DE2233860A1

DE2233860A1 - Luftgekuehlte rotierende wechselstrommaschine

Info

Publication number: DE2233860A1
Application number: DE19722233860
Authority: DE
Inventors: Finn Dipl Ing Moeller; Leif Naess
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-07-14
Filing date: 1972-07-10
Publication date: 1973-02-08
Also published as: AU4453672A; CA954923A; FR2145704B1; NO133917C; NO133917B; FI52416B; DE2233860C2; SE369358B; GB1391957A; FR2145704A1; FI52416C

Description

PATENTANWÄLTE O *1-5-·> O η Λ

D.PL.-ING. H. MISSÜNG 223386Q

SCHLEE₁ 63 Gießen, den 6,7,1972

Boe/Sn 11.234

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine

Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine mit einem Rotor mit Welle und Lager, einem den Rotor umgebenden lameliierten Statorkern, einem Rotorkühlkanal, einer den Statorkern umgebenden Hülle aus Blech, das so gewellt ist, daß es axial verlaufende, hohle Kühlrippen bildet, und mit einem am Statorkern angreifenden tragenden Befestigungsorgan für die Maschine, wobei die zwischen den Kühlrippen liegenden Partien der Hülle direkt in wärmeleitendem Kontakt mit der Außenseite des Statorkerns stehen und die Kühlrippen mit ihren inneren Flächen je einen axial verlaufenden mit dem Rotorkühlkanal in Verbindung stehenden Kühlkanal begrenzen.

Sine solche Maschine ist aus der Schweizer Patentschrift 337 266 bekannt.

Bei der bekannten Maschine werden die hohlen Kühlrippen nur als Kühlanordnung verwendet und haben keine nennenswerte Bedeutung

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für die mechanische Festigkeit und Tragfähigkeit der Maschine. Der Zusammenhalt des Blechpakets, die tbertragung der statischen und dynamischen Kräfte auf das Fundament und die Aufnahme der auf den Achszapfen wirkenden Kräfte erfolgt bei der bekannten Maschine durch das eigentliche Statorgehäuse, Es sind mehrere starke, längsgehende Balken vorhanden, die mit zwei radial äußeren Ringen und mit den Preßringen des Statorkerns verschweißt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Maschine derart weiterzuentwickeln, daß die der Kühlung dienende Hülle zugleich die^unktion des tragenden Gehäuses übernimmt«

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Maschine der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die bei vollem Maschinenmoment erforderliche mechanische Verbindung des Statorkerns mit dem Maschinenfundament aus dem genannten Befestigungsorgan und einer für volles Maschinenmoment ausgelegten mechanischen Verbindung zwischen dem genannten Befestigungsorgan und dem gewellten Blech der Hülle besteht, wobei die am Statorkern anliegenden Partien der Hülle mit mehreren lichtbogengeschweißten Zusammenschmelzpunkten mit dem Statorkern versehen sind· Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, mit einer zum Wellen geeigneten Dicke und Qualität des Bleches eine

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in kühlungstechnischer Hinsicht günstige Rippenform zu erreichen und dem Blech gleichseitig eine solche Stärke zu geben, daß die durch Wellung des Bleches hergestellte Hülle die Funktionen des üblichen Statorgehäuses übernehmen und ein solches überflüssig machen kann«,

Im Gegensatz zu der bekannten mit hohlen Kühlrippen ausgebildeten Hülle muß die entsprechende Hülle bei einer Maschine gemäß der Erfindung das volle Maschinenmoment auf die Füße der Maschine oder eine ähnliche Befestigungsanordnung übertragen können, was u.a., große Forderungen an die Schweißverbindung zwischen der gewellten Blechhülle und dem Statorkern stellt. Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß man eine zuverlässige Verbindung dieser Art durch die angegebene Schweißmethode erhält. '

Anhand der in den Figuren dargestellten AusfUhrungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden,, Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

in Seitenansicht und teilweise im Schnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2,

Fig· 2 einen Querschnitt des Stators längs der Linie

II-II in Fig» Ί* Es handelt sich in beiden Figuren um eine Drehstrommaschine mit Kurzschlußläufer in gekapselter Bauart«,

4 -

Fig. 3 eine Asynchronmaschine offener Bauart in der gleichen Darstellung wie Fig. 1,

Fig» 4_t 5 und 6 die Statorhüllen der Maschinen der Fig. und 2 im Detail,

Fig„ 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig· 5» die ihrerseits einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig* 4 zeigt»

Fig, 6 eine axiale Endansicht eines Details der in Fig. 4 und 5 gezeigten Hülle,

Fig. 7» 8, 9» 10 und 11 verschiedene Profilformen im Radialschnitt, die für eine Hülle gemäß der Erfindung verwendet werden können. _i

