DE2401588B2 - CLOSED CIRCUIT COOLING OF AN ELECTRIC MACHINE WITH DESIGNED RUNNER POLES - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine geschlossene Kreislaufkühlung einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Läuferpolen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to closed circuit cooling of an electrical machine with pronounced Rotor poles according to the preamble of claim 1.

Eine derartige geschlossene Kreislaufkühlung ist aus der Siemens-Zeitschrift Juni 1964, Heft 6, S. 410 bekannt. Am Läufer ist ein Schaufelrad eines Radialgebläses befestigt, das Kühlluft in radialer Richtung fördert. Der radiale Kühlluftstrom wird zu den Feldpolen des Läufers hin umgelenkt und durchströmt anschließend im Ständereisenkern vorgesehene Lüftungskanäle. Ein geringerer Teil des Kühlluftstromes wird zur Kühlung der Wickelköpfe der Ständerwicklungen herangezogen, wobei durch die Aufteilung und Umlenkung der Luft eine vergleichsweise geringe Kühlung der Wickelköpfe und durch die Verwirbelungen starke Geräusche entstehen. Durch die notwendigen Führungsbleche für die Luftströme vergrößert sich darüber hinaus das gesamte Aggregat.Such closed circuit cooling is known from the Siemens magazine June 1964, issue 6, p. 410. A paddle wheel of a radial fan is attached to the rotor and delivers cooling air in a radial direction. The radial flow of cooling air is deflected towards the field poles of the rotor and then flows through it Ventilation ducts provided in the stator core. A smaller part of the cooling air flow is used for cooling of the winding heads of the stator windings are used, whereby the division and deflection of the Air a comparatively low cooling of the winding heads and strong noises due to the turbulence develop. The entire area is enlarged by the necessary guide plates for the air flows Aggregate.

Bei einer anderen bekannten Luftkühlung (CH-PS 63 612) sind die Wickelköpfe zumindest teilweise im Ansaugkanal des Gebläses angeordnet und werden in diesem Teil von der Ansaugluft umströmt. Der vom Gebläse geförderte Kühlluftstrom verzweigt sich, wobei eine Teilluftmenge zwischen die Läuferpole und anschließend durch die Kühlkanäle im Stator und die andere Teilluft den axial inneren Teil der Wickelköpfe anströmt. Abgesehen von einer verringerten Kühlleistung und des vergleichsweise hohen Geräuschpegels besitzt diese bekannte Einrichtung noch den weiteren konstruktiven Nachteil, daß eine Trennwand im mittleren Teil der Wickelköpfe vorgesehen sein muß, um Strömungskurzschlüsse zu verhindern.In another known air cooling (CH-PS 63 612), the winding heads are at least partially in The intake duct of the fan is arranged and the intake air flows around this part. The from Fan-conveyed cooling air flow branches, with a partial amount of air between the rotor poles and then the axially inner part of the end windings through the cooling channels in the stator and the other partial air flows towards. Apart from a reduced cooling capacity and the comparatively high noise level this known device has the further construction disadvantage that a partition in the middle Part of the winding heads must be provided in order to prevent flow short circuits.

Bei einer anderen bekannten Kühlung (GB-PS 1 96 848) werden zwar die Läuferpole ebenso wie der Ständerkern mit seiner Wicklung vom gesamten Kühlluftstrom beaufschlagt, die Wickelköpfe des Ständers werden jedoch nicht oder nur mit einem äußerst geringen Kühliuftstrom angeblasen, so daß dadurch zwangläufig die Kühlleistung sinkt. Da das Gebläse radial vor dem Jochring angeordnet ist, muß dieser ebenso wie der Ständerkern Strömungskanäle aufweisen, durch die sich der Strömungswiderstand und damit der Geräuschpegel wesentlich erhöhen.In another known cooling (GB-PS 1 96 848), the rotor poles are just like the The stator core with its winding acted upon by the entire flow of cooling air, the end windings of the stator are not blown, or only with an extremely small flow of cooling air, so that inevitably the cooling capacity drops. Since the fan is arranged radially in front of the yoke ring, this must as well as the stator core have flow channels through which the flow resistance and thus the noise level increase significantly.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlluftkreislauf der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß alle Einzelteile des Läufers und des Stators durch einen einzigen, unverzweigten Kühlluftstrom eines mit dem Läufer gekoppelten Gebläses unter Verringerung stärkerer Verwirbelungen des Kühlluftstromes und zur Erzielung einer erhöhten Kühlleistung gekühl; werden.The object of the invention is to develop a cooling air circuit of the type mentioned at the outset to the effect that that all individual parts of the rotor and the stator by a single, unbranched cooling air flow a fan coupled to the rotor with a reduction in stronger turbulence in the flow of cooling air and to achieve an increased cooling capacity cool; will.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Eine gegenüber bekannten Kühlungen gesteigerte Kühlwirkung wird dadurch erreicht, daß die vom Gebläse angesaugte Kühlluft vor ihrem Eintritt in das Gebläse die vorstehenden Wickelköpfe umströmt und daß sie insgesamt vom Gebläse durch die Strömungskanäle im Ständerkern abgefördert wird, wobei Leitwände für eine strikte Trennung beider Kühlluftslröme sorgen. Durch diese Maßnahmen wird eine relativ gleichmäßige Luftströmung ohne Verwirbelung und eine gesteigerte Kühlleistung erreicht.An increased cooling effect compared to known cooling is achieved by the fact that the fan sucked cooling air flows around the above winding heads before it enters the fan and that it is conveyed away overall by the fan through the flow channels in the stator core, with baffles for ensure a strict separation of the two cooling air flows. These measures make a relatively uniform Air flow without turbulence and an increased cooling capacity achieved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Die bogenförmige Ausbildung der Trennwände und ihre Anordnung an je einer Stirnseite des Läufer-Jochringes im Bereich der Läuferpole führt zu einer geringen axialen und radialen Baugröße der elektrischen Maschine und hat die weitere vorteilhafte Wirkung einer günstigen Einleitung der gesamten Kühlluft zwischen die Läuferpole. Advantageous embodiments of the invention are protected in the subclaims. The arched one Formation of the partitions and their arrangement on each end face of the rotor yoke ring in the The area of the rotor poles leads to a small axial and radial size of the electrical machine and has the further advantageous effect of a favorable introduction of the entire cooling air between the rotor poles.

