DE2334637B2

DE2334637B2 - Durchzugsbelüftete elektrische Maschine

Info

Publication number: DE2334637B2
Application number: DE2334637A
Authority: DE
Inventors: Frederick William Scotia Baumann; Albert Rayner Albany Miller
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-07
Publication date: 1978-05-24
Also published as: US3761748A; ES416593A1; JPS4958302A; JPS545715U; IT991010B; GB1429659A; DE2334637A1; BR7305022D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durchzugsbelüftete elektrische Maschine mit einem den Stator aufnehmenden Rahmen, an dem die der Lagerung des Rotors dienenden Lagerschilde befestigt sind, von denen wenigstens eines «ine Nabe und zahlreiche auf dem Umfang im Abstand angeordnete Halteteile auf der Nabe zur beabstandeten Befestigung des Lagerschildes an dem Rahmenende aufweist und bei dem zwischen dem Lagerschild und dem Statorrahmen axial in Richtung der Rahmenoberfläche verlaufende und mit Lufteintrittsöffnungen in Strömungsverbindung stehende Luftaustrittsöffnungen zwischen den Halteteilen gebildet sind, Eine derartige durchzugsbelüftete elektrische Maschine ist aus dem DE-GM 17 19 043 bekannt.

Eines der wichtigsten Probleme beim Bau elektrischer Maschinen ist die Wärmeabfuhr, denn die Joulesche Erwärmung der Maschinenwicklungeiii zusammen mit der Wärme, die durch Hysterese- und Wirbelströme in den magnetischen Teilen der Maschine erzeugt wird, erhöhen die Betriebstemperaturen, wenn eine höhere Leistung von der Maschine abgenommen oder dieser zugeführt wird. Diese Wärme muß abgeführt werden, um eine Beschädigung der elektrischen Isolierung bei der optimalen Maschinenleistung zu verhindern.

Eines der wirksamsten Kühlsysteme für dynamoelektrische Maschinen ist vom Standpunkt der Einfachheit der Konstruktion und der Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr das »offene« oder tropfwassergeschützte System, bei dem Umgebungsluft von einem auf dem Rotor angebrachten Lüfter durch üblicherweise im Lagerschild angeordnete öffnungen angesaugt wird, über die Maschinenwicklungen streicht und dann wieder aus der Maschine ausgestoßen wird.

Die Auslaßöffnungen für derartige Maschinen sind bisher normalerweise Löcher gewesen, die in dem Statorrahmen oder der radial außen Hegenden Oberfläche des Lagerschildes vorgesehen sind, wobei ein Luftablenkteil wenigstens die oberen Löcher einhüllt, um sowohl für die Spritzwasser-Schutzeigenschaften für die Maschine als auch zur Kühlung der Maschine zu s sorgen, indem Wärme von dem Statorrahmen auf den austretenden Luftstrom übertragen wird (siehe AT-PS 130158). Ein ähnlicher Aufbau ist auch für eine mantelgekühlte elektrische Maschine bekannt (sh. DE-PS 6 32 055), bei welcher der Luftkühlstrom durch

ίο öffnungen eines an dem Maschinengehäuse befestigten Zwischenstückes, welches den außerhalb der Maschinenkapselung liegenden Lagerschild trägt und zu dessen Zentrierung dient, über das Maschinengehäuse geblasen wird. Dabei sind schmale Speichen des Zwischenstückes mit den Kühlrippen des Maschinengehäuses für sich fest verbunden. ESei den bekannten Maschinen ist jedoch die Größe und Anzahl der Luftaustrittsöffnungen in der Maschine durch den mechanischen Aufbau und die Festigkeit, die für das Maschinengehäuse erforderlich ist, begrenzt, wodurch auch das durch die Maschine hindurchgeleitete Luftvolumen eingeschränkt ist Darüber hinaus; erforderten die Lagerschilde und die passenden Rahmenenden der bekannten Maschinen normalerweise eine Feinbearbeitung auf praktisch 360° der Umfange, um die Paßflächen zu bilden. Somit verursachen die bekannten Konstruktionen wesentliche Kosten für üine sorgfältige Bearbeitung der passenden Umfangsflächen und weiterhin zusätzliche Kosten, um für die getrennten Austrittsöffnungen in der Maschine zu sorgen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein axial gerichtete Luftaustrittsöffnungen bildendes Lagerschild zu schaffen, dessen Befestigungen am Statorrahmen die Kühlluftströmung mög- liehst wenig behindern und nur kleine Bearbeitungsflächen zur Bildung einer Paßverbindung mit dem Statorrahmen aufweisen.

