DE2558405C3

DE2558405C3 - Geschlossene, oberflächenbelüftete elektrische Maschine

Info

Publication number: DE2558405C3
Application number: DE19752558405
Authority: DE
Inventors: Blago Dr.-Ing. Brkic; Ivo Dipl.-Ing. Kurtovic; Zvonimir Ing.(Grad.) Placko
Original assignee: Rade Koncar Zagreb Elektrotehnicki Institut
Current assignee: Rade Koncar Zagreb Elektrotehnicki Institut
Priority date: 1975-01-14
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1980-12-11
Also published as: DE2558405A1; YU8175A; DE2558405B2; YU35939B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine geschlossene, oberflächenbelüftete elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine solche geschlossene, oberflächenbelüftete elektrische Maschine ist aus der DE-PS 6 32 854 bekannt.

Dort ist eine Maschine beschrieben, deren Gehäuse im Bereich, in dem es das Eisenblechpaket eng umschließt, lediglich mit Kühlrippen für die Abführung der im Ständerblechpaket entstandenen Wärme versehen ist, während seitlich neben den Kühlrippen, zwischen diesen und dem Lagerschild, die Kühlelemente für die Rückkühlung des Innenluftstroms angeordnet sind.

Diese Kühlelemente besitzen auch die Funktion von rückführenden, axial gerichteten Kanälen, deren unterbrochene Eingänge nur einem kleineren Teil der Luft die Ausnutzung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente erlauben, wogegen die Mehrzahl dieser Luft auf Hindernisse trifft, bevor sie die Kühlflächen erreicht, wodurch der Koeffizient der Konvektion wesentlich herabgesetzt, der Koeffizient des aerodynamischen Luftwiederstandes jedoch erhöht wird.

Bei dieser bekannten Ausführungsform mit Läuferkanälen ist eine Luftansaugung an der Seite neben dem Lagerschild vorgesehen, wodurch ein relativ niedriger Luftdurchsatz über die Kühlfläche ermöglicht wird.

Gemäß der US-PS 24 58 010 und der GB-PS 2 82 005 sind auch Ausführungsformen von geschlossenen elektrischen Maschinen bekannt, bei denen die Wärmeableitung des Innenluftstroms durch eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche an den Lagerschildern erzielt wird.

Diese bekannten Ausführungsformen betreffen Maschinen ohne Außenlüfter, der Läufer besitzt keine Luftkanäle, so daß sie mit einem Innenlüfter üblicher Ausführung bei Maschinen höherer Leistungen und stärkerer Verluste in gegebenem Maschinenvolumen nicht zufriedenstellend sind.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer geschlossenen, oberflächenbelüfteten elektrischen Maschine der eingangs genannten Art durch eine möglichst einfache Konstruktion der Maschine eine Strömung mit einem hohen Luftdurchsatz über die Kühlflächen für die hinenluft und über die Wickelköpfe bei einer möglichst hohen Umfangskomponente der Luftgeschwindigkeit aus dem Lüfter und über eine möglichst große Wärmeaustauschfläche zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist durch einen Doppellüfter die Ansaugung aus dem Wickelkopfraum und dadurch ein höherer Durchsatz über die Kühlflächen und die Wickelköpfe möglich. Es wird auch ermöglicht, daß der Luftstrom bei einem minimalen aerodynamischen Widerstandskoeffizienten und bei hoher Umfangsgeschwindigkeit unmittelbar an den

μ Rippen und/oder Nuten an der Wärmeaustauschfläche an gleicher Seite, an der sich der Außenlüfter befindet, vorbeiströmt. Durch diese charakteristische Anordnung als auch durcii die Anordnung der Rotorkanäle sowie ihre aerodynamische Verbindung mit den Lüfterschaufeireihen ist die Wärmeabführung vom Läufer auf die Innenluft und von der Innen- auf die Außenluft wesentlich erhöht.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der bergenden einzigen Figur erläutert.

Diese Figur ist ein Schnitt duich einen Teil einer elektrischen Maschine. Die Welle 1, die über das Lager 2 am Gehäuse 3 gelagert ist, trägt ein Rotorpaket 4 sowie einen Außenlüfter 5 und einen allgemein mit 6 bezeichneten Innenlüfter.

Der Außenlüfter 5 trägt Schaufeln 7, die einen Luftstrom Q\ von der Stirnseite der Maschine ansaugen und ihn nach Umlenkung über einen Gehäusedeckel 8 längs der Außenfläche der zylindrischen Gehäusewandung 9 strömen lassen, die mit Rippen 10 versehen sein kann.

Der Innenlüfter 6 enthält einen inneren Schaufelkranz 11, der als »druckloser« Schaufelkranz bezeichnet werden kann. Dies bedeutet, daß dieser Schaufelkranz den statischen Druck der hindurchströmenden Luft nicht merklich verändert. Durch eine Trennwand 12 von dem inneren Schaufelkranz getrennt, ist der äußere Schaufelkranz 13 angeordnet, der sich zusammen mit dem Schaufelkranz 11 mit der Welle I dreht. Die maximalen Durchmesser des inneren Schaufelkranzes 11 und des äußeren Schaufelkranzcs 13 sind voneinander verschieden. So kann der maximale Durchmesser des äußeren Schaufelkranzes 13 beispielsweise das 1.5 bis 2fache des maximalen Durchmessers des inneren Schaufelkranzes 11 betragen. In radialer Richtung nach außen zu ist der äußere Schaufelkranz 13 durch eine Trennwand 14 abgeschlossen. An den zum Inneren der Maschine gerichteten Rand der Trennwand 12 schließt

