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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Polen mit wenigstens einem Radialventilator, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom zunächst radial nach aussen und nach Umlenkung ganz oder teilweise radial nach innen geleitet und dabei zuerst durch die Statorwickelköpfe (11) und erst danach durch den Rotorkörper und durch den Luftspalt geführt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom durch den axial äusseren Teil der Statorwickelköpfe (11) zunächst radial nach aussen und nach Umlenkung ganz oder teilweise radial nach innen geleitet und dabei zuerst durch den dem Statorblechpaket (6) zugewandten Teil der Statorwickelköpfe 1) und erst danach durch den Rotorkörper und durch den Luftspalt geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial nach aussen strömende Kühlluftstrom, in axialer Richtung betrachtet, seitlich entlang der Stirnseiten der Statorwickelköpfe 1) radial nach aussen und nach Umlenkung ganz oder teilweise radial nach innen geleitet wird und dabei zuerst durch die Durchtrittsflächen (12) der Statorwickelköpfe (11) über die gesamte axiale Länge der Statorwickelköpfe (11) und danach durch den Rotorkörper und durch den Luftspalt (23) geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Radialventilator auf nur einer Seite der Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass der ganz oder teilweise radial nach innen geleitete Kühlluftstrom zuerst durch die ventilatorseitigen Statorwickelköpfe (11), anschliessend zumindest teilsweise durch den Rotorkörper und durch den Luftspalt (23) und danach zumindest teilweise durch die gegenüber der ventilatorseitigen Maschinenseite liegenden Statorwickelköpfe 1') geführt wird.
5. Luftkühlanordnung einer elektrischen Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung des Kühlluftweges der Statorwickelköpfe (11) mit dem Kühlluftweg von Rotorkörper und Luftspalt (23) und Mitteln zur Trennung des Ansaugraumes (19) des Radialventilators (13) vom Rotoreinströmraum (22).
6. Luftkühlanordnung einer elektrischen Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Radialventilator auf nur einer Seite der Maschine, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung des Kühlluftweges der ventilatorseitigen Statorwickelköpfe 1) mit dem Kühlluftweg von Rotorkörper und Luftspalt (23) sowie mit dem Kühl luftweg der gegenüber der ventilatorseitigen Maschinenseite liegenden Statorwickelköpfe 1').
7. Luftkühlanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Radialventilator (13) und dem Rotorkörper und dem Luftspalt (23), in Achsrichtung gesehen, der lizw. ein Rotoreinströmraum (22) vorgesehen ist und dass der Kühlluftstrom ganz oder teilweise aus einem äusseren Ausströmraum (20) zuerst radial nach innen durch die Statorwickelköpfe (11) in den Rotoreinströmraum (22), anschliessend in den Rotorkörper und in den Luftspalt (23) geführt ist.
8. Luftkühlanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Radialventilator (13) an jedem Rotorende, in axialer Richtung betrachtet, vollständig innerhalb des durch die Statorwickelköpfe (11) abgegrenzten Raumes befindet, und dass am inneren Umfang der Statorwickelköpfe (11) innerhalb derer axialen Länge eine ringförmige Scheibenblende (14) angeordnet ist, die sich bis zum äusseren Umfang des Radialventilators (13) erstreckt und die einen äusseren Ausströmraum (20) des Radialventilators (13) vom Rotoreinströmraum (22) trennt und eine Abschlusshaube (10) im wesentlichen bis an die Stirnfläche der Statorwickelköpfe (11) heranreicht (Fig. 1).
9. Luftkühlanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialventilator (13) an jedem Rotorende, in axialer Richtung betrachtet, ausserhalb der Statorwickel köpfe (11) angeordnet ist, und dass im axial äusseren Ende der Statorwickelköpfe (11) eine ringförmige Scheibenblende (14) angeordnet ist, die sich bis zum äusseren Umfang des Radialventilators (13) erstreckt und die einen äusseren Ausströmraum (20) des Radialventilators (13) vom Rotoreinströmraum (22) trennt (Fig. 2).
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Polen mit wenigstens einem Radialventilator sowie eine Luftkühlanordnung für eine elektrische Maschine zur Durchführung des Verfahrens.
