DE4413389A1 - Elektrische Maschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche die
Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.
Bei einer bekannten Maschine dieser Art (EP 0 313 310 A2) ist
der Ringraum zwischen den Blechpaketen auf den Bereich zwi
schen den Statorblechpaketen beschränkt, weil der Zwischenraum
zwischen den Rotorblechpaketen durch einen Körper aus nicht
ferromagnetischem Material vollständig ausgefüllt ist, der im
übrigen wie die beiden Rotorblechpakete ausgebildet ist. Die
die Rotorblechpakete in axialer Richtung durchdringenden Kühl
kanäle münden deshalb nicht in den mittigen Ringraum, sondern
sind über entsprechende Kanäle des nicht ferromagnetischen
Mittelteils miteinander verbunden. Aus dem mittigen Ringraum
kann daher nur durch radiale Schlitze, die im Mittelteil auf
die Luftkanäle ausgerichtet sind, Luft in die Kühlkanäle der
Rotorblechpakete eintreten. Die Kühlung ist deshalb bei dieser
bekannten Maschine nicht sehr effektiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der
eingangs genannten Art mit einem wirksameren Kühlsystem zu
schaffen. Diese Aufgabe löst eine Maschine mit den Merkmalen
des Anspruches 1.
Der prinzipielle Vorteil, den der Übergang von einer Durch
strömung der beiden Abschnitte aller Kühlkanäle nacheinander
in der gleichen Richtung zu einer Durchströmung der beiden
Abschnitte in entgegengesetzter Richtung von je einem Teil
strom der Kühlluft zu bieten vermag, nämlich daß bei gleichem
Gesamtkühlluftstrom wegen des für jeden der beiden Teilströme
geringeren Druckbedarfes die Förderleistung der Luftförderein
richtung erheblich reduziert werden kann oder bei gleichblei
bender Leistung der Luftfördereinrichtung stärkere Luftströme
erzeugt werden, kommt erst dann zum Tragen, wenn der Kühlluft
strom nicht im Bereich des mittigen Ringraumes gedrosselt
wird, d. h., wenn keine starken Änderungen der Strömungsquer
schnitte vorhanden sind. Eine solche Drosselung vermeidet die
erfindungsgemäße Lösung, da die Kühlkanäle unmittelbar in den
mittigen Ringraum münden und auch der Ringraum selbst mit etwa
gleicher Geschwindigkeit wie die Kühlkanäle von der Kühlluft
durchströmt wird. Die in den mittigen Ringraum ragenden Teile
der Statorwicklung und der Rotorwicklung werden deshalb inten
siv gekühlt, wobei außerdem das Verhältnis zwischen der Kühl
luftmenge und der Leistung der Luftfördereinrichtung ein
Maximum erreicht, so daß insgesamt eine optimale Kühlung
sichergestellt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl für Gleichstrommaschi
nen als auch Wechselstrom- und Drehstrommaschinen geeignet.
Ferner kommt sie sowohl für Maschinen mit runder Außenkontur
als auch mit rechteckiger Außenkontur in Frage. Weiterhin kann
die erfindungsgemäße Maschine ein einteiliges oder ein mehr
teiliges Gehäuse aufweisen sowie eine gehäuselose Bauart
haben, wobei im letztgenannten Falle nur zwei Lagerschilde an
den voneinander wegweisenden Enden der beiden Statorblech
pakete und ein Zwischenteil für die Aufnahme der einander zu
gewandten Statorblechpaketenden benötigt wird. Ferner lassen
sich mit den gleichen Gehäuseteilen sowohl durchzugsbelüftete
als auch oberflächengekühlte Bauformen realisieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen
den einander abgewandten Stirnflächen der Blechpakete und je
einem Lagerschild so gewählt, daß in diesen beiden endseitigen
Ringräumen, in denen die Kühlluft aus einer axialen in eine
radiale Richtung oder umgekehrt umgelenkt wird, der für die
Kühlluft zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt etwa
gleich der Summe der Strömungsquerschnitte der in den end
seitigen Ringraum mündenden Kühlkanäle ist. Es ist dank eine
optimale Kühlung auch der in die beiden endseitigen Ringräume
ragenden Wicklungsteile sichergestellt.
Für eine Durchzugsbelüftung ist entweder ein Kühllufteintritt
im Bereich der beiden Maschinenendabschnitte und ein Kühlluft
austritt im Bereich zwischen den beiden Statorblechpaketen
oder ein Kühllufteintritt zwischen den beiden Statorblech
paketen und ein Kühlluftaustritt in den beiden Maschinenend
abschnitten vorzusehen. Es hängt dabei von den Strömungsver
hältnissen ab, ob für den Kühllufteintritt und den Kühlluft
austritt je ein Fenster im Gehäuse oder bei gehäuselosen
Maschinen in den Lagerschilden und dem Zwischenteil genügt
oder ob mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Fenster
erforderlich sind.
Müssen die beiden Kühlluftkreisläufe geschlossen ausgebildet
sein, dann kann man die im Gehäuse vorgesehenen Fenster für
den Lufteintritt und Luftaustritt an wenigstens einen außen am
Gehäuse angeordneten Verbindungskanal anschließen, der den
Rückfluß für die beiden im Maschineninneren gegenläufig strö
menden Kühlluftteilströme bildet. Dieser Verbindungskanal kann
mit einem Wärmetauscher in wärmeleitender Verbindung stehen
oder einen Teil eines Wärmetauschers bilden.
