ROTARY ELECTRICAL MACHINE

Abstract: 1. Electrical rotating machine (10) comprising a rotor (16) cooled by cooling medium through axial cooling passages (21) and, cooled separately therefrom, a stator (12), the brush space (25) being isolated from the cooling medium and being provided with a servicing aperture, characterised by the combination of the following features : there are in the corner zones of a square stator package (12) axial cooling passages (19) which discharge into feed passages (23) flush with the cooling passages (19) and provided in a front connecting housing (22) ; - the connecting housing (22) has in the intermediate zone between the feed passages (23) located in the corner zone at least one maintenance aperture (30) which leads to the sealed off brush space (25) in the connecting housing (22) ; - the brush space (25) with brushes (26), commutator (36) and also stator (24) and rotor (27) windings as well as the intermediate space (43) between rotor package (16) and stator package (12) is sealed off from the cooling medium ; - the feed of cooling medium to the cooling passages (21) of the rotor (16) takes place via a feed passage (28) divided from the brush space (25), which is adapted to be sealed from the brush space (25) by a gasket (33).

Description: Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere einen Gleich- oder Drehstrommotor, mit einem Ständer und einem Läufer, die axiale Kühlkanäle, wie Lüftungskanäle, aufweisen. Die Leistungsfähigkeit einer elektrischen Maschine wird von der bei der Energieumwandlung auftretenden Verlustwärme und der Temperaturbeständigkeit der verwendeten Werkstoffe begrenzt. Der Wärmestrom muss durch entsprechende Wahl des Kühlsystems so intensiv sein, dass die zulässigen rezteiriperaturen eingellalten werden. Ausgehend von der Kühlmittel führung sind die Mantelkühlung, die Rückenkühlung, die axiale und radiale Innen-Kühlung, die Umlaufkühlung, und die Wärmeabfuhr mit Wärmerohren bekannt. Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE-GM 75 19 067, den französischen Schriften FR 1 106 080 und FR 1 250 660 sind weiterhin elektrische Maschinen bekannt, die axiale Kühlkanäle in den Ständer- und Läuferblechen haben. Die Wickelköpfe und Bürsten werden von Kühlluft umströmt. Die französische Schrift FR 519 550 und die japanische Zeitschrift JP-Z: Patents Abstract of Japan, E-141, Nov. 11, 1982, Vol 6, No. 226, Nr. 57-129 139 bringen Hinweise auf sternförmig ausgeführte, primsmatische Kühlkanäle. Die deutsche Auslegeschrift DE-AS 1 059 097 beschreibt einen Wechselstromgenerator mit zwei getrennten Kühlgas-Kreisläufen, von denen der eine die Wicklungen um- und durchströmt. Die Kühlsysteme von bekannten elektrischen Maschinen haben den Nachteil, dass sie bei Betrieb in staub- oder tropfenhaltiger Luft für direkte Luftkühlung nicht geeignet sind. Eine der wesentlichen Forderungen bei höheren Schutzgraden besteht darin, dass die zur Kühlung verwendete, event. staub- oder tropfenhaltige Luft, nicht an stromführende Maschinenteile gelangen darf. Insbesondere darf solche Luft bei höheren Schutzgraden nicht Wicklungen, Bürsten und Kommutator oder Kollektor umströmen, damit die Isolation der Maschine nicht beeinträchtigt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rotierende elektrische Maschine hoher Leistung mit einer intensiven Kühlung zu schaffen, die auch bei höheren Schutzgraden verwendbar ist. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Maschine der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kühlkanäle in mit diesen fluchtenden Zuführkanälen im Anschlussgehäuseteil münden, dass die Zufuhr des Kühlmediums zum Ständerpaket ausschliesslich über, von den übrigen Maschinenteilen getrennte Kühlkanäle erfolgt und nur ein Teil des Umfangs des Gehäuses mit Zuführkanälen versehen ist und dass eine von der Führung des Kühlmediums abgeschlossene Wartungsöffnung zu dem vom Kühlmedium abgeschlossenen Bürstenraum mit Bürsten vorgesehen ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine Luftführung bei höherem Schutzgrad mit staub- oder tropfenhaltiger Luft nicht mehr dadurch erfolgen kann, dass die Kühlluft mehr oder weniger stark durch die Maschine hindurchgeblasen wird. Vielmehr ist es gemäss der Erfindung unerlässlich, dass die Kühlluft nur ganz bestimmte Maschinenteile erreichen kann. Hierbei sollen jedoch die äussere Bauform der Maschine durch Mäntel oder Kühlrippen oder dergleichen bzw. das Volumen und Gewicht nicht vergrössert werden. Die Maschine muss deshalb in ihrem Querschnitt so gewählt werden, dass eine ausreichende Zahl von Kühlkanälen im Ständerjoch in der Nähe der Ständerwicklungen angeordnet werden können. Ausserdem soll das Ständerjoch nicht geschwächt werden. Bei Verwendung einer Axialkühlung bietet sich dabei als vorteilhafte Lösung ein quadratischer Ständer an, in dessen Eckbereichen eine ausreichende Zahl von Kühlkanälen angebracht werden können. Die Erfindung ermöglicht deshalb eine Kühlung nahe dem Entstehungsort, ohne dass die Funktionsweise und das Gewicht und Volumen der Maschine beeinträchtigt sind. Die Verwendung von quadratischen Ständerblechen hat weiterhin den Vorteil, dass das Anschlussgehäuse zum Ständerpaket ebenfalls mit Luftkanälen nur in den Ecken ausgebildet werden kann. Der Bereich im Lagerschild um den Bssrstenraum und ggf. auch im gegenüberliegenden Lagerschild wird deshalb vollständig von der Kühlluft des Ständers und des Läufers abgetrennt. Durch entsprechende Deckel wird trotzdem ein freier Zugang zu den Bürsten gewährleistet. Kern der Erfindung ist es deshalb, eine rotierende elektrische Maschine vorzuschlagen, bei welcher die Kühlluft möglichst nahe an die Wärmequellen herangeführt wird, jedoch keine stromführenden Maschinenteile erreicht, die bei staub- oder tropfenhaltiger Luft beeinträchtigt werden können, und dass trotzdem der Bürstenraum für die Wartung zugänglich ist. In den Unteransprüchen sind weitere Massnahmen zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe und insbesondere zur vorteilhaften Weiterbildung und Verbesserung der erfindungsgemässen Maschine vorgesehen. Gemäss der Ausgestaltung nach Unteranspruch 2 ist es massgeblich, dass, sofern eine Läuferkühlung vorgesehen ist, diese ebenfalls abgetrennt ausgeführt wird. Hierzu ist ein gesonderter Zuführkanal vorgesehen, der von dem Raum der Bürsten oder der Wicklungen abgetrennt ist. Gemäss der Ausgestaltung nach Unteranspruch 3 ist es vorteilhaft, dass die Kühlkanäle, in axialer Richtung gesehen, unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Der Grundgedanke hierbei ist, dass die im Ständer- und Läuferpaket entstehende Wärmedichte an beiden Enden des Paketes grösser sein kann als in der Mitte. Folglich muss der Wärmeübergang in diesen beiden Endbereichen vergrössert werden. Dies geschieht dadurch, dass die Kühlkanäle in den Endbereichen des Blechpakets z. B. sternförmig ausgebildet sind, um eine erhöhte Wärmeaustauschfläche zu erhalten. Ebenso kann der Querschnitt verkleinert und damit bei gleicher Oberfläche die Strömungsgeschwindigkeit vergrössert werden. Diese Massnahmen gelten entsprechend für das Ständer- und das Läuferpaket. Hierdurch wird eine intensivere Kühlung der Wickelköpfe und des Kommutators oder Kollektors erreicht. In Ausgestaltung der Erfindung nach Unteranspruch 4 ist vorgesehen, dass eine Spaltdichtung den Raum der Bürsten und Wicklungen an den Enden des Blechpakets von Ständer und Läufer abdichtet. In Weiterbildung dieses Gedankens ist gemäss Unteranspruch 5 vorgesehen, dass in dem Raum, der die stromführenden Teile umschliesst, die Kühlluft einen gewissen Überdruck hat, so dass im Bereich der Dichtungen ein Druckgefälle nach aussen hin entsteht. Dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass über einen Filter oder einen Abscheider im Bereich des Zuführungskanals, wo der Druck etwas höher ist, eine kleine Menge der Kühlluft in diesen Raum gedrückt wird und ein leichter Überdruck entsteht. Die Dichtungen zwischen feststehendem Zuführungskanal zum Läufer und sich drehenden Läufer kann durch diesen Überdruck im Innenraum abgedichtet werden. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die abdichtenden Teile zwischen der Läuferwelle und den Lüftungsgehäuseteilen aus Vergiessmasse bestehen. Gegenüber Teilen aus festem Material, die an Ständer und Läufer angebracht sind, ergibt sich hierdurch ein niedrigerer Aufwand bei der Herstellung. Die dem Bürstenraum gegenüberliegende Seite kann jedoch auch wie dieser gestaltet sein. Sie trägt dann im Ständerteil eine Wand senkrecht zur Läuferachse, mit einer Dichtung zwischen Trennwand und Läufer. Vorteilhaft ist weiterhin, dass an der Läuferwicklung gegenüber dem Bürstenraum zusätzlich Ventilationsflügel angegossen sind. Durch diese Massnahme kann die Kühlwirkung auf der wärmeren Seite erhöht werden, ebenso durch angegossene Kühlrippen am Wickelkopf des Ständers. Ein vorteilhaftes und zweckmässiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gleichstrommaschine, Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Schnittlinie A-A, Fig. 3 einen Schnitt namj'R derS#####hnittlinie B-B und Fig. 4 eine Alternative zur Ausführungsform nach Fig. 2. Die in Fig. 1 dargestellte Gleichstrommaschine 10 ist als halber Längsschnitt mit Mittellinie 11 wiedergegeben. Die Gleichstrommaschine 10 besteht aus einem rechteckigen Ständerpaket 12 mit den an sich bekannten Wicklungen für Hauptpole 13, Wendepole 14 und Nuten für Kompensationswicklungen 15. Im Innern des Ständerpakets 12 befindet sich der Läufer 16 mit der an sich bekannten Läuferwicklung 17. Das rechteckige Ständerpaket 12 weist in seinem Eckbereich 18 axiale Längskanäle 19 auf, die zur Kühlung des Ständerpakets dienen. Durch Anordnung der Kanäle 19 im Eckbereich wird das Joch 20 nicht geschwächt. Es kann demnach eine ausreichend grosse Kühloberfläche in der Nähe der Wicklungen angebracht werden. Im Läufer 16 sind entsprechende Längskanäle 21 zur Kühlung des Läufers vorgesehen. Gemäss der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass der Anschlussbereich der Kühlkanäle vom Ständer- bzw. vom Läuferpaket zu den anschliessenden Gehäuseteilen angepasst ist. Hierzu ist das vordere Anschlussgehäuseteil 22, dessen Schnitt B-B in Fig. 3 dargestellt ist, mit entsprechenden Zuführungskanälen 23 versehen, die zur Kühlung der Luft im abgeschlossenen Teil Kühlrippen 46 tragen. Die Kühlkanäle 19 des Ständerpakets münden in die Bohrungen des Zuführungskanals 23 im Gehäuseteil des Anschlussgehäuses 22. Der Raum 25 der Bürsten 26, der die äussere Oberfläche des Kommutators 36 und Wicklungsenden 27 umschliesst, ist durch die Trennwand 29 des Luftzuführungskanal 28 von der Kühlluft abgeschlossen. Der Raum 25, der über Deckel 30 von der Umgebung abgetrennt ist, wird über ein Luftfilter 31 mit gereinigter Luft aus dem Luftzuführungskanal 28 beaufschlagt, da sich ein Druckabfall in Richtung des Strömungswegs (Pfeil 32) aufbaut. Dieser Überdruck im Raum 25 bewirkt, dass die Abdichtung des Luftzufuhrkanals 28 durch eine Luftströmung über die Spaltdichtung 33 erfolgt. Der Luftzufuhrkanal 28 mündet in die Bohrungen 21 des Läufers 16 mit Kommutator 36. Dadurch ist gewährleistet, dass keine ungefilterte Luft zum Läufer in den Raum der Bürsten und Wicklungen gelangen kann. Das Anschlussgehäuseteil 37 am anderen Ende des Ständers 12 bzw. Läufers 16 weist einen entsprechenden Wickelraum 38 auf, der gekühlt werden muss. Hierzu münden die Lüftungskanäle 19, 21 des Ständerpakets 12 und des Läufers 16 in dessen Umgebungsraum. Gegenüber dem Zwischenraum 47 zwischen Ständerpaket, Läuferpaket und Wickelköpfen ist zur Abdichtung nach aussen hin eine weitere Spaltdichtung 39 vorgesehen, die aus einer Vergiessmasse hergestellt ist. Zur besseren Kühlung