Zweck der Kühlung von elektrischen Maschinen ist es, die Wärmeverluste so abzuführen, dass beim Nennbetrieb die Erwärmung in den einzelnen Teilen der elektrischen Maschine, dem Stator, dem Rotor und den Wickelköpfen, die gegebenen Grenztemperaturen nicht überschreitet.
Schenkelpolmaschinen üblicher Bauweise sind mit Axialventilatoren ausgerüstet, die die Kühlluft in den Raum innerhalb des Wickelkopfes fördern, von wo sie zum Teil durch die Wickelköpfe strömt, zum grossen Teil aber durch die Pollükken des Rotors, den Luftspalt und durch Kühlkanäle im Ständerblechpaket abgeführt wird. Wegen der grossen Durchtrittsflächen im Statorwickelkopf sind bei einer derartigen Kühlluftführung die Strömungsgeschwindigkeiten beim Durchtritt durch den Wickelkopf und damit der Wärmeübergang von den Leitern zur Kühlluft relativ klein; daraus resultiert unter Umständen eine unzulässig grosse Erwärmung der Statorwickelköpfe.
Eine gasgekühlte elektrische Maschine, die mit Axialventilatoren ausgerüstet ist und die die vorstehend genannten Merkmale für die Kühlung aufweist, ist in Konstruktion elektrischer Maschinen von Wiedemann/Kellenberger, Springer Verlag 1907, Seite 548, Bild 473a, gezeigt.
In derselben Veröffentlichung ist ebenfalls auf Seite 548, Bild 473b, eine gasgekühlte elektrische Maschine mit Radialventilatoren dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Kühlluftstrom nur einmal, und zwar von radial innen nach aussen durch den Statorwickelkopf geleitet wird und über Statorrükkenschlitze ins Freie abgeführt wird. Weiterhin ist schematisch gezeigt, dass ein Teil der Ansaugluft der Radialventilatoren in den Rotorkörper und durch Radialschlitze im Rotorkörper und Statorkörper wiederum ins Freie gelangt.
Gemäss der GBA 509 359 wird eine Schenkelpolmaschine derart gekühlt, dass der Kühlluftstrom durch die Statorwikkelköpfe zunächst nach aussen und nach Umlenkung wieder nach innen geleitet und danach durch den Rotorkörper und durch den Luftspalt geführt ist.
Die GBA 29 203 zeigt die Kühlungsanordnung eines Wechselstromgenerators, wobei axiale Kühlkanäle in dessen Rotor angeordnet sind.
In der DEA 1 638 182 ist ein geräuscharmer Elektromotor mit einem schallisolierenden Material beschrieben, wobei der Sockel des Motors an dessen Mantel befestigt ist, der eine Montage- und Befestigungsschelle darstellt, die von den anderen Brennströme und Laufgeräusche erzeugenden und übertragenden Elementen des Motors getrennt ist.
Die DEC 305 266 beschreibt eine Kühleinrichtung für elektrische Maschinen, in die ein Fliehkraftventilator mit aixal gegen den Läufer hin gerichtetem Luftaustritt eingebaut ist, wobei der Ventilator, der gegen den Ständer abgeschlos
sen ist, ganz oder teilweise in aixaler Richtung verschoben werden kann, zum Zweck, die Luftverteilung auf Ständer und Läufer zu regeln und damit die Wärmeabfuhr von den einzelnen Maschinenteilen auszugleichen.
Die DE 7588 hat eine geschlossene Kreislaufkühlung einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Läuferpolen zum Gegenstand, wobei die Wickelköpfe der Ständerwicklung vollständig in den stirnseitigen Ansaugkanälen angeordnet sind und dass Trennwände derart angeordnet sind, dass sie gleichzeitig die die Wickelköpfe enthaltenden Ansaugkanäle von der Ausblasseite der Lüfter abtrennen und eine Umlenkung der radial angesaugten Luft in eine axiale Richtung ermöglichen.
In der USA 1 329 247 ist eine elektrische Maschine beschrieben und dargestellt, bei der sowohl im Stator- als auch im Rotorblechpaket axiale und radiale Kühlkanäle angeordnet sind.
Ausgehend vom vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Polen zu schaffen, mit dem insbesondere die Statorwickelköpfe in optimaler Weise gekühlt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale.