In sich geschlossene Kreisläufe der beiden Teilströme lassen
sich aber auch in anderer Weise erreichen. Beispielsweise kann
man die drei Ringräume, von denen der eine zwischen den in
axialem Abstand voneinander angeordneten Blechpaketen und die
beiden anderen neben deren voneinander weg weisenden Stirn
seiten liegen, durch je eine Zwischenwand, die mit Kühlrippen
versehen sein kann, in einen Innenraum, in den Kühlkanäle des
Rotors und des Statorblechpaketes münden, und in einen Außen
raum unterteilen, auf den wenigstens ein Gehäusefenster ausge
richtet ist. Die beiden inneren Kühlluftkreisläufe sind dann
vollständig getrennt von den zwei äußeren Kühlluftkreisläufen.
Wird die Luft für diese beiden äußeren Kühlluftkreisläufe in
den Außenraum des mittleren Ringraumes eingeleitet, dann
durchströmen die beiden Teilströme in entgegengesetzten Rich
tungen die zwischen der Außenmantelfläche des einen bzw.
anderen Statorblechpaketes und der Gehäuseinnenmantelfläche
gebildeten Kühlkanäle oder, sofern vorhanden, in den Stator
blechpaketen vorgesehene Kühlkanäle. Jeder dieser Teilströme
gelangt über den Außenraum des endseitigen Ringraumes zu dem
Luftaustrittsfenster oder den Luftaustrittsfenstern des Gehäu
ses. Selbstverständlich kann der Eintritt der beiden Teil
ströme auch in den Außenraum der beiden endseitigen Ringräume
und der Austritt aus dem Außenraum des mittleren Ringraumes
erfolgen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist aber auch für Maschinen mit
vollkommen geschlossenem Gehäuse vorteilhaft, da auch in
diesem Falle zwei gegensinnige Kühlluftkreisläufe gebildet
werden können, deren Luftströme die Kühlkanäle des Rotors
sowie diejenigen des Stators und/oder diejenigen zwischen der
Außenmantelfläche des Statorblechpaketes und der Innenmantel
fläche des Gehäuses durchströmen und sich über den Ringraum
zwischen den Blechpaketen und den einen bzw. anderen endseiti
gen Ringraum schließen können. Soweit erforderlich, kann
hierbei in bekannter Weise die Wärmeabgabe des Gehäuses durch
eine Oberflächenbelüftung intensiviert werden.
Sofern der Rotor mit einer Stabwicklung versehen und als Kurz
schlußläufer ausgebildet ist, werden die zwischen den beiden
Rotorblechpaketen liegenden Stabschnitte als Radiallüfter ge
nutzt. Aber auch im Bereich der Kurzschlußringe kann man mit
tels der Wicklungsstäbe einen Radiallüftereffekt erreichen.
Man braucht hierzu nur den Kurzschlußring im Abstand von der
Stirnfläche des Blechpaketes anzuordnen und/oder die Stäbe
über den Kurzschlußring überstehen zu lassen.
Insbesondere bei gehäuselosen Maschinen kann man den für Kühl
kanäle der beiden Statorblechpakete zur Verfügung stehenden
Bereich dadurch vergrößern, daß man eine rechteckförmige
Außenkontur der Statorblechpakete wählt. Die vier Eckbereiche
können dann für Kühlkanäle genutzt werden. Bei Maschinen mit
einem Gehäuse ist es hingegen vorteilhaft, die eine kreisför
mige Außenkontur aufweisenden Statorblechpakete in einem im
Querschnitt wenigstens annähernd rechteckförmigen Gehäuse
anzuordnen. Es stehen dann in den Eckbereichen große Quer
schnittsflächen für die Kühlluft zur Verfügung. Dabei müssen
mindestens zwei Sitzflächen für jedes Statorblechpaket vorge
sehen sein, wobei im Falle von nur zwei Sitzflächen diese eine
größere Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen müssen als
bei beispielsweise vier je um 90° versetzt angeordneten Sitz
flächen. In den beiden breiteren Sitzflächen läßt sich ein
erhöhter Wärmeübergang erreichen, so daß sich insgesamt bes
sere Kühlungsverhältnisse erzielen lassen. Da spitz auslau
fende Endabschnitte dieser Eckbereiche zur Kühlung nicht viel
beitragen, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die
Sitzflächen für die Statorblechpakete radial nach innen vor
springend angeordnet.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht ohne weiteres, das
Gehäuse in seinem Mittelabschnitt zu teilen. Dies gilt nicht
nur für den Fall, daß separate Lagerschilde vorgesehen sind.
Durch die Teilung des Gehäuses ist es ohne weiteres möglich,
mit jedem der beiden Teile einstückig das eine Lagerschild
auszubilden. Die beiden Gehäuseteile haben dann eine topfar
tige Form, was auch aus fertigungstechnischen Gründen vorteil
haft ist.
Sofern eine Eigenbelüftung ausreichend ist, wird man vorteil
hafterweise entweder innerhalb der beiden endseitigen Ring
räume neben den beiden Rotorenden je einen Radiallüfter anord
nen oder bei umgekehrter Kühlluftrichtung statt dieser beiden
Radiallüfter einen vorzugsweise beidseitig mit Schaufeln ver
sehenen Radiallüfter zwischen den Blechpaketen des Rotors und
denjenigen des Stators anordnen. Ist eine Fremdbelüftung er
forderlich, dann kann man einen oder auch mehrere kleinere
Fremdlüfter an den Endabschnitten oder auf halber Länge des
Gehäuses auf oder seitlich an diesem anordnen.
Ein zwischen den Blechpaketen des Rotors und denjenigen des
Stators angeordnetes Lüfterrad kann, wenn die beiden Teile des
Rotorblechpaketes mit einer Stabwicklung versehen sind, deren
Stäbe sich vom einen zum anderen Blechpaket erstrecken, auf
diesen Stäben angeordnet sein. Man kann aber selbstverständ
lich sowohl in diesem Falle als auch dann, wenn solche Stäbe
nicht vorhanden sind, das Lüfterrad auf einem zwischen den
beiden Teilen des Rotors auf der Welle festgelegten Träger
anordnen.