der Wickelköpfe sind Lüfterflügel 40 vorgesehen, die an den Läufer angegossen sind, und Kühlrippen 34 an den Wickelköpfen 35 des Ständers. Gemäss der Darstellung in Fig. 4 sind die in Fig. 2 dargestellten Kanäle 19 in den Endbereichen der Blechpakete als sternförmige Kanäle 41 ausgebildet. Hierdurch erhöht sich die Wärmetauschfläche der Lüftungskanäle. Die Luftströmung in der Gleichstrommaschine verläuft wie folgt: Über die Öffnungen 42 wird die Umgebungluft zum einen in den Luftzuführungskanal 23 des Anschlussgehäuseteils 22 und von dort aus in die Lüftungskanäle 19 des Ständerpakets eingeleitet, zum anderen über den Luftzuführungskanal 28 zu den entsprechenden Bohrungen 21 des Läufers 16. Im Bereich des hohen Luftdrucks am Eingang 42 wird ein sehr kleiner Teil der Umgebungsluft über einen Filter 31 dem Raum 25 mit Bürsten und Wicklungen zugeführt. Diese Luft wird dann über die Spaltdichtung 33 in den Luftzufuhrkanal 28 zurückgeführt, bzw. über den Spalt 43 zwischen Ständerpaket 12 und Läufer 16 zur Spaltdichtung 39 und von dort aus in den Gehäuseraum des Anschlussgehäuseteils 37. Durch diese Massnahme kann keine ungefilterte Umgebungsluft in diesen Raum, der stromführende Teile enthält, gelangen. Die Kühl luft gelangt über die Kühlkanäle 19 bzw. 21 in das hintere Anschlussgehäuseteil 37 und wird dort mittels weiterer Ventilation durch die Ventilatorflügel 40 nach aussen befördert (Pfeil 44).

Claims: ANSPRÜCHE 1. Rotierende elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer, die axiale Kühlkanäle aufweisen, wobei vorzugsweise im Eckbereich eines quadratischen Ständerpakets axiale Kühlkanäle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (19) in mit diesen fluchtenden Zuführkanälen (23) im Anschlussgehäuseteil (22) münden, dass die Zufuhr des Kühlmediums (42) zum Ständerpaket (12) ausschliesslich über, von den übrigen Maschinenteilen getrennte Kühlkanäle (28, 23) erfolgt und nur ein Teil des Umfangs des Gehäuses (22) mit Zuführkanälen (23) versehen ist und dass eine von der Führung des Kühlmediums abgeschlossene Wartungs öffnung (30) zu dem vom Kühlmedium abgeschlossenen Bürstenraum (25) mit Bürsten (26) vorgesehen ist. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Kühlmediums zu axial verlaufenden Kühlkanälen (21) im Läufer (16) über einen vom Raum (25), der Bürsten (26) und/oder Wicklungen (27) umschliesst, abgeteilten Zuführkanälen (28, 23) erfolgt. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (19, 21) des Ständer- und/oder Läuferpakets im Bereich einer oder beider Stirnflächen eine gegenüber den übrigen Abschnitten der Kühlkanäle vergrösserte, insbesondere sternförmige oder ovale Wärmeaustauschoberfläche und/oder verkleinerten Strömungsquerschnitt aufweisen. 4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (25) gegenüber dem Zuführungskanal (28) zum Läufer (16) mittels einer Dichtung (33) abdichtbar ist. 5. Maschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine geringe Menge des Kühlmediums dem Raum (25) über ein Filter oder Abscheider (31) zuführbar ist und dass eine Spaltdichtung (33) als Auslass zwischen diesem Raum (25) und der Läuferwelle (45) bzw. dem Zuführkanal (28) vorgesehen ist. 6. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spaltdichtung (39) aus Vergiessmasse zwischen den Wickelköpfen von Ständer (12) und Läufer (16) vorgesehen ist, die das Kühlmedium von Raum (25), (43) und (47) fernhält. 7. Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angegossene Ventilatorflügel (40) im Bereich der Wickelköpfe des Läufers (16) und Kühlrippen im Bereich der Wickelköpfe des Ständers (12) angeordnet sind, die nicht oder nicht ausschliesslich aus dem Werkstoff der stromführenden Teile bestehen.

Inventors: BENZ, ALFRED, HERRMANN, HANS, DR.-ING., KADES, HELMUT, REISCH, KARL, VOTSCH, ERNST, Vötsch, Ernst
Applicants: FRANZ KESSLER KG
Application year: 1984
Main classification: H02K9
IPC codes: H02K9