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Elektrische Maschine mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere Asynchron-oder Synchron- maschine
In dem Bestreben, die Kühlungsverhältnisse bei elektrischen Maschinen zu verbessern, wurde schon vorgeschlagen, die Wärme aus den Wicklungen, insbesondere den Ständerwicklungsköpfen bzw. dem Blechkörper solcher Maschinen durch flüssige Kühlmittel, z. B. Öl, abzuführen. Die für diesen Zweck notwendige Trennung des Ständerwicklungsraumes vom Läuferraum wird dabei auf die Weise erreicht, dass auf die Stirnseiten des Blechpaketes ringförmige Kappen aufgesetzt werden, die die Wicklungsköpfe umschliessen und flüssigkeitsdichte Kammern für die Aufnahme des Kühlmittels bilden.
Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, eine entsprechende öldichte Verbindung von Kappen und Blechkörper insbesondere an der inneren, dem Luftspalt benachbarten Kappensitzstelle zu erreichen. Wenn die Wicklung, wie üblich, in offenen oder halbgeschlossenen Nuten eingelegt ist, ist es praktisch schwer, die durch die zahlreichen Nutenverschlusskeile unterbrochene Sitzfläche der Stimkammer abzudichten. Bisher behilft man sich in der Weise, dass ein Zylinder aus unmagnetischem Material in den Luftspalt eingeschoben wird, der an den Stirnseiten Dichtungsflanschen zum Aufsetzen der Stirnkappen trägt. Eine solche Ausführung setzt jedoch einen grossen Luftspalt voraus, eine Forderung, die speziell bei Asynchronmaschinen aus elektrischen Gründen nicht erfüllbar ist.
Nach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, dass der Ständer mit aus- geprägten Polen ausgeführt wird und zwischen den Polschuhen unmagnetische, gas-bzw. flüssigkeitsdicht abschliessende Zwischenstücke, insbesondere Keile, vorgesehen sind, so dass ein abwechselnd durch die Zwischenstücke und die Pole selbst gegen den Läufer abgedichteter Ständerraum erhalten wird, der, wie an sich bekannt, seitlich durch gas-oder flüssigkeitsdicht auf die Ständerstirnflächen aufgesetzte Kappen abgeschlossen ist. Im Falle einer gekapselten Maschine können in besonders günstiger Weise die die Flüssigkeitskammem einschliessenden Wandungen zugleich zur Rückkühlung des Innenkühlluftstromes verwendet werden, wenn z.
B. die seitlichen Dichtungskappen mit Kühlrippen versehen sind, die als Kühlflächen für einen inneren Kühlluftkreis dienen. Wechselstrommaschinen mit ausgeprägten Polen auszuführen, ist bei Kommutatormaschinen für Spezialzwecke an sich bekannt. Doch wurde bisher weder hiebei, noch bei Gleichstrommaschinen mit ausgeprägten Polen erkannt, dass gerade diese Bauart besonders vorteilhafte Voraussetzungen für die Abdichtung des Ständerraumes bei Flüssigkeitskühlung bietet.
Noch weniger wurde daran gedacht, den Ständerabschluss durch zwischen den Polschuhen eingesetzte Keile herbeizuführen.
Durch die Erfindung gelingt es nicht nur die Kühlung und damit die mögliche Strombelastung des Leitermaterials wesentlich hinaufzusetzen, sondern es werden auch bessere Isolationsverhältnisse geschaffen, was zusammen eine relativ kleine und hochausgenützte Maschine ergibt. Dies gilt nicht nur für Wechselstrominduktionsmaschinen im engeren Sinn, sondern es kann die Erfindung mit wesentlich ähnlichen Vorteilen auch bei Maschinen anderer Art mit Ölkühlung angewendet werden.