Ist eine mitrotierende Abdeckung der Läuferstäbe im mittigen
Ringraum vorgesehen, kann diese so ausgeführt sein, daß sie
sowohl der mechanischen Stabilisierung als auch der Strömungs
führung dient.
Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochen und in Längsrichtung
geschnitten dargestellte Seitenansicht eines
ersten Ausführungsbeispiels mit im Querschnitt
quadratischem Gehäuse,
Fig. 2 einen schematisch dargestellten Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines
zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 eine teilweise aufgebrochen und in Längsrichtung
geschnitten dargestellte Seitenansicht des zweiten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 eine Stirnansicht des einen Teils des Gehäuses des
zweiten Ausführungsbeispiels bei einer Blickrich
tung auf das offene Ende und eine Stirnansicht
ohne Darstellung der Nuten für die Wicklungen der
in diesem Gehäuseteil angeordneten Blechpakete mit
angedeuteten Ausführungsformen von Kühlrippen des
Stators und Belüftungskanälen des Rotors,
Fig. 6 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer
Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 3
bis 5,
Fig. 7 eine teilweise aufgebrochen und in Längsrichtung
geschnitten dargestellte Seitenansicht eines
dritten Ausführungsbeispiels,
Fig. 8 eine teilweise aufgebrochen und in Längsrichtung
geschnitten dargestellte Seitenansicht eines
vierten Ausführungsbeispiels,
Fig. 9 eine teilweise aufgebrochen und in Längsrichtung
geschnitten dargestellte Seitenansicht eines
fünften Ausführungsbeispiels,
Fig. 10 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines
sechsten Ausführungsbeispiels,
Fig. 11 eine teilweise aufgebrochen und in Längsrichtung
geschnitten dargestellte Seitenansicht eines
siebten Ausführungsbeispiels.
Ein Elektromotor, beispielsweise ein Drehstromasynchronmotor,
weist, wie Fig. 1 zeigt, einen Rotor auf, der aus zwei im Aus
führungsbeispiel gleich langen Blechpaketen 1 und 2 besteht,
die auf einer gemeinsamen Motorwelle 3 mit einem axialen Ab
stand voneinander angeordnet sind, der im Ausführungsbeispiel
etwas kleiner ist als die axiale Länge der Blechpakete 1 und
2. Ebenso ist der Stator in zwei gleichlange Blechpakete 4 und
5 unterteilt, die auf die Blechpakete 1 bzw. 2 des Rotors aus
gerichtet sind. Die Blechpakete 1 und 2 sind mit einer gemein
samen Stabwicklung versehen, deren Stäbe 6 den zwischen den
beiden Motorhälften vorhandenen mittleren Ringraum 7 Über
brücken und über die einander abgekehrten Stirnseiten der bei
den Blechpakete 1 und 2 überstehen. Dort sind sie zwischen der
Stirnfläche und dem freien Ende über einen Kurzschlußring 8
miteinander verbunden. Die beiden Stababschnitte zwischen der
Stirnfläche des Blechpaketes und dem Kurzschlußring 8 bzw.
zwischen letzterem und dem freien Ende des Stabes 6 bilden je
einen Radiallüfter. Die Statorblechpakete 4 und 5 tragen eine
gemeinsame Wicklung. Die einander abgekehrten Wickelköpfe 10
liegen in je einem endseitigen Ringraum 11, die durch je eines
der beiden Lagerschilde 12 und die diesem zugekehrte Stirn
fläche des Rotors und des Stators in axialer Richtung begrenzt
sind.
Die beiden Lagerschilde 12 nehmen im Ausführungsbeispiel ein
einstückig ausgebildetes Gehäuse zwischen sich auf.
Wie Fig. 2 zeigt, ist das im Querschnitt quadratische Gehäuse
innen an allen vier Wandflächen mit je einer Sitzfläche 16 für
das Statorblechpaket 4 oder 5 versehen. Die vier Eckbereiche 9
bilden je einen axialen Kühlkanal 18. Die beiden Rotorblech
pakete 1 und 2 sind in an sich bekannter Weise mit im Quer
schnitt runden, axialen Kühlkanälen 21 versehen, die sich wie
die Kühlkanäle 18 von den beiden endseitigen Ringräumen 11
bis zum mittigen Ringraum 7 erstrecken. Daher sind die axialen
Kühlkanäle sowohl des Stators als auch des Rotors auf halber
Länge in zwei durch den mittleren Ringraum 7 unterbrochene
Abschnitte unterteilt.
Diese Unterbrechung der axialen Kühlkanäle 18 und 21 ermög
licht es, die Kühlung mit zwei Luftströmen durchzuführen, die
mit entgegengesetzter Strömungsrichtung die Kühlkanäle des aus
den Blechpaketen 1 und 4 bestehenden einen Teils und des aus
den Blechpaketen 2 und 5 bestehenden anderen Teils des Motors
durchströmen. Das Gehäuse 14 ist deshalb nicht nur im Bereich
seiner endseitigen Ringräume 11 mit je einer nach oben offenen
Luftdurchtrittsöffnung 22 sowie je zwei Luftdurchtrittsöffnun
gen 22′ in den Seitenwänden versehen, sondern auch auf halber
Länge mit einer oberen Luftdurchtrittsöffnung 23 und in beiden
Seitenwänden je zwei Luftdurchtrittsöffnungen 23′, die einen
größeren freien Querschnitt haben als die endseitigen Luft
durchtrittsöffnungen.
Je ein auf der Motorwelle 3 in beiden endseitigen Ringräumen
11 angeordneter Radiallüfter 25, dessen Schaufeln im Ausfüh
rungsbeispiel ein Deckblech 25′ tragen, fördern den einen bzw.
anderen Teil der Kühlluft durch die Maschine.
