DE1538818A1 - Dynamoelektrische Maschine - Google Patents

Description

DfPL.-PHYS. F. ENDLfCH r- *> η « «t <f ^G3* "nterpfaffenhofen 4-liovember 1966

-PATENTANWALT IMOOIQ ^^^^^^

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TELEQRAMMAPRESSE: PATENDHGH MDNOHEN

Unsere Akteί

-"Anmelders General Electric Company, Scheneotady, Hew York, K.Y. USA.

Dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung betrifft dynamoelektrische Maschinen wie Elektromotoren und Generatoren, insbesondere eine Einrichtung für die Ableitung zur Atmosphäre von Wärme, die normalerweise während des Betriebs derartiger Maschinen erzeugt wird« Der einfacheren Beschreibung wegen ist das abgebildete Ausführungsbeispiel auf das Kühlsystem eines sonst üblichen Elektromotors bezogen.

Eine der häufigsten Ursachen für den vorzeitigen Ausfall eines ElektrOmotors besteht in. der "Öberhitzung seiner Wicklungen, Eine prinzipielle Begrenzung der Größe der mechanischen Ausgangsleistung oder Kapazität»' die mit einem gegebenen Elektromotor erreichbar ist,= stellt die lemperatur dar, bei der ein Gleichge-' wicht-szustanä zwischen den elektrischen Verlusten in Form von im Motor erzeugter Wärme einerseits und der Geschwindigkeit _r mit der die Wärme von dem Motor nach außen abgeleitet werden kann,, andererseits, siöh einstellt. Im allgemeinen steigt die mit einem gegebenen Elektromotor erreichbare maximale Leistung an, wenn die Wärmeableitung'vom Motor bei sonst konstanten Bedingungen verbessert wird« Die Yerwentosg: ein@s wirksamen_f aber trotzdem kom-. pakten Kühlsystems erlaufet tt,a« die Yerkleineripig der Abmessungen

des Motors.. · ·

Ein sehr wirksames Kühlsystem für Elektromotoren"in Bezug auf einfachen Aufbau und Schnelligkeit der Wärmeableitung.'-' ist das sog« offene System» bei dem ein Axiallüfter oder --ventilator auf dem Motor des Motors angebracht ist und an einem Motorende angesaugte Kühlluft durch axial verlauf ende Kanäle in dem Stator am anderen Motorende nach außen drückt. Oft enthält Jedoch die Umgebung, besonders bei industrieller Anwendung, Fett, Staub, Kies,. Feuchtigkeit, öl und dergleichen., die die Verwendung des offenen Kühlsystems unmöglich machen.

Die Notwendigkeit, Motoren für (Len Betrieb in einer verunreinigten Umgebung zu bauen, hat zu vollständig abgeschlossenen Motoren geführt, in denen die Wärme zu äußeren Kühlrippen geleitet wird, aber kein Austausch von Kühlluft innerhalb des Motorgehäuses erfolgt* Es gibt jedoch viele Anwendungen "von Elektromotoren., die einen größeren Schütz erfordern, als er durch einen offenen Motoraufbau gewährleistet ist, während ein vollständig gekapselter Motor mit seinem weniger wirksamen Kühlsystem und seinen größeren Abmessungen nicht notwendig ist» Zum Beispiel ist ein begrenzter Austausch von äußerer Luft innerhalb des Motors möglich, um. die Wärmeableitung zur Umgebung beträchtlich zu erhöhen, oder vielleicht braucht nur ein Ende des Motors vollständig gekapselt zu sein, wie das Riemenseheiben-« oder Antriebsende*

Bisher wurde ein derartiger hybrider Elektromotor nicht gebaut, der einerseits «»,die Widerstandsfähigkeit des vollständig gekapselten Motors in einer verunreinigten Umgebung und andererseits die guten Kühleigenschaften eines offenen Motors hat. Diese neuen Motoren haben vorzugsweise sehr viele

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Bauteile mit den vorhandenen Motoren gemeinsam, und ihr Kühlsystem let relativ einfach, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues Kühlsystem für dynamoelektrische Maschinen anzugeben, insbesondere ein wiriamgsvolleres Kühlsystem, das Schutz Tor einer verunreinigten Umgebung gewährleistet. Ferner soll das Kühlsystem leicht an die gegenwärtigen Sinphaeen-Maschinen angepaßt werden können, ferner soll das Kühlsystem den Wirkungsgrad des offenen Kühlsystems erreichen, obwohl nur ein geringer Teil der bei vollständig gekapselten Kühlsystemen notwendigen Schutzmaßnahmen erforderlich ist.