In den Zeichnungen bezeichnet 1 einen lameliierten Rotorkern eines Asynchronmotors, 2 die Rotorwicklung, 3 einen lameliierten Statorkern, 4 die Statorwicklung, 5 einen axial verlaufenden Kühlkanal durch den Rotorkern und 6 die Rotorwelle mit zugehörigem Lager 7* Die Lager 7 sind in je einem Lagerschild 8 "befestigt, die je über einen Stützring 9 an einer den Stator umgebenden Hülle 10 befestigt sind. Die Hülle 10 ist mit angeschweißten Füßen 11 versehen» Die Rotorwelle 6 trägt einen inneren Ventilator 12 und einen äußeren Ventilator 13* 14 ist eine Führungshaube für den äußeren Ventilator 13· Die Hülle besteht aus einem einheitlichen zusammenhängenden Blechrohr wit hohlen axialen Kühlrippen 15, von denen jede eine maximale

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tangentiale Abmessung a hat, sowie mit'zwischen den Rippen liegenden Partien 15 der Breite b, die in wärmeleitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche des Statorkerns stehen. Die radiale Höhe einer Kühlrippe wird mit h "bezeichnet« Damit die Kühlrippen eine ausreichende wärmeabgebende Fläche erhalten, muß h größer sein als a, . .,.....-.

In Fig. 1 ist. der äußere von dem äußeren Ventilator 13 getriebene Kühlluftstrom mit vollausgezogenen Pfeilen agedeutet» Ein Kühlmittel, das in der Maschine eingeschlossen ist, Z₀B. Wasserstoff oder'Luft,'wird mit Hilfe des inneren Ventilators 12 in dem mit gestrichelten Pfeilen gezeigten Kreislauf getrieben« In Fig. 2 deutet daa Symbol + den 'äußeren Kühlluftstrom an und das durch einen Punkt dargestellte Symbol den inneren, Bei jeder Kühlrippe grenzen die inneren Flächen zusammen mit einem"entsprechenden Teil der äußeren Zylinderfläche des Statorkerns'einen Kühlkanal 17 für den inneren Kühlmittelström ab. An den Enden" der Hülle ist jede Kühlrippe radial nach innen auf ähnliche Weise verschlossen, wie der an den Statorkern anliegende Teil der Hülle, jedoch mit der Besonderheit, daß das Verschließen an den Hüllenenden mit Hilfe von besonderen hohlzylinderförmigen Schirmen 18 geschieht, die an der Innenseite der Hülle anliegen» Diese bestehen vorzugsweise aus Kunststoff oder anderem isolierenden Material. Zwischen dein einen Schirm 18 und dem entsprechenden Ende des Siatorkerns lie^t -lann/iin nichtverschlossener Teil der Kühlrippe 15,

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wobei sich eine Einlauföffnung 19 für den inneren. Kühlmittelstrom bildet. Auf entsprechende Weise bildet sich eine Ausstreuöffnung 20 für das durch den Kühlkanal 17 strömende. Kühlmittel axial außerhalb des anderen Endes des Statorkerns.

An den Enden der Hülle sind die Kühlrippen auch in axialer . Richtung verschlossen, z.B. indem die hohlen Wände der Kühlrippe tangential zusammengepreßt und zusammengeschweißt werden. Solche zusammengeschweißten Endpartien sind mit 21 bezeichnet und werden in Fig. 4 und 6 im Detail gezeigt, ■■■■'

Die Hülle 10 besteht aus einem Stahlblech, dessen Dicke von der

Größenordnung 2 mm ist und das zu einem geeigneten Profil gewellt ist. Die in wärmeleitendem Kontakt mit der Hülle angeordneten Hüllenteile 16 sind direkt auf den Lamellen des Statorkerns festgeschweißt, und zwar mittels Lichtbogenschweißung mit Schutzgas, sogen, Gasmetallbogenschweißung, mit Hilfe einer Reihe axial nacheinander-angeordneter Schweißpunkte, Ein mit Regelkreis und Sollwertgeber für den Strom versehener Schweißgleichrichter v/ird verwendet. Dadurch, daß die feste Elektrode direkt auf der Hülle befestigt wird und die vorgeschobene, schutzgasumgebene Elektrode gegen das Blech gedrückt wird, kann ein Durchschmelzen des Blechmaterials der Hülle stattfinden,, Dabei erhält' man einen Befestigungspunkt in Form einer Schmelzzons, in der Larailen- und Blechmaterial zusammenschmelzen, und man f;rreieht eine große Zuverlässigkeit

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der ScWeißverbindung ohne Risiko einer Beschädigung des Statorkerns, Die beim Festschweißen der gewellten Hülle entstehende Temperaturerhöhung des Blechpakets ist so niedrig, daß man ohne Gefahr einer tberhitzung der Isolierung die Hülle an einem fertiggewickelten Stator festschweißen kann. Dies ist sehr vorteilhaft, da das Umwickeln eines mit Hülle versehenen Stators schwierig ist» . ""■'-■-

Die Stützringe 9 sind an der Hülle auf dieselbe Weise festgeschweißt wie der Statorkern, und sie tragen je einen Lagerschild 8.