Der axiale Abstand sowohl der Blechpakete 1 und 2 des Rotors
als auch der Blechpakete 4 und 5 des Stators ist so gewählt,
daß der im mittleren Ringraum 7 für die Kühlluft zur Verfügung
stehende Strömungsquerschnitt etwa gleich der Summe der Quer
schnitte der in ihn mündenden Abschnitte der axialen Kühl
kanäle 18 und 21 ist. Entsprechend ist der axiale Abstand
jedes der beiden Lagerschilde 12 von den ihm zugewandten
Stirnflächen der Blechpakete 1 und 4 bzw. 2 und 5 so gewählt,
daß auch in den endseitigen Ringräumen 11 der der Kühlluft zur
Verfügung stehende Strömungsquerschnitt etwa gleich der Summe
der Querschnitte der in sie mündenden Kühlkanäle 18 und 21
ist. Hierdurch wird zum einen erreicht, daß die Strömungsge
schwindigkeit der Kühlluft in den Ringräumen 7 und 11 etwa so
groß ist wie in den Kühlkanälen 18 und 21, so daß die in die
Ringräume 7 und 11 ragenden Wicklungsteile nicht nur der Sta
torblechpakete 4 und 5, sondern auch der Rotorblechpakete 1
und 2 eine intensive Kühlung erfahren. Zum anderen wird durch
diese Dimensionierung der Ringräume 7 und 11 eine Drosselung
oder auch starke Querschnittserweiterungen der Kühlluftströme
verhindert, was ebenfalls zu einer optimalen Kühlung beiträgt.
Das in den Fig. 3 bis 5 dargestellte zweite Ausführungsbei
spiel unterscheidet sich nicht grundsätzlich von dem ersten
Ausführungsbeispiel. Daher sind sich entsprechende Teile mit
gleichen Bezugszahlen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
gekennzeichnet.
Ein Unterschied besteht darin, daß die beiden Statorblech
pakete 4 und 5 je eine separate Wicklung tragen, weshalb über
die einander zugewandten Stirnseiten dieser beiden Blechpakete
je ein Wickelkopf 10′ übersteht. Diese beiden Wickelköpfe 10′
ragen in den mittigen Ringraum 7. Da es sich bei diesem Aus
führungsbeispiel um einen drehstromerregten Stromrichtermotor
handelt, sind die Stäbe 6 der Rotorwicklung im Bereich des
mittleren Ringraumes 7 so zyklisch getauscht, wie es das
Wirkungsprinzip eines derartigen Motors verlangt. Wegen der
separaten Statorwicklungen kann das Gehäuse auf halber Länge
geteilt ausgeführt sein. Mit den beiden Gehäuseteilen 14 ist
je eines der Lagerschilde 12 einstückig ausgebildet. Die
Teilungsfuge ist mit 15 bezeichnet.
Um die von einem Fremdlüfter 30 geförderte Kühlluft möglichst
gleichmäßig auf die obere Luftdurchtrittsöffnung 23 und die in
den beiden Seitenwänden des Gehäuses vorgesehenen, nicht
dargestellten Luftdurchtrittsöffnungen zu verteilen, ist
mittig auf das geteilte Gehäuse ein Ringkanal 24 aufgesetzt,
der nur zu den Luftdurchtrittsöffnungen der Gehäusehälften 14
und zum Fremdlüfter 30 hin offen ist. Da der Fremdlüfter 30 im
Ausführungsbeispiel oben auf den Ringkanal 24 aufgesetzt ist,
ist dessen Lufteintrittsöffnung 24′ oben vorgesehen. Es wäre
selbstverständlich aber auch möglich, den Fremdlüfter 30 neben
einer Seitenwand anzuordnen. Der Fremdlüfter 30 wird von den
beiden Radiallüftern 25 unterstützt. Seine Leistung kann
deshalb geringer gewählt werden, als wenn die Radiallüfter 25
nicht vorhanden wären, was zu geringeren Kosten, einer gerin
geren Lärmentwicklung und einem kleineren Bauvolumen führt.
Wie Fig. 5 zeigt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel für die
Statorblechpakete 4 und 5 in den beiden Gehäusehälfte 14 nur
je zwei Sitzflächen 16′ oben und unten einander gegenüberlie
gende vorgesehen. Beide Sitzflächen 16′ erstrecken sich über
einen Winkel von etwa 60°. Für einen direkten Wärmeübergang
vom Statorblechpaket zum Gehäuseteil steht deshalb eine rela
tiv große Fläche zur Verfügung. An beide Sitzflächen 16′
schließen sich seitlich je ein Flächenbereich 17 an, die einen
größeren Krümmungsradius als die Sitzflächen 16′ haben und
über die die Sitzflächen 16′ radial nach innen vorstehen,
wodurch spitz auslaufende Endabschnitte der axialen Kühlkanäle
18′ vermieden werden. Die Kühlkanäle 18′ haben eine sehr große
Querschnittsfläche, da sich ihr Querschnitt von der oberen zur
unteren Sitzfläche 16′ ohne Unterbrechung erstreckt. Die von
den Seitenwänden des Gehäuses gebildeten, ebenen Flächen
bereiche 19, die diametral zueinander und um 90° gegenüber den
Sitzflächen 16′ versetzt zwischen je zwei der Flächenbereiche
17 vorgesehen sind, haben von der Außenmantelfläche des Sta
torblechpaketes 4 bzw. 5 einen so großen Abstand, daß auch
noch an der engsten Stelle ein relativ großer Luftdurchsatz
möglich ist. In die Kühlkanäle 18′ können Kühlrippen 20 ragen,
deren Fuß in je eine Längsnut in der Außenmantelfläche des
Statorblechpaketes 4 oder 5 eingesetzt ist, wie dies Fig. 5
zeigt. Die Kühlrippen 20 könnten auch einstückig mit dem
Statorblechpaket ausgebildet sein.