Ein beTorzugtee Aueführungsbeispiel gemäß der Erfindung hat an einem Motorende einen durchlöcherten Endschild, der sonst den gleichen Aufbau wie bei den vollständig gekapselten , Motoren hat. Ein Zentrifugallüfter befindet sich außerhalb des End β childs auf einer Verlängerung der Rotorwelle, und ein umschließender Lüfterdeckel leitet die Hauptkühlungsströmung über die Außenfläche des Motors. Der Lüfter weist eine kreisförmige Platte alt eine» Satz τοη zentrifugalen Lüfterflügeln an jeder Seite davon auf· Ein Satz von flügeln befindet sich in der Nähe der Endoberfläohe des Sndschilds, und Kühlmittel-Auelaßkanäle, die Ton dem Endwindungshohlraum ausgehen, befinden sich im Endeehild radial innen zu den flügeln. Die Xühlmittel-EinlaSkanäle befinden eich im Außenrand des Endschilde. Die Xinlaßkanäle sind axial innen zu der Rotations eben· der flügel sowie radial innen zu dem Lüfterdeckel und dem radialen AuSenrand der flügel angeordnet.

00981370487 BADORlGINAt.

Während dee Betriebe saugen di· Mf terflügel Kühlluft ;. aus dem Endhohlraum über die Luftauelaßkenäle en, und die Kühl- ' luft wird durch die Eihlaßkanäle nach dem Durchmischen mit dem , äußeren Kühlluftstrom ergänzt. Schädliche, Ton außen stammende, Ssilohen werden durch die zentrifugale Wirkung der flügel abg·- *., schieden und nicht in den Endhohlrau* bewegt, da die Einlaßka- · näle sich nicht im Strömungabereioh des Hauptkühlluftstroms befinden.

Sie Erfindung soll«anhand der Zeichnung näher erläutert werden· Es zeigern

Fig* 1 eins teilweise gesohnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeis'pisls sines Kot or β gemäß der Erfindung} und flg. 2 eine Aufsicht auf den Motorendschild von Pig.1.

Sis Hauptbestandteils des in Flg. 1 abgebildeten Elektromotors sind der Stator 1 und der Rotor 2. Ser Stator weist ge- ^:· wohnlich eine Grundplatte 3 auf, die starr auf einer Plattform, einer Bank oder einer anderen festen Unterlage befestigt ist« Ser Rotor dreht sich gegen den Stator infolge der elektrischen Erregung des Stators, so daß «ine mechanische Leistung von irgendeiner fransmlssionssinrichtung abnehmbar ist, die Tön dem Botor angetrlsbsn wird, es handelt sieh dabei typiseherwelfti um eine won amStZi zugänglich· Srehw·!!· A₉ dia Bestandteil der Botoranordnuiig ist«, Sas Motor«n&€_g dureli iae sich die WtHe 4 - _ ^: ^ -"/ erstreckt $ ist .ale äas intrlebsende- bekannt ₅ währeni.das ander· ' :■ Ina· des Motors »atepreohenÖL äas ä&tn-'entgegongesststs Indt .tat« 2m Mmiivlebmm.ÜQ iss Motor» "äsfiaiat «i@li Mufi_t| ia- A«r Itat '■'■-""'."■',* ein»? Qii*!!® Tos ferunr#iiaig!iag©a_s. w d&8' es- @ia@a. yollstiadig V :

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während das entgegengesetzte Ende de» .gleichen.Motors oft nicht ■Vollständig abgekapselt zu sein braucht. Bei einer derartigen , Anordnung bringt die Erfindung die größten Tor teile, obgleich , . die Erfindung auch dann vorteilhaft ist, wenn die vollständige V Abkapselung eines oder beider Enden eines Motors nicht notwendig ist. -

Außer dem nichtdurchlöcherten Endsohild 5 hat der Stator 1 einen Rahmen 6, ein ringförmiges Paket 7 von ferromagnetisehen Lamellen, die von dem Rahmen 6 getragen werden, und in dem Paket 7 eine Wicklung, deren Endwindungen 8 axial vorspringen. Der Rahmen 6 hat vorzugsweise mehrere sich axial außen erstreckende Rippen 9, die auf dem Umfang um den Rahmen 6 verteilt sind, damit eine größere Oberfläche für die Wärmeableitung zur Umgebung erzielt wird.

