DE3242018A1

DE3242018A1 - Kuehlvorrichtung fuer eine elektrische rotationsmaschine

Info

Publication number: DE3242018A1
Application number: DE19823242018
Authority: DE
Inventors: Shigeru Nagasaki Murayama; Yumiteru Isahaya Nagasaki Utsunomiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1983-06-09
Also published as: JPS5889046A; AU542374B2; KR840001397A; AU9066382A; KR870000572B1; US4442371A; DE3242018C2

Description

Kühlvorrichtung; für eine elektrische Rotations-

maschine

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere für die Belüftung eines Ständerwicklungs-Endabschnitts.

Eine bisherige Kühlvorrichtung für eine elektrische

IQ Rotationsmaschine der in Frage kommenden Art ist in Fig. 1 dargestellt. Die Anordnung gemäß Fig. 1 umfaßt einen Rahmen 1 mit einer Anzahl von Seitenplatten 1a, einen Stator- bzw. Ständerkern 2, Belüftungsleitungen und 4- für den Ständerkern sowie ein Ständer-Spann stück 5» welches den Ständerkern 2 verspannt hält und in welchem zahlreiche Belüftungsöffnungen 5a über seinen Umfang in gleichen Abständen vorgesehen sind. Bei 6 ist der vom Ständerkern 2 abstehende Endabschnitt einer Ständerwicklung dargestellt, während bei 7 eine Belüftungs- bzw. Kühlluftführung angedeutet ist, welche den Endabschnitt der Ständerwicklung umschließt und aus einem Mantel 8 und einem nachstehend zu beschreibenden Luftabnehmer 9 besteht. Der Mantel 8 ist am Ständer-Spannstück 5 befestigt, während der Luftabnehmer 9 mit Hilfe von Schraubbolzen am Mantel 8 angebracht ist. Die Anordnung umfaßt weiterhin einen am Ständerwicklungs-Endabschnitt 6 montierten Belüftungsring 10, einen letzteren am Ständer-Spannstück 5 haltenden Tragarm 11, eine abnehmbar an einem axialen Endabschnitt des Rahmens 1 montierte Halterungsabdeckung 12, einen Rotor- oder Läuferkern 14, eine Belüftungsleitung 15 im Läuferkern, ein Axialgebläse 16, einen sich im oberen Teil des Rahmens öffnenden Lufteinlauf 17, einen im oberen Teil des Rahmens 1 über dem Ständerkern 2 offenen Luftauslaß sowie einen Lufteinlaufdurchgang 19, der zwischen der Kühlluftführung 7 und der Abdeckung 12 festgelegt ist. Bei A sind Abstand-

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stücke angedeutet,'die zwischen die oberen und unteren Wicklungen des Ständerwicklungs-Endabschnitts 6 eingefügt sind, während bei. B eine Anschlußleitung für z.B. die Pole der Ständerwicklung angedeutet ist.

Der Tragarm 11 ist am Spannstück 5 montiert, wobei der Endabschnitt 6 der Ständerwicklung durch den am Tragarm 11 befestigten Belüftungsring 10 abgestützt oder getragen wird. Der Rahmen 1 ist an der Seite über dem Mantel 8 sowie an der Seite über dem Ständerkern 2 offen, wobei die offenen Seiten einen Lufteinlauf 17 bzw. einen Luftauslaß 18 bilden.

Die durch das Axialgebläse 16 über den Lufteinlauf 17 angesaugte Kühlluft strömt über den Lufteinlaufdurchgang 19 außerhalb der Kühlluftführung 7 und sodann unter Zentrifugalwirkung bzw. in Radialrichtung durch die Zwischenräume zwischen dem Luftabnehmer 9 und dem Standerwicklungs-Endabschnitt 6 sowie zwischen den Windüngen dieses Endabschnitts 6 auf die durch die Pfeile angedeutete Weise. Weiterhin wird die Kühlluft über die Belüftungsöffnungen 5a im Spannstück 5 und die Belüftungsleitung 4 am Endabschnitt des Ständerkerns 2 zu dessen Außenumfang geleitet, um anschließend, über den Luftauslaß 18 abzuströmen. Darüber hinaus strömt ein Teil der angesaugten Kühlluft vom Innenumfang des Läuferkerns 14 über die Belüftungsleitungen 15» 3 der beiden Kerne zum Außenumfang des Ständerkerns 2, um