Diese Aufgabe wird bei einer durchzugsbelüfteten elektrischen Maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Halteteil eine innere Oberfläche aufweist, die mit dem Rahmenende eine Paßverbindung bildet, die als ein Kreisbogen mit einem Zentrumswinkel von maximal 15° geformt ist, und daß alle Paßverbindungen aneinander gereiht einen einem Zentrumswinkel von maximal 90° entsprechenden Kreisbogen einnehmen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind vier Halteteile vorgesehen, die sich jeweils über einen Bogen von 15° erstrecken.

so Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Lagerschild für ein vergrößertes Kühlvermögen sorgt, da die Größe der Luftaustrittsflächen nur durch die Bodenlänge der Oberfläche der verkleinerten Halteteile begrenzt sind.

Ein weiterer Vorteil liegt in der in Umfangsrichtung verkürzten Paßfläche des Lagerschildes, so daß weniger Aufwand bei der Feinbearbeitung erforderlich ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines bevorzugten

Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Seitenansicht, die teilweise im Schnitt antlang der Linie 1-1 gemäß F i g. 5 gezeigt ist, von einer dynamoelektrischen Maschine.

F i g. 2 ist eine Perspektive Schnittansicht von einem

>y> Teil der in F i g. 1 gezeigten Maschine und stellt den Strömungsverlauf der Kühlluft dar.

F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht von einem Teil des Lagerschiidiis und zeigt dessen äußere Oberfläche in

der Nähe des einen Halteteiles,

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht von einem Teil des Lagerschildes gemäß F i g. 3 und zeigt dessen innere Oberfläche in der Nähe von einem der Halteteile.

Fig.5 ist eine Endansicht der Maschine gemäß

In den F i g. 1 und 2 ist ein typischer Induktionsmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Er enthält im allgemeinen einen auf einer Welle angeörachten Rotor 10, der bei elektrischer Erregung des Stators 11 umläuft und an der Rotorwelle ein mechanisches Drehmoment liefert Der Stator 11 enthält einen Rahmen 13, der an seinen gegenüberliegenden Enden offen ist und auf diese Weise einen Zugang zu seinem Innenraum bildet, während an der unteren Außenseite des Rahmens aus Montagegründen ein Basisgestell 12 angebracht ist Entlang der äußeren Oberfläche des Rahmens 13 verlaufen in axialer Richtung zahlreiche Kühlrippen 14, die für eine erhöhte Wärmeübergangsfläche sorgen, damit Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Lagerschilde 15 bilden an jedem Ende 16 des Rahmens 13 Einlaß- und Auslaßpfade für Luft in das Motorinnere hinein und aus diesem heraus. Der Stator umfaßt ein Paket 17 aus Blechen bzw. Lamellen aus ferromagnetischem Material, das beispielsweise an der Oberfläche A direkt von dem Rahmen 13 getragen wird. Vorzugsweise ist kein Luftspalt zwischen dem Rahmen 13 und dem Statorblechpaket 17 vorgesehen, damit im Statorblechpaket 17 erzeugte Wärme direkt zum Rahmen 13 und zu den Rippen 14 geleitet und an die Umgebung abgegeben werden kann. In dem Statorblechpaket 17 enthaltene elektrische Wicklungen weisen Wickelköpfe 19 auf, die von beiden Seiten des Statorblechpaketes 17 in axialer Richtung in entsprechende Wickelkopfräume 21 hineinragen, d. h. Bereiche innerhalb des Motors, die durch das Statorblechpaket 17, den Rahmen 13 und die Lagerschilder 15 gebildet werden. Die Wickelkopfräume 21 bilden somit einen Luftraum, in dem Wärme durch Konvektion von den Wickelköpfen abgeführt und anschließend aus dem Motorinneren entfernt werden kann.

Der Rotor 10 weist einen üblichen Aufbau auf und enthält ein Rotorblechpaket 23 aus ferromagnetischem Material, der an einer Welle 25 befestigt ist, die in den entsprechenden Lagerschildern 15 durch geeignete Lager 26 drehbar gelagert ist. Das Rotorblechpaket 23 ist radial innen von dem Statorblechpaket 17 angeordnet, wobei dazwischen ein Luftspalt 18 gebildet ist Der Rotor 10 umfaßt ferner zahlreiche Lüfterflügel 24, die von jeder Seite des Rotorblechpaketes ausgehen und in die entsprechenden Wickelkopfräume 21 hineinragen. Diese Lüfterflügel 24 haben die doppelte Funktion, Wärme von dem Rotor in die Wickelkopfräume zu leiten, damit sie von dort abgeführt wird, und ferner eine Umwälzung der Kühlluft durch die Wickelkopfräume 21 hindurch zu bewirken, wenn der Rotor umläuft.