Ein durchlöcherter Endschild 10 befindet sich am entgegengesetzten Ende des Motors gemäß einem Merkmal der Erfindung, um die Wärmeableitung vom Motor zu erhöhen. Gemäß Pig. 2 weist der Endschild 10 eine zentrale Habe 11 und eine kreisförmige Endwand 12 auf, die von der Habe 11 radial nach außen vorspringt. Die Endwand 12 ist vorzugsweise im wesentlichen planar und senkrecht verlaufend zu der Motorachse (die mit der Längsachse der Welle 4-zusammenfällt). Der Endschild 10 weist auch einen zylindrischen Ring 13 auf, der dessen Rand bildet. Der Ring 15 verläuft von der Endwand 12 zu einer kreisförmigen fugenverbindung 14 an ■ einem Ende des Rahmens 6. Mehrere ösen 1 5 erstrecken sich radial nach außen vom Ring 13 und haben zweckmäßige bolaenaufnehmende Löcher 16, die zur Befestigung des Endsohild· 10

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am Rahmen 6 dienen, obwohl andere geeignete Befestigungsmittel verwendet werden können. Die Y&TW@näwiß von, Bolzen wird bevorzugt, wodurch, die Endsehil&e aufeinander^zu.gedrückt werden und der Statorrahmen eingepreßt wird, Der Bndschild jO vervollständigt einen teilweise abgeschlossenen Endwindungshohlraum 17 des Motors,

Mehrere Kühlluft-Auslaßkanäle t8 vom Hohlraum 17 verlaufen durch die Endwand. 12 im radial inneren !Ceil von ihr und der umgebenden Nabe 11. Kühlluft-Einlaßkanäle 19 befinden sich in der Bodenhälfte des Endschilds 10 in der Nähe dessen Außenrands. Ein optimaler Betrieb des abgebildeten Kühlsystems wird erzielt, wenn die Kanäle 19 durch, im wesentlichen gleichweggesehnittene Oberflächen des Rings 13 und der Endwand 12 begrenzt werden. Daher haben die axiale und die radiale Ansicht oder schematische Projektion der Kanäle 19 ungefähr die gleiche Fläche. Es ist vorteilhaft, die Kanäle 19 in der Bodenhälfte eines einzigen Endschilds 10 anzubringen, um das Eindringen von Wasser oder anderer Verunreinigungsa/den Bndwindtmgshohlraum^ 17 zu verhindern, falls der Motor zufällig einem Regen oder dergl, ausgesetzt ist, besonders, wenn er nicht verwendet wird.

Der übrige Bestandteil des Stators ist ein lüfterdeekel 20» der als Schutzgehäuse und luftumlenkende Prallplatte dient. Der Deckel 20 ähnelt in seiner Gestalt einer halben gewöhnlichen Blechbüchse. Das kreisförmige Endstück des Deckels 20 hat mehrere* Kühlo* ff nungen-wie 2}, die sich in dessen radialen innersn !eil befinden. Der Deckel 20 ist sonst nicht durchlöchert Der zylindrisch« Seil, de« Deckels 20 ist radial vom Bndsehilä 10

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getrennt iuid erstreckt eich axial nach innen, so daß eine ringförmige Druckkammer gebildet wird, die «Inen Seil der äußeren Kühlluft durch die Einlaßkanäle 19 in den Endwindungehohlraum 17 einströmen lfcßt. Der Deckel 20 ist sweckmäßigerweise mit dem übrigen Stator durch radial rerlaufende Bolzen verlaunden, die τοη entsprechenden Löchern in den Ösen 15 aufgenommen werden können. Im abgebildeten Ausfülirungeheispiel sind die axialen. Löcher 16 in den ösen 15 eu diesem Zweck veraetet.

D»r Rotor 2 weist außer der Welle 4 ein lamelliertes BotorpsJcet 22 aus einem ferronagnetisohen Werkstoff auf, das auf der Well« 4 durch «inen Schrumpf- oder PreSsits befestigt ist. Sas Botorpaket 22 ist radial nach innen sum Statorpaket 7 durch einen relativ kleinen lauf Zwischenraum getrennt, der als !luftspalt 23 abgebildet ist« Die Welle 4 1st in den Endschi1dtη durch ge-

eignete lager, wie das Lager 24» das sich sum Beispiel in der Habe 11 des Sndechilds 10 befindet, drehbar gelagert. Der abgebildete Botor ist ein üblicher Käfigläufer, der axial verlaufende Leiter hat, dl« vorteilnafterweise in seinen vorhandenen Schlitzen eingegossen sind und in Endringen 25 alt Xühlluftsirkulationsvoreprüngen 26 enden. Die Wicklungen, die Endringe 25 und die Torsprünge 26 sind «weckmäßigerweise in das Rotorpaket 22 als «Ine «laatüokige Anordnung aus gut leitendem Werkstoff wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium gegossen.