Die in Pig« 3 gezeite Maschine unterscheidet sich von der oben beschriebenen praktisch nur dadurch, daß die zusammengedrückten Partien 21 der Kühlrippen fehlen. Außerdem ist der linke Lagerschild mit Einlauföffnungen 22 versehen. Zwischen den Rippen passierende Kühlluft ist wie in Figo 1 mit vollausgezogenen Pfeilen agedeutet, und die gestrichelten Pfeile bezeichnen Kühlluft, die an den inneren Flächen der Kühlrippen entlangströmt.

Außer den oben beschriebenen Ausführungsformen gibt es viele andere, die in den Rahmen der Erfindung fallen. Es ist auch möglich, eine wellenförmige Blechhülle an einem Statorkern zu befestigen, indem man die Hülle an einem Blechzylinder 23 festßchweißt, der in Fig* 8 gezeigt ist« Im Gegensatz zu den Ver-

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hältnissen "bei massiven Kühlrippen kann es bei den Kühlrippen gemäß der Erfindung vorteilhaft sein, diese mit radial nach außen zunehmender Breite auszuführen, wie dies z,B, Fig, 9 und 10 zeigt,

Mit der in Fig. 10 gezeigten Ausführung erreicht man eine große wärmeabgebende Fläche der Kühlrippen sowie eine bessere Führung des axial gerichteten äußeren Kühlluftstromes. Das letztere kann auch erreicht werden, indem man, wie in Fig. 11 gezeigt, die Hülle mit einem festgeschweißten, an den Rippen anliegenden zylindrischen Schirm 24 versieht, der sich über einen überwiegenden Teil der Hüllenlänge erstreckt.

Ü9GPC/OtM?

Claims

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Patentansprüche;

Λ ο) Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine mit einem Rotor mit Welle und Lager, einem den Rotor umgebenden lameliierten Statorkern, einem Rotorkühlkanal, einer den Statorkern umgebenden Hülle aus Blech, das so gewellt ist, daß es axial verlaufende, hohle Kühlrippen bildet, und mit einem am Statorkern angreifenden tragenden Befestigungsorgan für die Maschine, wobei die zwischen den Kühlrippen liegenden Partien der Hülle direkt in wärmeleitendem Kontakt mit der Außenseite des Statorkerns stehen und die Kühlrippen mit ihren inneren Flächen je einen axial verlaufenden mit dem Rotorkühlkanal in Verbindung stehenden Kühlkanal begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die bei vollem Maschinenmoment erforderliche mechanische Verbindung des Statorkerns mit dem Maschinenfundament aus dem genannten Befestigungsorgan und einer für volles Maschinenmoment ausgelegten mechanischen Verbindung zwischen dem genannten Befestigungsorgan und dem gewellten Blech der Hülle (10) besteht, wobei' die am Siatorkern anliegenden Partien (16) der Hülle (10) mit mehreren lichtbogengeschweißten Zusammenschmelzpunkten mit dem Statorkern versehen sind.
2. Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (10) zumindestens an dem einen Statorende eine axial außerhalb des Statorkerns lie-

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gende Partie (19)'hat, an der die Rippen nach innen radial offen sind,
3. Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach Anspruch 2·, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit mindestens einem Ventilator versehen ist, mit dessen Hilfe Kühlmittel zur direkten Kühlung von wärmeabgebenden Kernoder Wicklungflächen durch den Kanal (17) strömt.
4. Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit einer in die Umgebung mündende AuslaufÖffnung für den Kanal versehen ist.
5. Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine gekapselt ist, wobei das Kühlmittel mittels eines inneren Ventilators in einem geschlossenen Kreis innerhalb der Hülle (10) zirkuliert„
6. Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (15) an einem Hüllenende in axialer Richtung Richtung verschlossen sind und daß die Maschine mit einem äußeren Ventilator versehen ist, der einen axialen Kühlluftstrom zwischen den Kühlrippen treibt,

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7. Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (15) an einem Hüllenende dadurch verschlossen sind, daß eine axiale äußere Partie eines axial außerhalb des Statorkerns liegenden Teils einer Kühlrippe in tangentialer Richtung zusammengedrückt ist,
8, Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 2 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (15) an einem Hüllenende mittels eines an der Innenseite der Hülle anliegenden Hohlzylinders (18) radial einwärts verschlossen sind_#
9· Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (17) eine radiale Abmessung hat, die größer ist als seine maximale tangentiale Abmessung,
1O_# Luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Hülle (10) mit je einem radial innerhalb der Hülle liegenden Stützring (9) mechanisch fest verbunden sind«
11. luftgekühlte rotierende Wechselstrommaschine nach . Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stützring (9) ein Lagerschild (8) trägt»
12. Luftgekühlte rotierende Viechs elstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eühlkanäle (17) eine Querschnittsform haben, deren Breite mit zunehmendem radialen Abstand vom Stator zunimmt.

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