Der Fremdlüfter 30 drückt Luft in den mittigen Ringraum 7, von
dem aus ungefähr die Hälfte durch die Kühlkanäle 18′ und 21
der Blechpakete 4 bzw. 1 in den in Fig. 4 links dargestellten
endseitigen Ringraum 11 und die andere Hälfte in entgegen
gesetzter Richtung durch die Kühlkanäle 18′ und 21 der Blech
pakete 5 bzw. 2 in den in Fig. 1 rechts dargestellten Ringraum 11
strömt. Sowohl die Blechpakete als auch die Wickelköpfe 10
und 10′ und die Rotorwicklung erhalten dabei eine wirksame
Kühlung, weil außerdem die Ringräume 7 und 11 wie bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 dimensioniert sind.
Aus den beiden endseitigen Ringräumen 11 tritt die Luft dann
durch die endseitigen Luftdurchtrittsöffnungen 22 aus.
Auch die im mittleren Ringraum 7 und den endseitigen Ring
räumen 11 liegenden Abschnitte der Stäbe 6 der Rotorwicklung
werden intensiv gekühlt, da sie vollständig im Kühlluftstrom
liegen und dieser eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat.
Durch die relativ kurze Länge der gegensinnig durchströmten
Abschnitte der axialen Kühlkanäle 18 und 21 im Vergleich zur
Länge bei einer gleichsinnigen Durchströmung läßt sich die
thermische Asymmetrie wesentlich reduzieren.
Sofern der Ringkanal 24 entbehrlich ist, kann man, wie Fig. 6
zeigt, den Fremdlüfter 30′ unmittelbar an das Gehäuse anset
zen. Es wird dann nur dort, wo der Fremdlüfter 30′ angesetzt
ist, eine Lufteintrittsöffnung im Gehäuse benötigt, die im
Falle einer Anordnung des Fremdlüfters auf halber Länge des
Gehäuses auf den mittigen Ringraum 7 ausgerichtet ist. Sofern
auch in den Seitenwänden Fenster vorhanden sind, werden diese
mit je einem Deckel 23′′ abgedeckt.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das als geschlossene
Maschine ausgebildet ist, im übrigen aber weitgehend dem
Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 bis 5 entspricht. Mit
Teilen des letzteren übereinstimmender Teile sind deshalb mit
gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
Bedingt durch die Ausführung als geschlossene Maschine sind
sowohl die auf die endseitigen Ringräume 11 ausgerichteten
Luftdurchtrittsöffnungen oder Fenster des Gehäuses als auch
die auf den mittigen Ringraum 7 ausgerichteten Luftdurch
trittsöffnungen oder Fenster nicht erforderlich. Sind Fenster
vorhanden, werden sie, z. B. mittels Deckeln 23′′, verschlossen.
Dank der beiden Radiallüfter 25 werden zwei innere, gegensin
nige Kühlluftkreisläufe gebildet. Der in Fig. 7 links darge
stellte Radiallüfter 25 drückt die Kühlluft durch die axialen
Kühlkanäle zwischen der Außenmantelfläche des Statorblechpake
tes 4 und der Innenmantelfläche des Gehäuseteils 14 in den
mittigen Ringraum 7. Entsprechend drückt der in Fig. 7 rechts
dargestellte Radiallüfter 25 die Kühlluft durch die axialen
Kühlkanäle zwischen der Außenmantelfläche des Statorblechpake
tes 5 und der Innenmantelfläche des Gehäuseteils 14 ebenfalls
in den mittigen Ringraum 7. Die dort sich vereinigenden beiden
Teilströme trennen sich dann wieder, weil die Kühlluft vom
mittigen Ringraum 7 durch die das Rotorblechpaket 1 durch
dringenden axialen Kühlkanäle 21 in den in Fig. 7 links darge
stellten Ringraum 11 gelangt, während die das Rotorblechpaket
2 in axialer Richtung durchdringenden Kühlkanäle 21 zu dem in
Fig. 7 rechts dargestellten Ringraum 11 durchströmt werden.
Sofern eine Oberflächenkühlung des Gehäuses erforderlich ist,
wird über dieses in axialer Richtung ein Luftstrom hinwegge
führt. Im Ausführungsbeispiel wird dieser Luftstrom von einem
Radiallüfter 27 erzeugt, der auf dem Ende der Motorwelle 3
außen neben dem in Fig. 7 rechts dargestellten Lagerschild
angeordnet und von einer Haube 28 abgedeckt ist, welche die
geförderte Luft in die axiale Richtung so umlenkt, daß sie
entlang der Außenmantelfläche des Gehäuses strömt.
Auch das in Fig. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine
Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 3 bis 5. Von
letzterem unterscheidet es sich im wesentlichen nur dadurch,
daß sowohl die beiden endseitigen Ringräume 11 als auch deren
mittiger Ringraum 7 durch je ein konzentrisch zur Motorwelle 3
angeordnetes Rohrstück 29 in einen Außenraum und einen Innen
raum getrennt ist, und zwar derart, daß zwischen beiden keine
direkte oder indirekte Verbindung besteht.
Die von einem auf den Ringkanal 24 aufgesetzten Fremdlüfter 30
geförderte Kühlluft tritt in den Außenraum des mittleren Ring
raumes 7 ein und teilt sich hier in zwei zumindest annähernd
gleich große Teilströme auf, welche in entgegengesetzten Rich
tungen die zwischen der Außenmantelfläche des Statorblechpake
tes 4 und der Innenmantelfläche des Gehäuseteils 14 bzw. zwi
schen der Außenmantelfläche des Statorblechpaketes 5 und der
Innenmantelfläche des Gehäuseteiles 14 vorgesehenen axialen
Kühlkanäle durchströmt. Der eine Teilstrom gelangt dann in den
Außenraum des in Fig. 8 rechts dargestellten endseitigen Ring
raumes, von dem er durch die Luftdurchtrittsöffnungen 22 nach
außen tritt. Entsprechend gelangt der andere Teilstrom in den
Außenraum des in Fig. 8 links dargestellten Ringraumes 11 und
von diesem aus durch die Luftaustrittsöffnungen 22 nach außen.