Um «inen zwangsläufigen primären Kühlluftetrom für den Motor nermustellen» befindet sieh ein Lüfter 27 drehfest auf einer Tc rliingerung der Welle 4, tie axial mus dem Indeohild 10 haarrorragt· Ber Lüfter 27 befindet sich i» Zwischenraum »wischen den Sndeohild 10 und dem Deckel 20 und umfaJBt einen Arm 28, eine allgeaeinen kreieföniige Lüfterplatte 29 und mehrere auf dem

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Umfang verteilte Flügel 30, die im wesentlichen senkrecht aus der Platte 29herausragen. Der Lüfter ist vorzugsweise gegossen,

gepreßt oder irgendwie anders einstückig geformt* _f ,

Lüfterflügel 30 ragen axial an beiden Seiten der Platte hervor, um einen Satz von inneren Flügeln 31 und einen Satz von äußeren Flügeln 32 zu bilden. Die inneren F lügel 31 befinden , sich in der Nähe des nach außen gerichteten Endes des Endschilds 10, während die äußeren Flügel 32 auf das Ende des Deckels 20 vorspringen. Die inneren«Flügel 31 und die äußeren Flügel 32

zu brauchen nicht von der gleichen Anzahl/sein, noch notwendiger-

weise in den gleichen Ebenen liegen, wie entsprechend abgebildet ist, obwohl ein zweckmäßiger'Aufbau, der sich als fest und billig herausgestellt hat, durch den abgebildeten Aufbau erreicht wird. Vorzugsweise sind die Flügel 31 und 32 auch senkrecht zur Rotationsachse wie die Flügel eines Schaufelrads angeordnet, so daß eine hohe Kühlleistung nicht von einer bestimmten Drehrichtung abhängt.

Während des Betriebs des Motors dreht sich der Lüfter 27 schnell gegen den Endschild 10 und den Deckel 20. Die äußeren Lüfterflügel 32 wirken daher als zentrifugales Gebläse und erzeugen einen zwangsläufigen Hauptkühlluftstrom durch Kühlluftöffnungen 21 und axial nach außen zwischen dem Deckel 20 und dem Bahmen 6 parallel zu den Rippen 9. Auf diese Weise erfährt der Motor die gleiche Kühlung wie bei durch vollständig gekapeelte Lüfter gekühltenMotoren.

Gemäß der Erfindung wird jedoch ä@r Motor zusätzlich wie ein offen gebauter Motor durch Zirkulation eines Seils def äußeren Kühlluft durch den Endwindungshohlraum 17 gekühlt, Zu

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diesem. Ende saugen die flügel 31 * die radial naoh außen au den Auslaßkanälen 18 angeordnet sind, Kühlluft vom Hohlraum 17 durch die Kanäle 18 ab und stoßen sie durch Zentrifugalkräfte radial . nach außen. Die abgesaugte Kühlluft wird durch in die Einlaßka-.näle 19 einströmende Kühlluft ersetzt. Ein Teil der Hohlraumkühl-• luft läuft in einem durchmischenden Ring um, der weich die Endwindungen 8 überstreicht, und ein Teil der Kühlluft kommt frisch aus dem Hauptkühlluftstrom. Dieser tritt wegen des relativ hohen Druckbereichs in der Fähe des Kanals 19 durch den wesentlich stärker als der Kanal 19 nach innen verlaufenden Deckel 20 auf. Gefährliche Luftverunreinigungen werden zur Oberfläche des Deckels 20 gedrückt, da sie schwerer als die Kühlluft sind, so daß sie durch die Zentrifugalkräfte getrennt werden. Die Trennung wird außerdem dadurch erhöht, daß die zentrifugalen Lüfterflügel sich mindestens soweit wie der radiale Außenrand des Kanals 19 radial nach außen erstrecken. Die Trennung wird ferner durch das eigene Gewicht der Verunreinigungen unterstützt, was besonders für schwerere Verunreinigungen zutrifft, da die Kanäle 19 sich nur in der Bodenhälfte des Endschilds 10 befinden.

Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einem sonst üblichen Motor beschrieben worden, der ein üblicher vollständig gekapselter Einphasen-Induktionsmotor mit einem Käfigläuf*errotor sein kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die einzige Änderung, die am abgebildeten Motor vorgenommen werden muß, der Austausch eines der nicht durohlöcherten Endschilde gegen einen durchlöcherten Endschild gemäß der Erfindung, der zusammen mit dem speziellen Lüfterdeckel und dem Lüfter, die auf ;jeden Fall

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nützlich sind, eine Zirkulation der Kühlluft im Endwindungshohlraum aus ihm nach außen und eine Vermischung mit einer begrenzten Menge von äußerer Kühlluft bewirkt. Obwohl das beschriebene Kühlsystem gleichfalls bei Mehrphasen-Maschinen angewendet werden kann, hat seine Verwendung bei Binphasen-Maschinen den besonderen Vorteil, daß es immer mit dem zentrifugalen Schaltermechanismus · verträglich ist, der oft zum Anlassen von Einphasen-Maschinen verwendet wird, welche Schalter gewöhnlich an der Innenseite des zum Antriebsende entgegengesetzten Bndschilds angebracht sind.