Die Aufteilung der Trennwände einmal in mit dem Läufer umlaufende Schaufelabschnitte und zum anderen in stationäre Leitabschnitte führt zu dem weiteren Vorteil, daß im Bereich der Wickelköpfe eine vergleichsweise ruhige Luftströmung vorliegt, die durch entsprechend ausgebildete Haltebleche für die Seitenwand-Abschnitte noch weiter vergleichmäßigt werden kann.The partitioning of the partition walls on the one hand into blade sections that run around the rotor and on the other in stationary guide sections leads to the further advantage that in the area of the winding heads a comparatively calm air flow is present, through appropriately designed retaining plates for the side wall sections can be evened out even further.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigtThe following are exemplary embodiments of the invention explained in detail on the basis of the drawing. It shows

F i g. 1 die wesentlichen Teile des Kühlkreislaufes bei einem Turbinen-Generator im Vertikalschnitt,F i g. 1 the essential parts of the cooling circuit in a turbine generator in vertical section,

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus F i g. 1,F i g. 2 shows an enlarged detail II from FIG. 1,

F i g. 3 eine andere Ausführung der Leitorgane im Vertikalschnitt.F i g. 3 another embodiment of the guide elements in vertical section.

Auf einer angetriebenen Welle 1 sind zwei aus mehreren Speichen 2 gebildete Armsterne befestigt, die konzentrisch zur Welle 1 einen Jochring 4 sowie Deckbleche 3 tragen. Die Deckbleche 3 sperren die Wirbelverluste verursachenden Räume zwischen dem Jochring 4 und den Speichen 2 ab. In gleichen AbständenOn a driven shaft 1, two arm stars formed from several spokes 2 are attached, which Carry a yoke ring 4 and cover plates 3 concentric to the shaft 1. The cover plates 3 block the eddy losses causing spaces between the yoke ring 4 and the spokes 2. At equal intervals

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am Außenumfang des Jochringes 4 sind auf einem Eisenkern und einer Erregerwicklung bestehende Läuierpole 5 für GleichstrciiiOeirieb angeordnet Ar. beiden Stirnseiten der Läuferpole sind je ein Lüfter 6 vorgesehen. Der Einlaß 6.4 jedes Lüfters 6 ist radial und der Auslaß 6ß axial zum Läaferpo. 5 hin offen, wobei gebogene Trennwände 6C zur Erzielung eines geringen Strömungswiderstandes vorgesehen sind.on the outer circumference of the yoke ring 4 are existing on an iron core and an excitation winding Läuierpole 5 arranged for direct current drive Ar. A fan 6 is provided on each of the two end faces of the rotor poles. The inlet 6.4 of each fan 6 is radial and the outlet 6ß axially to the Läaferpo. 5 open, with curved partitions 6C to achieve a low flow resistance are provided.

