließend unter Umlenkung seiner Strömungsrichtung radial nach außen
in den Ständer übertritt. Dabei sind neben den bereits beschriebenen Distanzstücken
und dem inderLäuferwelle angeordneten axial durchgehenden Kühlkanal besondere Kühlmittelführungssegmente
vorgesehen, welche zwischen den beiden radial nach innen gerichteten und einander
zugekehrten Teilen der Erregerwicklungen angeordnet und mit Schlitzen ausgebildet
sind. Besonders dann, wenn diese Kühlmittelführungsseginente in der Pollücke radial
nach außen aufgewölbt ausgebildet werden, wird erreicht, daß das durch die Schlitze
heraustretende Kühlmittel direkt an den Erregerwicklungen vorbeistreicht und auch
bis zur axialen Mitte des Läuferkörpers gelangt. Nicht erreicht wird mit dieser
Anordnung, daß auch die, in Umfangsrichtung gesehen, innenliegenden Teile der Erregerwicklungen
in genügender Weise der Wärmeabfuhr zugänglich gemacht werden; außerdem ist für
diese Anordnung noch deswegen ein erheblicher Aufwand notwendig, weil zwei völlig
verschiedene Baueleinente, nämlich die Distanzstücke und die Kühlmittelführungsseginente,
getrennt eingebaut werden müssen.
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Es ist auch bekannt (französische Patentschrift 1358 411),
zwischen den einzelnen Windungslagen der Spulen der Kühlluftführung,dienende Kühlkanäle,
vorzusehen. Diese Anordnung gewährleistet jedoch insbesondere bei Maschinen großerAusnutzung
keine ausreichende Kühlung. Schließlich ist es bekannt (deutsches Gebrauchsmuster
1877 075), die Druckplatten, welche nach den Spulen hin offene Aussparungen
aufweisen, an den Polstützen mit Luftkanälen zu versehen. Auch hierfür gilt das
zuvor Gesagte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen. Dazu wird
bei einer Kühlluftführung für die Spulen von Schenkelpolläufern, die durch in den
Pollücken axial durchgehend angeordnete Distanzstücke gegenseitig abgestützt sind,
bei der die in axialer Richtung in zentrale Hohlräume des Läufers eintretende Kühlluft
unter Umlenkung ihrer Strömungsrichtung jeweils zwischen Spule und ' Distanzstück
radial nach außen in den Luftspalt übertritt, nach der Erfindung vorgeschlagen,
daß die Distanzstücke jeweils nur mit ihren radial außen oder radial innen befindlichen
Flächen an den Spulen anliegen und die nicht an den Spulen anliegenden Teile der
Distanzstücke in radialer Richtung sich erstreckende Aussparungen zur Führung der
Kühlluft bilden, die über durch die Spulen hindurchtretende Kühlkanäle mit ebenfalls
in radialer Richtung verlaufenden Zwischenräumen zwischen den Polschenkeln und den
Spulen in Verbindung stehen.
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In bevorzugter Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung sind dabei
diese anliegenden Teile der Distanzstücke zueinander in axialer Richtung versetzt.
In Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird außerdem vorgeschlagen,daß
die jeweils in einer Pollücke an der linken und rechten Spule anliegenden Teile
der Distanzstücke auf beiden Seiten symmetrisch angeordnet sind.
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Dabei wird die Kühlluft beispielsweise in an sich bekannter Weise
durch axiale Bohrungen im Joch des Läufers von den Stimseiten her zugeführt und
von diesen Bohrungen aus an geeigneten Stellen radial so umgelenkt, daß sie in die
soeben beschriebenen Räume eintreten kann. Es ist zweckmäßig und ebenfalls in Weiterbildung
des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die in den Raum zwischen
den Distanzstücken und den Spulen eintretende Kühlluft von hier aus in Umfangsrichtung
umgelenkt wird und durch Kühlkanäle in den Spulen, entweder in an sich bekannter
Weise, zwischen den einzelnen Lagen der Spulen oder in Weiterbildung des Gegenstandes
der Erfindung innerhalb der einzelnen Lagen, in einen weiteren Zwischenraum übertritt,
welcher zwischen den Spulen und den Polschenkeln in an sich bekannter Weise angeordnet
ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Kühlluft sehr innig an
den wärmsten Teilen der Spule vorbeistreichen und so die dort entstehende, Verlustwärme
aufnehmen kann. Von diesem weiteren Zwischenraum kann dann die Kühlluft wieder zurückgelenkt
werden, beispielsweise durch den oberen Teil der Spulen, und in Aussparungen zwischen
den Distanzstücken und den Spulen übertreten, die in axialer Richtung versetzt sind,
und von diesen in radialer Richtung in den Luftspalt austreten.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung be.-schrieben, in welcher
in der F i g. 1 eine Teilansicht im Schnitt einer Pollücke mit anliegenden
Spulen dargestellt wird und in der F i g. 2 ein Schnitt dazu entsprechend
der Linie A -B der F i g. 1; der Schnitt der F i
g. 1 ist entsprechend den Schnittlinien C-D bzw. E-F (diese spiegelbildlich)
der F i g. 2 durchgeführt.