Die Erfindung ermöglicht die offene Kühlung eines Endhohl-' raums einer Maschine, deren Endliohlräume isoliert sind. Unter isoliert wird hier und in den Ansprüchen verstanden, daß kein Kühlluftkanal zwischen den Endwindungshohlräumen in dem Motor wie zum Beispiel in dem Stator oder Rotor oder zwischen dem Rahmen und dem Stator vorhanden ist. Derartige Kanäle νerkleintern den Raum, in dem nützliches Eisen verwendet werden kann, wodurch die Kapazität einer gegebenen Maschinengröße ebenso benachteiligt wird wie das Maschinenkühlsystem verstopft werden kann. Die Verbindung über den Luftspalt ist, was ersichtlich ist, bezüglich

' des Austausches der Kühlluft vernachlässigbar. Daher wird das Antriebsende des abgebildeten Motors wie bei einem vollständig abgekapselten Motor gekühlt, während gleichzeitig eine zusätzliche Wärmeableitung zu dem entgegengesetzten Motorende über die elektrischen Leiter, die typisch aus Kupfer oder Aluminium sind, stattfindet, die ebenfalls sehr gute Wärmeleiter sind. Es ist ersichtlich, daß eines oder beide Maschinenenden so aufgebaut sein können, wie es für das zum Antriebsende entgegengesetzte Ende beschrieben wurde.

Patentansprü ehe 009813/0487 W

Claims (1)

1. 4.November I966 EH/S

   Unsere Akte χ- 1694

   Patentansprüche

   1. Dynamoelektrische Maschine mit einem in einem Stator drehbar gelagerten Rotgr, und zwei Endschilden an dem Stator, die jeweils einen isolierten EndwindungshOhlraum umgeben, dadu roh gekennzeichnet, daß einer • der Endschilde (TO) eine Nabe (11), von der ein radial verlaufender, kreisförmiger Wandteil (12) vorspringt, und einen axial nach innen verlaufenden zylindrischen Wandteil (13) hat, der vom Außenrand des kreisförmigen Wandteile ausgeht; daß Kühlluft-Auslaßkanäle (18) sich durch den kreisförmigen Wandteil in der Nähe der Nabe erstrecken und mit dem zu dem einen End schild gehörenden Endwindungshohlraum verbunden sindf daß Küblluft-Einlaßkanäle (19) sich durch den einen Endsohild an der Verbindungsstelle des kreisförmigen Wandteils und.des zylindrischen Teils erstrecken und mit dem zu dem einen Endschild gehörenden Bndwindungshohlraum verbunden sind} daß der Rotor (2) eine aus der Nabe des einen Endschilds herausragende Welle (4) hatj daß ein auf der Welle drehfest montierter Lüfter (27) axial nach außen zu dem einen Endschild angebracht ist sowie axial innere und axial äußere zentrifugale üüfterflügel (31,32) hat} daß die axial inneren Lilfterflügel in der Nähe des Wandteile des einen Endschilds angeordnet sind und sich radial von den Kühlluftauslaßkanälen zu den Kühlluft-Einlaßkanälen erstrecken; und daß ein von dem einen Bndschild

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   getrennter Lüfterdeckel (20) den Lüfter und einen Teil des Stators umschließt, welcher Deckel Kühlluft-Einlaßöffnungen (21) in seiner Endfläche und einen nicht durchlöcherten zylindrischen Teil hat, der sich axial nach innen hinter die Kühlluft-Einlaßkanäle in dem Endschild erstreckt, um den äußeren Teil eines Hauptkühlluft-Ausströmungsweges zu begrenzen, der

   axial sich entlang der Außenfläche der Maschine/erstreckt.

   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Endschild nicht durchlöchert und an dem Antriebsende der Maschine angeordnet'ist.

   3. Maschine nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zusätzliche die Kühlluft umwälzende Vorsprünge in dem zu dem einen Endschild zugehörenden Endwindungshohlraum hat.

   4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale und die radiale Projektion der Einlaßkanäle ungefähr flächengleich sind.

   5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle sich nur in der Bodenhälfte des einen Endschilds befinden.

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