Die Luftkühlanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 5 und 6.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt einer elektrischen
Maschine mit erfindungsgemässer Kühlanordnung,
Fig. 2 einen teilweisen Schnitt einer elektrischen
Maschine mit erfindungsgemässer Kühlanordnung in einer ersten Variante,
Fig. 3 einen teilweisen Schnitt einer elektrischen
Maschine mit erfindungsgemässer Kühlanordnung in einer zweiten Variante.
In allen drei Zeichnungen ist der Stator im Schnitt und der Rotor teilweise im Schnitt in vereinfachter Ansicht dargestellt.
Gemäss Fig. list eine Welle 1 mit ausgeprägten Polen 2 versehen.
Die Pol 2 weist eine Polspule 3 auf, die sich unterhalb eines Polschuhes 4 befindet. Der Stator ist im Schnitt darge stellt, er besteht aus einem Blechpaket 6, das beidseitig von je einer Statorpressplatte 8 zusammengehalten wird.
Weil in der Zeichnung nur ein Ende der elektrischen
Maschine dargestellt ist, ist auch nur eine Statorpressplatte 8 veranschaulicht. Mit dieser Statorpressplatte 8 ist eine
Gehäusewange 8' verbunden, die mit Durchtrittsöffnungen 9 versehen ist. An der Gehäusewange 8' ist eine Abschluss haube 10 befestigt, deren Stirnfläche unter Freilassung eines
Ringspaltes bis an die Deckscheibe 17 heranreicht und sowohl Statorwickelkopf 11 als auch Radialventilator 13 umfasst. Die Gesamtheit der Statorwicklungsleiter im Stirn raum des Stators bilden den mit 11 bezeichneten Wickelkopf.
Die zwischen benachbarten Leitern vorhandenen Durchtritts öffnungen sind durch die Bezugsziffern 12 gekennzeichnet.
Auf der Welle list ein Radialventilator 13 innerhalb des
Statorwickelkopfes 11 in axialer Richtung betrachtet angeord net. Dieser weist auf einer Tragscheibe 15 befestigte Ventila torschaufeln 18 auf.
Am inneren Umfang des Statorwickelkopfes 11 ist eine ringförmige Blende 14 angeordnet, die in radialer Richtung gesehen genau mit der Tragscheibe 15 des Radialventilators
13 fluchtet und die den Ansaugraum 19 des Radialventilators
13 von dem Rotoreinströmraum 22 trennt und die gleichfalls die Durchtrittsflächen des Statorwickelkopfes 12 in der Weise trennt, dass zuerst der Kühlluftstrom radial nach aussen und dann nach Umlenkung im äusseren Strömungsraum 20 wieder radial nach innen geführt wird.
Die Funktionsweise der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist wie folgt:
Mit dem rotierenden Radialventilator 13 wird die Kühlluft in den Ansaugraum 19 in der Nähe der Welle 1 angesaugt und in radialer Richtung zuerst in den durch die Abschlusshaube 10 und den Statorwickelkopf 11 begrenzten inneren Ausströmraum 21 gefördert, durchströmt durch die Durchtrittsflächen 12 den in axialer Richtung betrachtet äusseren Teil des Wickelkopfes und gelangt in den äusseren Ausströmraum 20. Dort wird der Grossteil des Kühlluftstromes in Richtung der mit Bezugsziffer 16 versehenen Pfeile umgelenkt und wird radial nach innen durch die dem Blechpaket 6 zugewandten Durchtrittsöffnungen 12 des Statorwickelkopfes geführt und gelangt in den Rotoreinströmraum 22.
Durch den zweimaligen Durchtritt der Kühlluft durch den Wickelkopf 11 wird dieser in seiner ganzen axialen Länge wirksam gekühlt.
Ein kleiner Teil der Kühlluftmenge kann im äusseren Ausströmraum 20 in der mit Bezugsziffer 16' bezeichneten Pfeilrichtung, durch die Durchtrittsöffnungen 9 der Gehäusewangen 8' zum Statorrücken 5 entweichen.
Der grössere Teil der Kühlluft strömt nun axial entsprechend mit Bezugsziffer 16 bezeichneten Pfeilen aus dem Rotoreinströmraum 22 in die auf der Zeichnung nicht dargestellten Pollücken an den Polspulen 3 entlang und kühlt diese ebenfalls und durchströmt gleichfalls den Luftspalt 23 und kühlt die innere Oberfläche des Stators. Danach wird die Kühlluft durch die auf der Zeichnung nicht dargestellten Radialschlitze im Statorblechpaket 6 geführt.