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Die Pollücke 1 befindet sich zwischen den beiden Schenkelpolen
2, 3. In ihr ist das nach der Erfindung ausgebildete Distanzstück 4 angeordnet
und wird durch einen Bolzen 5 im Joch 6 des nicht dargestellten Läufers
gehalten. Das Distanzstück 4 liegt an den Spulen 7, 8 teilweise an, und zwar
an der Spule 7 im radial äußeren Bereich 9 und an der Spule
8 im radial inneren Bereich 10. Dort wo das Distanzstück 4 nicht an
den Spulen 7, 8 anliegt, sind Aussparungen 13 gebildet, durch welche
die Kühlluft im wesentlichen in radialer Richtung strömen kann. Dazu tritt die Kühlluft
von den Stirnseiten her in die Bohrungen 11 ein und wird durch mit diesen
Bohrungen 11 verbundene weitere Bohrungen 12 in radialer Richtung umgelenkt
und so in die Aussparungen 13 geführt. Von hier tritt die Kühlluft durch
Kühlkanäle 15, die sich zwischen oder inden einzelnen Lagen der Spulen
7, 8 befinden, in Zwischenräume 14 über. Diese befinden sich zwischen den
Spulen 7,8 und den Polsch#enkeln der Schenkelpole 2, 3. Es ist dabei
möglich, daß die Kühlkanäle 15 gleichmäßig verteilt in oder zwischen allen
Lagen der Spulen 7, 8 angeordnet sind oder auch nur an einigen wenigen Stellen.
Besonders in letzterem Falle wird dadurch der Aufwand für diese Kühlkanäle
15 erheblich vermindert.
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Von den Zwischenräumen 14 strömt die Kühlluft in radialer oder im
wesentlichen radialer Richtung
nach außen und gelangt so zu den
Kühlkanälen 16,
durch welche sie im wesentlichen in Umfangsrichtung in die
Aussparungen 13 übertritt, wobei diese Aussparungen 13 nunmehr axial
versetzt sind gegenüber denjenigen Aussparungen 13, welche über die weiteren
Bohrungen 12 mit den Bohrung.,en 11 direkt verbunden sind. Von diesen Aussparungen
13 kann dann die Kühlluft aus dem Läufer in den Luftspalt in an sich bekannter
Weise übertreten.
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Man erkennt, daß durch die Anordnung nach der Erfindung und deren
Weiterbildung ein besonders inniges Vorbeistreichen der Kühlluft an den Verlustwärme
erzeugenden Teilen einer elektrischen Maschine, insbesondere also an den Spulen
von Schenkelpolläufern, erreicht wird. Gleichzeitig wird dabei in überraschender
Weise der Vorteil erzielt, daß die der Kühlluftführung dienenden Teile gleichzeitig
zur Halterung der Spulen in einfacher Weise mit herangezogen werden und so als Distanzstücke
dienen können, ohne, daß dadurch die Führung der Kühlluft irgendwie beeinträchtigt
wird.
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Es ist auch denkbar, daß die Aussparungen 13, die sich beiderseits
des Distanzstückes 4 in den Pollücken befinden, unter Umständen direkt durch schrägliegende
Bohrungen 17 miteinander verbunden sind; dieses wird besonders dann der Fall
sein, wenn die auftretende Verlustwänne nicht so- erheblich ist, daß die Kühlkanäle
15, 16 in oder zwischen den Spulen 7,8 unbedingt angebracht werden
müssen. Dabei werden dann selbstverständlich auch die Zwischenräume 14 entfallen
können, sofern man sie nicht in an sich bekannter Weise durch zusätzlich anzubringende
Bohrungen mit der Bohrung 11 verbindet und direkt dort die Kühlluft zuströmen
läßt; diese tritt dann durch an sich bekannte, im Polschuh angeordnete Bohrungen
18 bzw. öffnungen wieder aus. Für das Wesen der Erfindung ist es belanglos,
ob die beiderseits der Distanzstücke 4 angeordneten Aussparungen 13 in axialer
Richtung zueinander versetzt sind oder nicht. Aus Festigkeits- und Sicherheitsgründen
für die, Spulen 7, 8 wird man jedoch in den meisten Fällen ein axiales Versetzen
dieser Aussparungen 13 nicht vornehmen.