von hier nach außen entlassen zu werden. 30

Infolge des vorstehend beschriebenen Aufbaus der bisherigen elektrischen Rotationsmaschine ist der Zwischenraum zwischen den Windungen oder Wicklungen des Ständerwicklungs-Endabschnitts sehr eng, während der Luftabnehmer (wind receiver) und dieser Wicklungs-Endabschnitt einen großen gegenseitigen Abstand besitzen..Der größte Teil der Kühlluft durchströmt somit den Zwischenraum

zwischen dem Luftabnehmer und dem Standerwicklungs-Endabschnitt, wobei über den Zwischenraum zwischen den Windungen bzw. Wicklungen keine ausreichend große Belüftung gewährleistet werden kann, so daß die Ständerwicklung nicht tatsächlich wirksam gekühlt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Verbesserung der Luftführung bei der bisherigen Kühlvorrich- · tung zwecks Verbesserung der Kühlleistung durch Schaffung einer Konstruktion, bei der ein Belüftungsschacht in einem Ständerwicklungs-Endabschnitt durch eine Belüftungs- bzw. Kühlluftführung unterteilt ist und bei welcher die betreffenden unterteilten Abschnitte des Ständerwicklungs-Endabschnitts in einem umlaufenden Belüftungsschacht angeordnet sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. Λ einen lotrechten Teilschnitt zur Veranschaulichung der wesentlichen Teile einer bisherigen Kühlvorrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung zur Veranschaulichung der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine,

Fig. 5 eine im vergrößerten Maßstab gehaltene Teil-Schnittdarstellung des Ständerwicklungs-Endabschnitts gemäß Fig. 2,

BAD ORIGINAL

-δι Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendeten Abstandsrings in seinem ausgehärteten Zustand,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines erfin-. dungsgemäß verwendeten Abstand_stücks in seinem ausgehärteten Zustand,

Fig. 8 einen lotrechten Teilschnitt zur Veranschaulichung der wesentlichen Teile einer Kühlvorrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teil-Schnittdarstellung zur Veranschaulichung von Einzelheiten eines Standerwicklungs-Endab-Schnitts gemäß Fig. 8.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

In den Fig. 2 bis 7 ist bei 30 eine Belüftungs- bzw. Kühlluftführung dargestellt, die etwa die Hälfte des Außenumfangs eines Ständerwicklungs-Endabschnitts 6 umschließt und die einen Mantel 25 sowie ein Trennelement 20 umfaßt. Das Trennelement 20 ist im wesentlichen in Hadialrichtung im Mittelbereich des Ständerwicklungs-EndabSchnitts 6 angeordnet (vgl. Fig. 3) und besteht aus den im folgenden zu beschreibenden Bauteilen 21 bis 24. Bauteil 21 ist gemäß Fig. 6 ein

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kreisringförmiger Abstandsring, der gemäß den Fig. 3 bis 5 zwischen obere Wicklungen 61 und untere Wicklungen 62 um deren Umfang umlaufend eingefügt ist. Bauteil 22 ist ein Abstandsstück mit der keilförmigen Gestalt gemäß Fig. 7» wobei solche Abstand^stücke zwischen die oberen Wicklungen 61 eingefügt sind (vgl. Fig. 3 und 5)· Bauteil 23 ist ein dem Abstandsstück 22 ähnelndes Abstandsstück, wobei derartige Abstandsstück^ zwischen die unteren Wicklungen 62 eingesetzt sind. Bauteil 24 ist ein kreisringförmiger Äblenkring, der, an den Abstand stücken 22 anliegend, an der Innenumfangsflache der oberen Wicklungen 61 befestigt ist.