Durch diese Kühlungsanordnung erreicht man eine intensive Kühlung der Statorwickelköpfe 11 und der Pole 2, insbesondere der Polspulen 3 sowie der inneren Oberfläche des Statorblechpaketes 6 im Luftspalt 21 und des Stators selbst.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 - hier gelten die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 - ist jedoch der Radialventilator 13 in axialer Richtung betrachtet am äusseren Ende des Statorwickelkopfes 11 angeordnet. Der Radialventilator 13 ist gegenüber dem Statorwickelkopf 11 mit einer ringförmigen Blende 14 abgedichtet, die zur Führung der Kühlluft dient und am äusseren Ende des Statorwickelkopfes 11 befestigt ist. Die Tragscheibe 15 des Radialventilators 13 liegt in etwa in der durch die Wickelkopfstirnseite bestimmten Ebene.
Die Funktionsweise ist ähnlich der in Fig. 1 geschilderten, nur dass bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 die gesamte vom Ventilator geförderte Kühlluft seitlich entlang der Stirnseiten der Statorwickelköpfe radial nach aussen und nach Umlenkung im äusseren Ausströmraum 20 radial nach innen geleitet wird und dabei zuerst durch die Durchtrittsflächen 12 der Statorwickelköpfe 11 über die gesamte axiale Länge der Statorwickelköpfe 11 geführt wird und diese intensiv gekühlt werden. Danach wird die Kühlluft axial in die Pole 2 und Luftspalt 23 geleitet entsprechend der unter Fig. 1 geschilderten Art.
Auf Fig. 3 - hier gelten die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 und 2 - ist ein teilweiser Schnitt einer elektrischen Maschine mit der erfindungsgemässen Kühlanordnung in einer weiteren Variante dargestellt. Wegen besserer Übersichtlichkeit sind jedoch lediglich die beiden Maschinenenden und ein Teil des Stators und der Pole 2 sowie der Welle 1 gezeigt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, befindet sich ein Radialventilator nur an einer Stirnseite der elektrischen Maschine, in Fig. 3 auf der linken Stirnseite.
Die Anordnung der einzelnen Maschinenelemente der lin ken Maschinenseite entspricht genau derjenigen wie in Fig. 2 beschrieben.
Der Kühlluftstrom wird gemäss den Pfeilen mit Bezugsziffer 16 zuerst zum Grossteil durch den linken Statorwickelkopf 11, anschliessend zumindest teilweise durch den Rotorkörper und den Luftspalt 23 und danach in den Rotorausströmraum 22' und durch den Statorwickelkopf 11' auf der rechten Maschinenseite geführt.
Nach Durchtritt der Kühlluft durch die Durchtrittsflächen 12 des rechten Statorwickelkopfes 11' gelangt sie in den äusseren Ausströmraum 20'.
Im äusseren Ausströmraum 20 wird ein Teil des Kühlluftstromes durch Durchtrittsöffnungen 9 der Gehäusewangen 8' in Statorrückenschlitze 25 geleitet, die am Statorrücken angeordnet und durch ein Abschlussblech 24 verschlossen sind.
Dieser Teil der Kühlluft durchströmt die Statorrückenschlitze 25 in der gesamten axialen Länge des Statorblechpakets 6, gelangt in den äusseren Ausströmraum 20' und vereinigt sich dort mit dem Hauptteil der Kühlluft. Mit dieser Kühlanordnung erreicht man durch Hintereinanderschaltung der Kühlluftwege des einen Statorwickelkopfes 11, des Rotorkörpers bzw. des Luftspaltes 23 sowie des gegenüberliegenden Statorwickelkopfes 11' eine optimale Kühlung aller zu kühlenden Teile der Maschine mit nur einem Radialventialtor an einer Stirnseite der Maschine.
Die Kühlungsart, gemäss Fig. 3, ist für weniger hochausgenutzte Schenkelpolmaschinen mit Statorblechpaketen 6 mit vergleichsweise geringem radialem Durchmesser vorgesehen.