Es wurde bei luftgekühlten Maschinen schon vorgeschlagen, zwischen die einzelnen Polwicklungen Isolierstege einzusetzen. Diese Anordnung dient jedoch nicht dazu, den Ständerraum gegen seine Umgebung abzuschliessen, sondern es wird dadurch der Ständerraum in zwei koaxiale, offene Kanäle unterteilt, die einen inneren Kühlluftkreis ermöglichen. Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäss zwischen die Polschuhe eingeschobenen Keile der Ständerraum gegenüber dem Rotorraum flüssigkeitsdicht abgedichtet und gleichzeitig ein einwandfrei dichter Sitz für die seitlichen Dichtungskammern erzielt.
Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens in Fig. 1 einen Querschnitt und in Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Asynchronmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Ständer. 1 bedeutet den Ständer mit den ausgeprägten Polen 2, zwischen denen Zwischenstücke (Keile) 3 vorgesehen sind, die ihrerseits durch Dichtungen 4 abgedichtet sind. Der dadurch in radialer Richtung gas-bzw. flüssigkeitsdicht abgeschlossene Ständerraum wird seitlich durch die Kappen 5 verschlossen, wodurch eine einwand- freie Trennung von Ständer und Läuferraum erzielt wird, so dass das Kühlmittel 6 nicht mit
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dem Rotor in Verbindung kommt.
Da die Ständerstimnäche nur an wenigen Stellen von den Keilen 3 unterbrochen ist und diese ausserdem samt ihren Dichtungsstücken 4 eine wesentlich grössere radiale Ausdehnung aufweisen als die Nutenverschlusskeile bei verteilter Wicklung, ist ein dichter Sitz der Stirnkappen verhältnismässig leicht zu erreichen. Zweckmässig können die z. B. aus Gummi bestehenden Dichtungseinlagen 4 mit den als Kappensitz dienenden Dichtungsringen 7 an der Ständerstirnfläche, z. B. durch Vulkanisieren, zu einem Stück verbunden sein.
Wird der Ständer 1 mit einem besonderen Blechmantel 8 umgeben, so kann auch der Aussenmantel des Blechpaketes mit Flüssigkeit gekühlt werden.
In Fig. 2 ist zugleich die Verbindung der erfindungsgemässen Flüssigkeitskühlung mit einer Luftumlaufkühlung bei gekapselter Maschine gezeigt. In diesem Fall kann der Rotor 9 vorteilhaft mit einer Wicklung 10 versehen sein, die axial so weit vorragt, dass sie unmittelbar im Luftstrom eines auf der Welle sitzenden Lüfters 11 liegt. Die erwärmte Luft wird an den Stirnkammem der Ständerkühlung vorbeigeführt, wobei die kühlende Oberfläche durch Rippen 12 vergrössert ist. Die abgekühlte Luft wird um die Leitfläche 13 herumgeführt und strömt den Lagerschild 14 entlang radial nach innen wieder dem Lüfter zu.
Eine Rückkühlung des flüssigen Kühlmittels kann mit besonderem Vorteil, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Weise erfolgen, dass der Rückkühler am
Lagerschild angebracht ist und ein auf der
Maschinenwelle 15 sitzender Lüfter 16 von Kühl- schlangen 17 im wesentlichen konzentrisch um- geben ist. Das Kühlmittel wird in diesem Fall aus dem Kühlmantel an der Stelle 18 abgeleitet und fliesst ihm an der Stelle 19 wieder zu. Die Umwälzung des Kühlmittels kann in an sich bekannter Weise durch eine von der Maschinenwelle direkt oder indirekt angetriebene Zahnradpumpe erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Maschine mit flüssigkeitgekühlter Ständerwicklung, insbesondere Asynchron-oder Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Polschuhen des mit ausgeprägten Polen ausgeführten Ständers unmagnetische, flüssigkeitsdicht abschliessende Zwischenstücke, insbesondere Keile, vorgesehen sind, so dass ein abwechselnd durch die Zwischenstücke und die Pole selbst gegen den Läufer abgedichteter Ständerraum erhalten wird, der seitlich in an sich bekannter Weise durch flüssigkeitsdicht auf die Ständerstimftächen aufgesetzte Kappen abgeschlossen ist.