sich ein Mantel 15 an, der sich bis zu den Luftkanälen 16, 17 erstreckt, die im Läufer vorgesehen sind. Der Kanal 16 befindet sich außerhalb, der Kanal 17 jedoch innerhalb des Mantelbereichs 15. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung von der Innenluft nach außen ist die zylindrische Gehäusewandung 9 mit Nuten 18 versehen, durch die die Innenfläche dieser zylindrischen Außenwand vergrößert wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Abmessungen dieser Nuten 18 so bemessen, daß die Innenfläche der Gehäusewandung 9 um wenigstens 40%, vorzugsweise um 50 bis 70%, gegenüber der glatten Fläche vergrößert ist.

Wenn nun der Rotor in Drehung versetzt wird, dann entsteht außer dem durch den Außenlüfter 5 verursachten Außenluftstrom Qi noch ein Innenluftstrom, der durch den Innenlüfter 6 verursacht wird. In dem äußeren Schaufelkranz 13 wird nun der Druck der hindurchströmenden Luft erhöht und die radial nach außen austretende Luft wird in zwei Strömungen, nämlich die Strömung Q₂ und Q₃ aufgespalten. Der Luftstrom Q₁ tritt durch den inneren Schaufelkranz 11 in Richtung auf das Innere der elektrischen Maschine hindurch und wird dann innerhalb des Mantels 15 bis zu dem Kanal 17 im Läufer geführt. Dort kann er in den äußeren Kanal 16 übertreten und strömt dann wieder zurück zu dem äußeren Schaufelkranz 13 des Innenlüfters 6. Der zweite aus dem äußeren Schaufelkranz abgezweigte Teilstrom Qs spaltet sich wiederum auf und strömt zum Teil direkt wieder zum Eingang des äußeren Schaufelkranzes 13, zum anderen Teil umströmt er jedoch die Statorwicklung 19, kühlt diese Wicklung und kehrt dann ebenfalls zum Einlaß des äußeren Schaufelkranzes 13 zurück.

Damit die Wärme rasch nach außen abgeführt werden kann, ist die Innenfläche der zylindrischen Gehäusewandung 9, die von dem Teilluftstrom Q3 umspült wird, durch die Nuten (z. B. kreisförmige Nuten/ oder Rippen vergrößert.

Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausbildung des Innenlüfters und die Aufteilung in einen drucklosen und in einen druckerzeugenden Schaufelkranz wird erreicht, daß dieser Innenlüfter zweimal in entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden kann, wobei ein Luftstrom in das Innere des Läufers geführt wird, während der andere Luftstrom die Feldwicklung umspült und Wärme an die Gehäusewand abgibt.

Die Vorteile dieser Konstruktion sind offensichtlich, da durch einen einzigen Innenlüfter verschiedene Luftströmungen erzeugt und geführt werden und dieser Innenlüfter in Axialrichtung verhältnismäßig wenig Platz einnimmt, so daß die Länge der elektrischen Maschine nicht ungebührlich vergrößert wird.

Die Aufteilung des aus dem äußeren Schaufelkranz 13 austretenden Luftstromes in einen Z*eigstrom Qi und Qi wird selbstverständlich durch die Abmessungen, insbesondere durch den Abstand der Trennwand 12 vom Lagerschild 20 bestimmt. Die Verteilung der Luftmenge auf die Teilströme Qi und Qs wird je nach Art der Maschine gewählt, so daß den Teilen der elektrischen Maschine, in denen eine stärkere Wärmeentwicklung stattfindet, auch ein entsprechender Kühlluftstrom zugeordnet wird.

Die elektrische Maschine kann ein elektrischer Motor oder ein elektrischer Generator sein. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Lüftungseinrichtung ist prinzipiell für alle geschlossenen elektrischen Maschinen anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Geschlossene, oberflächenbelüftete elektrische Maschine mit einem Außenlüfter mit einem innerhalb eines geschlossenen stirnseitigen Wickelkopfraumes angeordneten und einen ersten Schaufelkranz aufweisenden Innenlüfter und mit Wärmeaustauschflächen an der dem Wickelkopfraum umgebenden zylindrischen Gehäusewandung, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb des äußeren ersten Schaufelkranzes (13) des Innenlüfters (6) durch eine Trennwand (12) getrennt ein innerer zweiter Schaufelkranz (11) angeordnet ist, daß die Trennwand (12) des Innenlüfters (6) durch einen Mantel (15) bis zur Stirnseite des Läufers verlängert ist, daß innerhalb des Läufers axiale Kühlkanäle (16, 17) vorgesehen sind, die teils radial außerhalb und teils radial innerhalb in den stirnseitigen Wickelkopfraum münden und innerhalb des Läufers miteinander in Verbindung stehen, und daß die Wärmeaustauschfiäehen an der Innenseite der zylindrischen Gehäusewandung vorgesehene Nuten (18) und/oder Rippen sind.

2. Geschlossene, oberflächenbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der zylindrischen Gehäusewandung (9) durch die Nuten (18) und/oder Rippen um mindestens 40% im Vergleich zu einer glatten Fläche vergrößei t ist.

3. Geschlossene, oberflächenbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser des äußeren Schaufelkranzes (13) das 1,5 bis 2fache des maximalen Durchmessers düs inneren Schaufelkranzes (11) beträgt.