Der erwähnte Mantel 25 besitzt im Vergleich zum Mantel bei der bisherigen Vorrichtung eine verkürzte axiale Länge und besteht aus zwei Elementen C und D, die gemäß Fig. 2 mittels Schraubbolzen E miteinander verbunden sind. Das Trennelement 20 und der Mantel 25 bilden die Kühlluftführung 30, die einen Teil des Standerwicklungs-Endabschnitts 6 bedeckt bzw. umschließt. Außerhalb dieser Kühlluftführung ist ein einwärts gerichteter, radial verlaufender Lufteinlaufdurchgang 31 ausgebildet, nämlich zwischen der Kühlluftführung 30 und einer Halterungs-Abdeckung 12, während ein radial auswärts verlaufender Belüftungsschacht (ventilation flue) zwischen der Kühlluftführung 30 und einem Ständerkern 2 festgelegt ist. Ein beispielsweise aus Filz bestehendes Füllstück 26 ist zur Ausfüllung des Zwischenraums zwischen dem Mantel 25 und dem Außenumfang des Ständerwicklungs-Endabschnitts 6 eingesetzt.

Im folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Kühlluftführung 30 erläutert. Ein poröses Material mit Isoliereigenschaft, wie Filz, wird ringförmig zwischen die oberen Wicklungen 61 und die unteren Wicklungen 62 zur Bildung dea Abatandarings 21 eingesetzt. Die eine vorbestimmte Breite besitzenden,

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aus Pilz oder dergleichen hergestellten Abstandsstücke 22 sind zwischen die oberen Windungen bzw. Wicklungen 61 an den Abstandsring 21 anschließend eingesetzt, während die ähnlichen Abstand_stücke 23 zwischen die unteren Windungen bzw. Wicklungen 62 eingesetzt sind und dabei die Zwischenräume zwischen letzteren verschließen. Weiterhin ist der Ablenkring 24·, dessen Außenumfangsfläche konisch ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Axialgebläses 16, an den innenumfangsflachen der oberen Wicklungen 61 in einer an den Abstandsstücken 22 anliegenden Lage mittels Schnüren oder dergleichen montiert. Auf die beschriebene Weise wird das brennelement 20 aus den Teilen vom Abstandsring 21 bis zum Ablenkring 24 gebildet.

Anschließend wird ein Füllstück 26 aus einem porösen Material, wie Filz,zwischen dem Innenumfang des Mantels 25 und den unteren Wicklungen 62 so angeordnet, daß der Zwischenraum zwischen diesen Teilen ausgefüllt ist. Wenn sodann die betreffenden porösen Material- bzw. Filzstücke, die das Standerwicklungs-Trennelement 20 bilden, mit einem Isolierlack aus einem wärmehärtenden Kunstharz, wie Epoxyharz, imprägniert werden und der Isolierlack ausgehärtet wird, ist der Standerwicklungs-Endabschnitt 6 durch das ausgehärtete Trennelement 20 sicher festgelegt. Die Kühlluftführung 30 wird somit durch das Trennelement 20 und den Mantel 25 gebildet. Infolge dieser Kühlluftführung 30 ist der vom Lufteinlauf 17 des Rahmens 1 ausgehende Lufteinlaufdurchgang 31 an der Außenseite festgelegt, während der zum Außenumfang verlaufende Belüftungsschacht 32 an der Innenseite festgelegt ist.

Im folgenden ist die Belüftungswirkung bzw. die Luftführung anhand von Fig. 2 erläutert. Die mittels des Axialgebläses 16 über den Lufteinlauf 17 eingesaugte

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Kühlluft durchströmt auf die durch die Pfeile in Fig.2 angedeutete Weise den Lufteinlaufdurchgang 31 außerhalb der Kühlluftführung 30, wobei sie den dem Lufteinlaufdurchgang 31 zugewandten Teil des Standerwicklungs-Endabschnitte 6 kühlt. Anschließend kühlt der mittels des Axialgebläses 16 in den innerhalb der Kühlluftführung befindlichen Belüftungsschacht 32 geförderte Teil der Kühlluft die betreffenden Windungen bzw. Wicklungen des Ständerwicklungs-Endabschnitts 6, wenn dieser Kühlluftteil in Radialrichtung die Zwischenräume zwischen diesen Windungen bzw. Wicklungen durchströmt, worauf die Kühlluft die Belüftungsöffnungen 5a des Ständer-Spannstücks 5 durchströmt und über den Lüftauslaß 18 im oberen Teil an der Rückseite des Ständerkerns 2 austritt.