Um für eine verbesserte Kühlung des Motors mit weniger Teilen und unter geringeren Kosten zu sorgen, sind die erfindungsgemäßen Lagerschilder 15, wie sie aus den Fig.3, 4 und 5 ersichtlich sind, tür eine Anbringung an den Enden 16 des Rahmens 13 ausgebildet. Jeder Lagerschild 15 umfaßt eine Nabe 29 mit einer im allgemeinen ebenen Außenfläche 29a und einer Innenfläche 29b, die eine Lagerbefestigung B zur Aufnahme der Lager 26 aufweist, wie es aus den F i g. 1 und 2 zu ersehen ist. Vier Halteteile 30 (s. Fig.5), die jeweils ein Loch 30a zur Aufnahme eines Bolzens darin aufweisen, sind auf dem Umfang mit Abstand entlang dem Rand der Nabe 29 angeordnet und verlaufen von der Innenfläche 29b axial nach innen. Die axial innen gelegene Oberfläche 31 von jedem der Halteteile 30, wie es aus Fig.4 zu ersehen ist, ist zur Bildung von Paßteilen 31a bearbeitet, die zusammen mit auf dem Rahmenende 16 ausgebildeten Paßteilen einzelne Paßverbindungen darstellen, wenn die Lagerschilder 15 ■in dem Rahmen 13 befestigt sind, tine derartige Paßverbindung erstreckt sich also nicht auf volle 360°

ίο um den Lagerschildumfang herum, sondern bildet zwischen dem Lagerschild und dem Rahmen mehrere, d.h. wenigstens drei und vorzugsweise vier (wie es dargestellt ist), Paßverbindungsabschnitte. Um die Austrittsöffnungen zwischen den Paßverbindungsabschnitten möglichst groß zu machen, sollte sich jede Oberfläche 31 vorzugsweise über einen Bogen erstrekken. der nicht größer als 15° ist, und die gesamte Paßverbindung zwischen dem Lagerschild und dem Rahmen sollte wünschenswerterweise 90* nicht überschreiten. Infolgedessen wird der Bearbeitungsumfang, der 3!:ur Einpassung der Lagerschilder mit dem Rahmen erforderlich ist, gegenüber bekannten Maschinen wesentlich reduziert Die Befestigung der Lagerschilder 15 an dem Rahmen kann durch Bolzen 34 verstärkt werden, die durch entsprechende Bolzenlöcher 30a in den Lagerschildern (s. Fig. 1) hindurchführen, wodurch die Lagerschilder 15 gegen die Enden des Rahmens 13 zusammengezogen werden. Die öffnungen 33, die entlang der Unterseite und den Seiten der Lager Schilder gebildet sind, d.h. zwischen der Nabe 29 und dem Schenkel 32a des Ablenkungsflansches 32, sorgen für einen Zugang vom Motoräußeren zum Luftraum C, der mit dem Wickelkopfraum 21 in direkter Verbindung steht Die Luft wird dann durch die Austrittsöffnungen 36 ausgestoßen, die zwischen den Paßverbindungsabschnitten durch das Ende 16 des Motorrahmens und dem L-förmigen Ablenkungsflansch 32 gebildet sind. Der Ablenkungsflansch 32 weist einen ersten radial verlaufenden Schenkel 32a und einen ringförmigen zweiten Schenkel 32b auf, der das Rahmenende 16 überlappend im rechten Winkel zum Schenkel 32a angeordnet ist Die mittleren Abschnitte 32c des ringförmigen Schenkels 32b nahe den Halteteilen 30 sind dicker als dazu benachbarte Abschnitte des Schenkels, um für sichere Befestigungspunkte der Lagerschilder 15 während der Bearbeitung der Oberflächen 31 zu sorgen, die mit dem Rahmen die Paßverbindung bilden. Der Schenkel 32b muß nicht notwendigerweise im rechten Winkel zum Schenkel 32a

so angeordnet sein, wie es vorstehend beschrieben wurde, jedoch sollte der Schenkel 32b die Austrittsöffnungen 36 im Abstand und in einer ausreichenden Winkelorientierung einhüllen bzw. umgeben, so daß ein Hauptteil der aus der Austrittsöffnung 36 austretenden Luft in axialer Richtung entlang der äußeren Oberfläche des Rahmens 13 zwischen die Kühlrippen 14 abgelenkt wird. Ein Tropfflansch 38, der entlang der Oberseite des Lagerschildes 15 angeordnet ist, dient dazu, einen Eintritt von Fremdteilchen in das Motorinnere von oben

bo zu verhindern. Weiterhin sind doppelte ringförmige vorsipringende Ränder 39 an jedem Ende des Motorrahmer« vorgesehen, die dem Rahmen (in Verbindung mit dem Schenkel 32b,) die Tropfsicherheit geben, während gleichzeitig eine Verkürzung des Rahmens gestattet

hi wird (für Motoren mit kurzen Statorblechpaketen), indem derjenige Teil des Rahmens beseitigt wird, der in axialer Richtung nach außen über die inneren vorspringenden Ränder auf den Rahmen hinausragt.