Am Außenumfang der Läuferpole ist ein Ständer angeordnet, der mit den Läuferpolen magnetisch zusammenwirkt. Der Ständer besteht aus einem ringförmigen Blechpaket 7 und aus Ständerwicklungen, die in Nuten des mit einer großen Anzahl von Lüftungskanälen 3 versehenen Blechpaketes 7 eingebettet sind. Wickelköpfe 9 der Ständerwicklungen ragen aus den Nuten des Blechpaketes 7 hervor. Ein P?ir Blechringe 10 stützen den Ständer an einen; festen Bauteil ab. Eine Abdeckung 11 dient als Einströmkanal für die Kühlluft und deckt die Läuferpole 5 und den Ständer 7 unter Belassung eines geringen Spieles gegenüber dem Läufer ab. Ein- und Ausströmöffnungen 12 bzw. 13 sind in der Abdeckung 11 in einander gleichen Abständen an der Ständerrückseite angeordnet, wobei im Bereich der Auslaßöffnung 12 ein Luftkühler 14 vorgesehen ist. Ein an den Speichen 2 durch das Deckblech 3 befestigter Bremsring 15 wirkt mit einer Abstützung 16 zusammen, die eine Bremsbacke andrücken kann. Dh Generatorwelle 1 ist in einem Axialdrucklager 17 gelagert. Durch einen Kanal 18 wird frische Kühlluft eingeführt.A stator that interacts magnetically with the rotor poles is arranged on the outer circumference of the rotor poles. The stator consists of an annular laminated core 7 and stator windings which are embedded in grooves in the laminated core 7, which is provided with a large number of ventilation ducts 3. End windings 9 of the stator windings protrude from the grooves of the laminated core 7. A P? Ir sheet metal rings 10 support the stand on a; solid component. A cover 11 serves as an inflow channel for the cooling air and covers the rotor poles 5 and the stator 7, leaving a small amount of play with respect to the rotor. Inflow and outflow openings 12 and 13 are arranged in the cover 11 at equal intervals on the rear of the stand, an air cooler 14 being provided in the area of the outlet opening 12. A brake ring 15 fastened to the spokes 2 by the cover plate 3 interacts with a support 16 which can press on a brake shoe. That is to say, the generator shaft 1 is supported in a thrust bearing 17. Fresh cooling air is introduced through a duct 18.

Bei dieser Anordnung entsteht ein Kühlluftstrom in der durch Pfeile gezeigten Richtung. Die durch die Einlasse 6/4 des Lüfters 6 angesaugte Luft wird durch den Gebläsedruck zwischen die Läuferpole 5 geblasen und strömt zwangsweise durch die Kühlkanäle 8 des Blechpaketes 7 radial nach außen. Dabei werden die Läuferpole 5, das Blechpaket 7 und die Ständerwicklung gekühlt, wobei sich die Luft auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Diese Warmluft durchströmt den Luftkühler 14 und gelangt danach durch die Einlaßöffnungen 13 der Abdeckung 11 als Kühlluft in den Raum der Wikkclköpfe 9 und wird unter gleichzeitiger Kühlung dieser Wickelköpfe vom Einlaß 6/4 des Lüfters 6 angesaugt. With this arrangement, a flow of cooling air is created in the direction shown by the arrows. The ones through the inlets 6/4 of the fan 6 sucked air is blown between the rotor poles 5 and by the blower pressure forcibly flows through the cooling channels 8 of the laminated core 7 radially outward. Thereby the rotor poles 5, the laminated core 7 and the stator winding are cooled, the air being at a certain temperature warmed up. This warm air flows through the air cooler 14 and then passes through the inlet openings 13 the cover 11 as cooling air in the space of the Wikkclköpfe 9 and is sucked in from the inlet 6/4 of the fan 6 with simultaneous cooling of these winding heads.

Die Trennwand 6G verhindert eine Mischung des Kühlluftstromes mit dem vom Lüfter 6 abgeblasenen Luftstrom, der den Lüfter in axialer Richtung verläßt und ohne starke Verwirbelung in die Räume zwischen den Läuferpolen 5 einströmt. Bei kräftiger Kühlung der Wicklungsköpfe 9 werden Reibungsverluste und Geräusche durch Vermeiden von starken Strömungswirbeln wirksam gemindert.The partition wall 6G prevents the cooling air flow from being mixed with the air flow blown off by the fan 6, which leaves the fan in the axial direction and flows into the spaces between the rotor poles 5 without strong turbulence. With strong cooling of the winding heads 9, friction losses and noise are effectively reduced by avoiding strong flow vortices.

Die Trenn- und Leitwand muß nicht gebogen sein.The partition and guide wall need not be curved.

sondern kann eine andere geeignete Form aufweisen, durch die die Kühlung der Wicklungsköpfe 9 erhalten bleib! und der Kühlluftstrom nicht verwirbelt wird. Statt des gekrümmten kann z. B. ein geneigtes Blech verwendet werden.but can have some other suitable shape, by means of which the cooling of the winding heads 9 is maintained stay! and the cooling air flow is not swirled. Instead of the curved z. B. an inclined sheet be used.