Ein Teil der angesaugten Kühlluft durchströmt die Belüftungsleitungen bzw. -durchgänge 15» 3 auf dieselbe Weise wie bei der bisherigen Vorrichtung, um über den Luftauslaß 18 abzuströmen.

Auf die beschriebene Weise ist der Belüftungsschacht des Ständerwicklungs-Endabschnitts 6 durch die Kühlluftführung 30 in zwei Teile unterteilt, und der.Wicklungs-Endabschnitt wird doppelt in zentripetaler und radialer Richtung gekühlt, wobei die Durchströmgeschwindigkeit der Kühlluft erhöht wird. Außerdem durchströmt die gesamte, zwischen das Trennelement 20 und den Ständerkern 2 eingeführte Kühlluft die Zwischenräume zwischen den Windungen bzw. Wicklungen, so daß die Kühlwirkung an der Standerwicklung verbessert wird.

Da außerdem der Außenendteil des Ständerwicklungs-Endabschnitts 6 in den Lufteinlaufdurchgang 31 hineinragt, wird dieser Endabschnitt durch die eingesaugte, niedrige Temperatur besitzende Kühlluft gekühlt, so daß die Kühlwirkung im Vergleich zur bisherigen Vorrichtung deutlieh verbessert ist.

Im Vergleich zum Stand der Technik besitzt außerdem der Ständerwicklungs-Endabschnitt 6 eine erhöhte Steifheit, weil seine oberen Windungen bzw. Wicklungen 61 auch durch das Trennelement 20 gehaltert sind. Zudem können die An-Schlußleitungen für die Ständerwicklungen, die Phasenanschlußleitungen usw. außerhalb des Trennelements 20, d.h. zwischen letzterem und der Abdeckung 12 angeordnet sein, so daß sich die betreffenden Anschlüsse nach Abnahme der Abdeckung 12 leicht prüfen und gegebenenfalls

i_0 instandsetzen lassen. Wie weiterhin aus einem Vergleich zwischen Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, bietet die beschriebene Ausführungsform im Vergleich zur bisherigen Vorrichtung den Vorteil, daß auch bei gleichen Längen der jeweiligen Standerwicklungs-Endabschnitte 6 die axiale Länge des Rahmens 1 um einen Betrag verkürzt ist, der im wesentlichen der Breite des Lufteinlaufdurchgangs 19 bei der bisherigen Vorrichtung entspricht.

Im folgenden ist anhand der Fig. 8 und 9 eine andere Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei sind, Abstand-stücke 22 und 23 zwischen die betreffenden oberen und unteren Windungen bzw. Wicklungen 61 bzw. 62 im Vorderendteil eines Ständerwicklungs-Endabschnitts 6 eingesetzt. Ein aus Filz oder dergl. bestehender Ab stand sring 27 ist in ringförmiger Anordnung in diesen Vorderendteil eingesetzt. Die Abstand»,stücke 22, 23 und der Abstandsring 27 bilden ein Trennelement 20. Ein um den Außenumfang der unteren Windung bzw. Wicklung 62 herumgelegtes Ringelement 28 besitzt einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser eines Mantels 25. Ein z.B. aus Filz bestehendes Füllstück 29 füllt den Zwischenraum zwischen dem Ständerwicklungs-Endabschnitt 6 und dem Ringelement 28 aus.

Bei dieser Ausführungsform ist ein getrennt angeordnetes, nicht dargestelltes Gebläse in einem auf den Rahmen 1 aufgesetzten Belüftungskasten 40 angeordnet.