Hierdurch ist eine wirkungsvolle Kühlung der beiden Stator
blechpakete 4 und 5 sichergestellt.
Wenn, wie im Ausführungsbeispiel, die beiden Statorblechpakete
4 und 5 nicht von axialen Kühlkanälen durchdrungen werden, die
in den Innenräumen der Ringräume 7 und 11 münden, brauchen in
den endseitigen Ringräumen 11 keine Radiallüfter angeordnet zu
sein, da sich dann keine durch die Blechpakete 1 und 4 bzw. 2
und 5 hindurch sich schließende Kühlluftkreisläufe ausbilden
können.
Auch das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt in
den wesentlichen Teilen mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den
Fig. 3 bis 5 überein, weshalb für übereinstimmende Teile glei
che Bezugszahlen verwendet sind und insoweit auf die Ausfüh
rungen zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 bis 5 Bezug
genommen wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist ebenfalls als eine ge
schlossene Maschine ausgebildet, wobei allerdings die beiden
die Blechpakete 1 und 4 einerseits und die Blechpakete 2 und 5
andererseits in entgegengesetzten Richtungen durchströmenden
Kühlluftteilströme sich über wenigstens einen oben und/oder
seitlich auf das Gehäuse aufgesetzten Rückführungskanal 40
schließen. Dieser Rückführungskanal 40 überdeckt die in der
oberen Begrenzungswand des Gehäuses vorgesehenen, auf die bei
den endseitigen Ringräume 11 ausgerichteten, vom Statorblech
paket 4 bzw. 5 aus etwas mehr als zur Hälfte abgedeckten
Luftdurchtrittsöffnungen 22 und die auf den mittigen Ringraum
7 ausgerichtete Luftdurchtrittsöffnung 23. Die von dem in
Fig. 9 links dargestellten Radiallüfter 25 geförderte Luft
tritt durch die Luftaustrittsöffnung 22 hindurch in den Rück
führungskanal 40 ein, in dem sie, in Fig. 9 nach rechts, bis zu
der Luftdurchtrittsöffnung 23 strömt, durch die hindurch sie
in den mittigen Ringraum 7 eintritt. Die von dem in Fig. 9
rechts dargestellten Radiallüfter 25 geförderte Luft tritt
durch die Luftaustrittsöffnung 22 ebenfalls in den Rückfüh
rungskanal 40 ein, strömt in diesem aber in entgegengesetzter
Richtung zum anderen Kühlluftteilstrom, in Fig. 9 also nach
links, zur Luftdurchtrittsöffnung 23 und durch diese hindurch
ebenfalls in den Ringraum 7. Dort teilt sich die Kühlluft
wieder in zwei Teilströme auf, von denen der eine durch die
Kühlkanäle des Rotorblechpaketes 1 sowie die Kühlkanäle zwi
schen der Außenmantelfläche des Statorblechpaketes 4 und der
Innenmantelfläche des Gehäuseteils 14 in den in Fig. 9 links
dargestellten Ringraum 11 strömt, während der andere Teilluft
strom durch die Kühlkanäle des Rotorblechpaketes 2 und die
Kühlkanäle zwischen der Außenmantelfläche des Statorblech
paketes 5 und der Innenmantelfläche des Gehäuseteils 14 in den
in Fig. 9 rechts dargestellten Ringraum 11 strömt.
Der Rückführungskanal 40 bildet den einen Teil eines Wärme
tauschers, dessen anderer Teil sich an die Oberseite des Rück
führungskanals 40 anschließt und einen sich über einen Teil
oder, wie im Ausführungsbeispiel, über die gesamte Maschinen
länge erstreckenden Luftführungskanal 41 bildet. An das in
Fig. 9 rechts dargestellte Ende dieses Luftführungskanals 41
schließt sich eine gegenüber der Haube 28 des Ausführungsbei
spiels gemäß Fig. 7 geringfügig modifizierte Haube 28′ an, wel
che den Radiallüfter 27 überdeckt, welcher auf der Motorwelle
3 festgelegt ist. Dieser Radiallüfter 27 kann auch als Axial
rad ausgelegt werden mit dann angepaßter Einlaufhaube, und
beide Auslegungsarten können mittels eines aufgesetzten
Hilfsmotors starr angetrieben als Fremdbelüftung ausgeführt
sein. Zur Verbesserung des Wärmeaustausches sind im Ausfüh
rungsbeispiel Rippen 40′ bzw. 41′ vorgesehen, welche sich in
Richtung des Rückführungskanals 40 bzw. des Luftführungskanals
41 erstrecken und von der beiden Kanälen gemeinsamen Zwischen
wand in den einen bzw. anderen Kanal ragen. Die Rippen 40′
können sich auch unterbrechungsfrei über die gesamte Länge des
Rückführungskanals 40 erstrecken.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 zeigt zum einen, daß das
Gehäuse 114 keine mittige Teilung aufzuweisen braucht und die
Lagerschilde 112 mit dem Gehäuse 114 verschraubt sein können.
Ferner zeigt Fig. 10, daß man die Kühlluft auch durch die end
seitigen Luftdurchtrittsöffnungen einblasen und durch die
mittigen Durchtrittsöffnungen 123 austreten lassen kann. Die
axialen Kühlkanäle werden dann in entgegengesetzter Richtung
durchströmt. Für die Kühlluftzufuhr sind zwei Radialgebläse
130 auf das Gehäuse 114 im Bereich von dessen beiden Endab
schnitten aufgesetzt. Diese Radialgebläse 130 könnten aber
auch seitlich an das Gehäuse 114 angebaut sein. Die Luftför
derung beider Radialgebläse 130 kann durch einen Radiallüfter
unterstützt werden, der beidseitig mit Schaufeln versehen ist
und auf der Motorwelle und/oder den Stäben der Rotorwicklung
in dem dem mittigen Ringraum 7 entsprechenden Raum angeordnet
ist.
Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die Ausführungen zu dem
ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen, da insoweit keine
Unterschiede bestehen. Allenfalls wird im Bereich der endsei
tigen Luftdurchtrittsöffnungen je ein äußerer Ringkanal benö
tigt, um die von den Radialgebläsen 130 gelieferte Kühlluft
möglichst gleichmäßig auf mehrere in Umfangsrichtung versetzt
angeordnete Luftdurchtrittsöffnungen verteilen zu können.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 unterscheidet sich von
demjenigen gemäß Fig. 9 im wesentlichen nur durch eine andere
Ausbildung und Anordnung der Lüfterräder und des für diese
vorgesehenen Fremdantriebes. Deshalb sind gleiche Teile mit
gleichen Bezugszahlen versehen und im folgenden nur die Unter
schiede erläutert.
Statt des Lüfterrades 27 auf dem einen Ende der Motorwelle 3
ist ein Radiallüfterrad 127 mit vertikaler Drehachse auf hal
ber Länge des Luftführungskanals 41 in diesem angeordnet, was
wegen der rechteckförmigen Außenkontur des Motors und der dem
entsprechend ebenen oberen und unteren Begrenzungsflächen 128
des Luftführungskanals 41 ohne weiteres möglich ist. In der
außenliegenden Begrenzungsfläche 128 ist ein auf das Fenster
23 ausgerichtetes Fenster 129 vorgesehen, über dem ein An
triebsmotor 131 derart angeordnet ist, daß ein genügend großer
Luftdurchtrittsquerschnitt frei bleibt. Im Ausführungsbeispiel
ist deshalb der Antriebsmotor 131 mittels eines einzelne Arme
131′ bildenden Flansches an der außenliegenden Begrenzungs
fläche festgelegt. Die Welle des Antriebsmotors 131, welche
das Radiallüfterrad 127 trägt, welches die durch das Fenster
129 hindurch angesaugte Luft durch die Luftführungskanäle, bei
einer Blickrichtung gemäß Fig. 11 nach rechts und links bläst,
durchdringt abgedichtet die innenliegende Begrenzungsfläche
128 und die an dieser anliegende Begrenzungsfläche des Rück
führungskanals 40 und trägt auf dem im Rückführungskanal 40
liegenden Abschnitt ein zweites Radiallüfterrad 112. Dieser
ersetzt die beiden auf der Motorwelle sitzenden Radiallüfter
und drückt die aus dem mittigen Ringraum 7 angesaugte Luft
durch die beiden Rückführungskanäle 40. Da das Lüfterrad 27
entfällt, wird auch dessen Haube 28′ nicht mehr benötigt.
Claims (21)
1. Elektrische Maschine mit zwei auf einer gemeinsamen Welle
in axialem Abstand voneinander angeordneten Rotorblech
paketen, zwei in entsprechendem Abstand voneinander ange
ordneten Statorblechpaketen und einer Kühleinrichtung, die
eine Luftfördereinrichtung sowie in axialer Richtung ver
laufende Kühlkanäle aufweist, welche infolge des axialen
Abstandes der Blechpakete je in zwei Abschnitte unterteilt
und derart mit der Luftfördereinrichtung verbunden sind,
daß die beiden Abschnitte jedes Kühlkanals in entgegenge
setzter Richtung durchströmt werden und in dem Ringraum
zwischen den Blechpaketen die Kühlluft aus einer axialen
Richtung in eine radiale Richtung oder umgekehrt umgelenkt
wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der Blech
pakete (1, 2, 4, 5) so gewählt ist, daß der im Ringraum
(7) zwischen den Blechpaketen (1, 2, 4, 5) für die Kühl
luft zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt etwa
gleich der Summe der Strömungsquerschnitte aller in diesen
Ringraum (7) unmittelbar mündenden Kühlkanäle (18, 18′,
21) ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der eine Teil (21) der Kühlkanäle den beiden
Rotorblechpaketen (1, 2) und der andere Teil den beiden
Statorblechpaketen (4, 5) zugeordnet ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Abstand zwischen den einander abge
wandten Stirnflächen der Blechpakete (1, 2, 4, 5) und je
einem Lagerschild (12) so gewählt ist, daß in diesen bei
den endseitigen Ringräumen (11), in denen die Kühlluft aus
einer axialen in eine radiale Richtung oder umgekehrt um
gelenkt wird, der für die Kühlluft zur Verfügung stehende
Strömungsquerschnitt etwa gleich der Summe der Strömungs
querschnitte der in den endseitigen Ringraum (11) münden
den Kühlkanäle (18, 18′, 21) ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß im mittleren Ringraum (7) die
sich vom einen zum andern Rotorblechpaket (1, 2) erstrecken
de Rotorwicklung (6) frei im Kühlluftstrom liegt.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie in ihrem Mantel Luftdurchtrittsöff
nungen (22, 23, 23′, 123) aufweist, von denen wenigstens
jeweils eine auf den zwischen den Blechpaketen (1, 2, 4,
5) vorhandenen, mittleren Ringraum (7) und auf die beiden
endseitigen Ringräume (11) ausgerichtet ist.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
abnehmbare Abdeckungen (23′′) für die nicht benötigten
Luftdurchtrittsöffnungen.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß für eine Durchzugsbelüftung entweder je
ein Kühllufteintritt (22) im Bereich der beiden Maschinen
endabschnitte und ein Kühlluftaustritt (23, 23′) im Be
reich zwischen den beiden Statorblechpaketen (4, 5) oder
ein Kühllufteintritt (23, 23′) zwischen den beiden Stator
blechpaketen (4, 5) und ein Kühlluftaustritt (22) in den
beiden Maschinenendabschnitten vorgesehen ist.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß die für den Kühllufteintritt und den Kühlluftaus
tritt in einem die Statorblechpakete (4, 5) und die Rotor
blechpakete (1, 2) aufnehmenden Gehäuse (14) im Bereich
der beiden Maschinenendabschnitte und dem Zwischenraum
zwischen den Statorblechpaketen (4, 5) als Luftdurch
trittsöffnungen vorgesehenen Fenster (22, 23, 23′) an
wenigstens einen Kanal (40) angeschlossen sind, der einen
Rückschluß für die beiden gegensinnigen Kühlluftkreisläufe
bildet und mit einem Wärmetauscher in wärmeleitender Ver
bindung steht oder wenigstens einen Teil eines Wärme
tauschers bildet.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Ringräume (7, 11)
durch je eine Zwischenwand (29) in einen Innenraum und
einen Außenraum unterteilt sind, auf die Außenräume wenig
stens je eine der Luftdurchtrittsöffnungen (22, 23, 23′)
des Gehäuses (14) ausgerichtet ist und die Außenräume der
endseitigen Ringräume (11) über die in entgegengesetzter
Richtung durchströmten Kühlkanäle (18, 18′) der Stator
blechpakete oder über zwischen den Statorblechpaketen (4,
5) und dem Gehäuse (14) vorhandene Kühlkanäle mit dem
Außenraum des mittigen Ringraumes (7) verbunden sind.