Die Kühlwirkung an den Läuferpolen 5, am Blechpaket 7 und an den Ständerwicklungen läßt sich noch durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlluft verbessern, die durch die Radialgebläsewirkung der Läuferpole 5 zusätzlich zum Druck des Lüfters 6 erzeugt wird.The cooling effect on the rotor poles 5, on the laminated core 7 and on the stator windings can still be achieved through higher flow rates of the cooling air, which are improved by the radial fan effect of the Rotor pole 5 is generated in addition to the pressure of the fan 6.

Bei der Ausführung nach F i g. 3 ist die Leitwand 19 des Lüfters 6 als gesondertes Bauteil ausgeführt und an der Abdeckung 11 durch ein Halteblech 19S befestigt, das auch als Leitblech für den angesaugten Kühlluftstrom ausgebildet sein kann. Die Leitwand 19 kann dicht am Außenumfang des Lüfters 6 so angeordnet werden, daß sie ein glattes Umströmen der Wicklungsköpfe nicht stört. Auch diese Anordnung verhindert eine Mischung der vom Lüfter geförderten Luft mit der die Wickelköpfe 9 bestreichenden Kühlluft und erreicht dadurch dieselbe gute Kühlleistung wie die oben beschriebene Ausführung.In the embodiment according to FIG. 3, the guide wall 19 of the fan 6 is designed as a separate component and on the cover 11 is fastened by a holding plate 19S, which also acts as a guide plate for the suctioned cooling air flow can be formed. The guide wall 19 can be arranged close to the outer circumference of the fan 6 that it does not interfere with a smooth flow around the winding heads. This arrangement also prevents a mixture of the air conveyed by the fan with the cooling air brushing the winding heads 9 and achieved thus the same good cooling performance as the design described above.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

24 Ol Patentansprüche:24 Ol patent claims: 1. Geschlossene Kreislaufkühlung einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Läuferpolen mit zwei an den Stirnseiten der Läuferpole angeordneten Lüftern, die Kühlluft über die Wickelköpfe der Ständerwicklung sowie durch die Läuferpole und radiale Kanäle im Ständerblechpaket fördern, welche Kühlluft nach Verlassen des Ständers über einen Kühler und über jeweils stirnseitig radial verlaufende, durch Trennwände abgetrennte Ansaugkanäle in den Lüftern saugseitig wieder zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wikkelköpfe (9) der Ständerwicklung vollständig in den stirnseitigen Ansaugkanälen angeordnet sind und daß die Trennwände (Einlaß 6A 6G; Leitwand 19) derart angeordnet sind, daß sie gleichzeitig die die Wickelköpfe (9) enthaltenden Ansaugkanäle von der Ausblasseite der Lüfter abtrennen und eine Umlenkung der radial angesaugten Luft in eine axiale Richtung ermöglichen.1. Closed circuit cooling of an electrical machine with pronounced rotor poles two fans arranged on the end faces of the rotor poles, the cooling air over the end windings of the Promote stator winding as well as through the rotor poles and radial channels in the stator core, which Cooling air after leaving the stand via a cooler and via radially extending, Intake ducts separated by partition walls in the fans are fed back in on the suction side is, characterized in that the winding heads (9) of the stator winding completely in the intake channels are arranged at the front and that the partition walls (inlet 6A 6G; guide wall 19) are arranged in such a way that they simultaneously contain the suction channels of the winding heads (9) cut off the exhaust side of the fan and divert the radially sucked in air into an axial one Enable direction. 2. Geschlossene Kreislaufkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (Einlaß 6Λ, 6G) jeweils als umlaufender bogenförmiger Teil des Lüfters (6) an jeder Stirnseite des Läuferjochringes (4) im Bereich der Läuferpole (5) angeordnet sind.2. Closed circuit cooling according to claim 1, characterized in that the partition walls (Inlet 6Λ, 6G) each as a circumferential arcuate part of the fan (6) on each face of the Rotor yoke ring (4) are arranged in the area of the rotor poles (5). 3. Geschlossene Kreislaufkühlung nach Anspruch3. Closed circuit cooling according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (Einlaß 6/4, Leitwand 19) jeweils durch eine umlaufende gerade Trennwand (Einlaß 6,4) und durch eine feststehende, bogenförmige Leitwand (19) gebildet sind, wobei die Leitwand (19) über ein die Kühlluft an den Wickelköpfen ausrichtendes Halteblech (19S) starr an der Wand (11) des Ansaugkanals befestigt ist.1, characterized in that the partition walls (inlet 6/4, baffle 19) each by a circumferential straight partition (inlet 6.4) and formed by a fixed, arched baffle (19) are, the guide wall (19) via a retaining plate that aligns the cooling air on the winding heads (19S) is rigidly attached to the wall (11) of the intake duct.