Unter der Wirkung des getrennt eingebauten Gebläses tritt die Kühlluft über den Belüftungskasten 4-0 in den Rahmen 1 ein, wobei sie den Standerwicklungs-Endabschnitt 6 usw. kühlt, während sie auf die durch die Pfeile angedeutete Weise einen Lufteinlaufdurchgang 31 und einen Luftauslaßdurchgang 32 durchströmt und anschließend von der Rückseite des Ständerkerns her wieder in den Belüftungskasten 4-0 zurückströmt. Die Kühlluft wird dabei durch einen im Belüftungskasten 4-0 angeordneten, nicht dargestellten Luftkühler gekühlt, um anschließend wieder in den Rahmen 1 einzutreten.

Bei dieser Ausführungsform ist zwischen dem Mantel und dem Ringelement 28 ein kleiner Zwischenraum vorhanden. Der Mantel 25 kann daher für Inspektionszwecke oder dergl. in zweckmäßiger Weise ohne weiteres abgenommen werden.

Wenn der Ständerwicklungs-Endabschnitt 6 mittels eines ausschließlich für diesen Zweck vorgesehenen Halteelements gehaltert ist, kann das Trennelement durch Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Windungen bzw. Wicklungen mit Filz oder dergl. nach dem Imprägnieren der Windungen bzw. Wicklungen gebildet werden, ohne daß es anschließend selbst imprägniert zu werden braucht. Bei der Kühlvorrichtung gemäß Fig. 2 kann das Axialgebläse auch durch ein Zentrifugalgebläse ersetzt werden.

Wie vorstehend beschrieben, ist erfindungsgemäß der Belüftungsschacht eines Ständerwicklungs-Endabschnitts durch eine Belüftungs- bzw. Kühlluftführung so unterteilt, daß der über die Kühlluftführung hinausragende hintere Endabschnitt des Ständerwicklungs-Endabschnitts durch zentripetale Kühlluft und der zwischen einem Trennelement und einem Ständerkern befindliche Teil

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der Ständerwicklung durch zentrifugale bzw. radial strömende Kühlluft gekühlt werden kann. Infolgedessen ist die Kühlwirkung am Standerwicklungs-Endabschnitt verbessert, während gleichzeitig gewährleistet ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit der zentrifugalen bzw. radial strömenden Kühlluft höher ist als bei der bisherigen Vorrichtung.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Kühlvorrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine, gekennzeichnet durch eine mit einem Wicklungsendabschnitt (6) eines Ständers (2) der elektrischen Rotationsmaschine korrespondierend angeordnete Belüftungs- bzw. Kühlluftführung (50), welche den Ständerwicklungs-Endabschnitt (6) in Axialrichtung eines Läufers (Ή) in einen ersten Belüftungsabschnitt (31), welcher Kühlluft auf eine Innenumfangsseite des Wicklungsendabschnitts (6) strömen läßt, und einen zweiten Belüftungsabschnitt (32) unterteilt, welcher die Kühlluft nach der Durchströmung des ersten Belüftungsabschnitts (31) auf eine Außenumfangsseite des Wicklungsendabschnitts (6) strömen läßt und die Kühlluft nach dem Durchströmen des

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zweiten Belüftungsabschnitts (32) in einen den Ständer (2) umgebenden Raum (18) leitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftführung (30) einen den Außenumfang des Ständerwicklungs-Endabschnitts (6) umschließenden Mantel (25) und ein Trennelement (20) umfaßt, das an einer Innenumfangsseite des Mantels (25) angeordnet ist und einen Raum, in welchem der Ständerwicklungs-Endabschnitt angeordnet ist, in zwei Belüftungsschächte (31,32) unterteilt-,
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ständerwicklung (6) kontaktierender Teil des Trennelements (20) aus einem Isolator besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (20) einen Abstandsring (21;2?), der in Umfangsrichtung zwischen obere und untere Wicklungen (61, 62) des Ständerwicklungs-Endabschnitts (6) eingefügt ist, sowie Abstand_stücke (22,23) umfaßt, die in an den Äbstandsring (21;27) anschließender Anordnung zwischen die oberen und unteren Wicklungen (61,62) eingefügt sind.