Weiterhin ist ein Luftleitblech 43 (s. F i g. 1 und 2) mit einer zentral angeordneten öffnung 44 vorgesehen. Diese bildet wenigstens teilweise einen eintretenden Luftströmungspfad D und einen austretenden Luftströmungspfad E in dem Luftraum C zwischen dem Wickelkopfraum 21 den entsprechenden Einlaß- und Auslaßöffnungen 33 und 36. Das Leitblech 43, das in dem Luftraum C angeordnet ist, wird durch Bolzen 47 im Abstand zu der Nabe 29 gehalten. Die Bolzen 47 sind in Befestigungsteile 46 eingeschraubt, die von der inneren ic Oberfläche 29b der Nabe 29 ausgehen. Das Leitblech ist an seinem Außenumfang mit einem Lippenteil 32</ (s. F i g. 3) auf dem Schenkel 32a des Ablenkungsflansches zwischen den Eintritts- und Austrittsöffnungen 33 bzw. 36 gehalten und verläuft von dem Außenumfang konisch nach innen in den Wickelkopfraum 21 hinein. Infolgedessen wird der eintretende Luftströmungspfad D von der Lufteintrittsöffnung 33 gebildet, die zwischen einer ersten Oberfläche 43a des Leitbleches 43 und der Nabe 29 durch die öffnung 44 hindurch in den Wickelkopfraum 21 führt. Der austretende Luftströmungspfad Eist zwischen dem Wickelkopfraum 21 und einer zweiten Oberfläche 43Z> des Leitbleches 43 bis zur Luftaustrittsöffnung 36 gebildet Jenseits der Austrittsöffnungen 36 wird der Pfad £ ferner durch den Luftablenkungsflansch 32 gebildet, der die austretende Luft in axialer Richtung zwischen die Kühlrippen 14 auf der äußeren Oberfläche des Rahmens 13 leitet. Selbstverständlich sind auch andere Luftströmungsleitungen möglich. Grundsätzlich ist jeder Luftdeflektor ausreichend, der in Verbindung mit dem beschriebenen Lagerschild dazu dient, getrennte Luftströmungspfade zwischen den Lufteintrittsöffnungen 33 und den Luftaustrittsöffnungen 36 im Wickelkopf raum 21 zu bilden.

Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Maschine tritt die Kühlluft durch die Lufteintrittsöffnungen 33 hindurch in die Maschine ein und strömt entlang dem Luftströmungspfad D zwischen dem Leitblech 43 und der Nabe 29 durch die zentral angeordnete öffnung 44 in dem Leitblech hindurch in den Wickelkopf raum 21. In diesen Raum eintretende Luft gelangt dann in einer innigen Kontakt mit den erhitzten Teilen des Rotors 10 der die Lüfterflügel 24 umfaßt, die dadurch die Lufi umwälzen und ferner als Kühlrippen zur Wärmeabfuhi aus dem Rotor 10 wirken. Aus dem Wickelkopfraum 21 herausströmende Kühlluft kommt auch in Kontakt mi erhitzten Teilen des Stators 11, zu denen die Wickelköpfe 19 der Statorwicklung 19 gehören. Di< erwärmte Luft strömt dann an der inneren Oberflächi 43b des Leitbleches entlang und tritt durch dii Luftaustrittsöffnungen 36 hindurch aus. Die austretend! Luft wird durch den Luftablenkungsflansch 32 entlanj der äußeren Oberfläche des Rahmens 13 abgelenkt um strömt so zum Zwecke des Wärmeaustausches entlanj der erwärmten Rippen 14 des Statorrahmens.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durchzugsbelüftete elektrische Maschine mit einem den Stator aufnehmenden Rahmen, an dem die der Lagerung des Rotors dienenden Lagerschilde befestigt sind, von denen wenigstens eines eine Nabe und zahlreiche auf dem Umfang im Abstand angeordnete Halteteile auf der Nabe zur beabstandeten Befestigung des Lagerschildes an dem Rahmenende aufweist und bei dem zwischen dem Lagerschild und dem Statorrahmen axial in Richtung der Rahmenoberfläche verlaufende und mit Lufteintrittsöffnungen in Strömungsverbindung stehende Luftaustrittsöffnungen zwischen den Halteteilen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halteteil (30) eine innere Oberfläche (31) aufweist, die mit dem Rahmenende (16) eine Paßverbindung bildet, die als ein Kreisbogen mit einem Zentrumswinkel von maximal 15° geformt ist, und daß alle Paßverbindungen aneinandergereiht einen einem Zentrumswinkel von maximal 90° entsprechenden Kreisbogen einnehmen.

2. Durchzugsbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Halteteile (30) vorgesehen sind, die sich jeweils über einen Bogen von 15° erstrecken.