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß sie geschlossen ausgeführt ist
und zwei gegensinnige Kühlkreisläufe aufweist, die sich je
über Kühlkanäle (21) im einen bzw. anderen Rotorblechpaket
(1, 2) sowie Kühlkanäle der jeweils zugeordneten Stator
blechpakete (4, 5) und/oder Kühlkanäle (18, 18′) zwischen
dem Statorblechpaket und einem Gehäuse (14) und über Ring
räume (7, 11) zwischen den einander zugewandten Stirnsei
ten der Blechpakete (1, 2, 4, 5) sowie neben den einander
abgekehrten Stirnseiten der Blechpakete (1, 2, 4, 5)
schließen.
11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blechpakete (4, 5)
des Stators separate Wicklungen tragen, deren gegeneinan
der weisende Wickelköpfe (9, 10) in den von der Kühlluft
durchströmten Ringraum zwischen den Statorblechpaketen
ragen.
12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das im Querschnitt zumindest
im wesentlichen rechteckförmige Gehäuse (14; 114) als Sitz
für den Stator (4, 5) nur zwei diametral angeordnete Sitz
flächen (16) aufweist.
13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Innenflächen des Gehäuses (14; 114) in
den beiden Bereichen (19), die gegenüber den Sitzflächen
(16) um 90° in Umfangsrichtung versetzt sind, durch zwei
zueinander und zur Maschinenlängsachse wenigstens an
nähernd parallele Ebenen gebildet sind, daß die vier
Bereiche (17) der Gehäuseinnenfläche, die zwischen den
beiden Ebenen (19) und den Sitzflächen (16) liegen, einen
größeren Krümmungsradius als die Sitzflächen (16) haben
und daß die Sitzflächen (16) bevorzugt radial nach innen
über die sich seitlich anschließenden Bereiche (17) der
Gehäuseinnenfläche vorspringen.
14. Elektrische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Abstand der beiden Ebenen (19) voneinan
der größer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses (14;
114) im Bereich der Sitzflächen (16)
15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in seinem Mittel abschnitt geteilt ist.
15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in seinem Mittel abschnitt geteilt ist.
16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (14) des
Gehäuses je eine topfartige Form haben.
17. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder im Mittelabschnitt
des Gehäuses (14; 114) vorgesehenen Luftdurchtrittsöffnung
(23) und/oder jeder endseitigen Luftdurchtrittsöffnung
(22) wenigstens ein Fremdlüfter (130) in Verbindung steht.
18. Elektrische Maschine nach Anspruch 17, gekennzeichnet
durch einen außen auf das Gehäuse aufgesetzten Ringkanal
(24), welcher den Fremdlüfter (30) mit wenigstens zwei in
Umfangsrichtung des Gehäuses versetzt angeordneten Luft
durchtrittsöffnungen (23) verbindet.
19. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Lüfterrad im Zwischenraum
(7) zwischen den Blechpaketen (1, 2, 4, 5) des Stators und
des Rotors und/oder je ein Lüfterrad (25) neben den von
einander weg weisenden Stirnseiten der Blechpakete ange
ordnet ist.
20. Elektrische Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Lüfterrad im Zwischenraum (7) zwischen
den Blechpaketen des Stators und des Rotors auf beiden
Seiten einer Trägerscheibe mit Schaufeln versehen ist.
21. Elektrische Maschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lüfterrad auf Stäben (6) der
Rotorwicklung und/oder einem auf der Welle (3) zwischen
den beiden Teilen (1, 2) des Rotors festgelegten Träger
angeordnet ist.
22. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (6) der Rotorwick
lung im mittigen Zwischenraum (7) teilweise durch Luft
leitelemente (31) abgedeckt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4413389A DE4413389A1 (de) | 1993-04-20 | 1994-04-18 | Elektrische Maschine |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4312680 | 1993-04-20 | ||
DE4413389A DE4413389A1 (de) | 1993-04-20 | 1994-04-18 | Elektrische Maschine |
Publications (1)
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DE4413389A1 true DE4413389A1 (de) | 1994-12-01 |
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Family Applications (1)
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DE4413389A Ceased DE4413389A1 (de) | 1993-04-20 | 1994-04-18 | Elektrische Maschine |
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