DE3242018C2 - Kühlvorrichtung für eine elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Konstruktion eines Kühlluft-Belüftungsschachts (32) für den Wicklungs-Endabschnitt (6) eines Stators bzw. Ständers (2) einer elektrischen Rotationsmaschine zwecks Verbesserung der Kühlwirkung oder -leistung. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine ist dabei gekennzeichnet durch eine Belüftungs- bzw. Kühlluftführung (30), die am Wicklungsendabschnitt (6) des Ständers (2) der elektrischen Rotationsmaschine angeordnet ist und den Ständerwicklungs-Endabschnitt (6) in Axialrichtung eines Läufers (14) in einen ersten Belüftungsabschnitt (31) zur Führung der Kühlluft auf eine Innenumfangsfläche des Wicklungsendabschnitts (6) sowie einen zweiten Belüftungsabschnitt (32) unterteilt, durch welchen die Kühlluft nach dem Durchströmen des ersten Belüftungsabschnitts (31) zur Außenumfangsseite des Wicklungsendabschnitts (6) und nach dem Durchströmen des zweiten Belüftungsabschnitts (32) in einen den Ständer (2) umgebenden Raum (18) geleitet wird.

Description

wendeten Abstandshalters im ausgehärteten Zustand;

F i g. 7 einen senkrechten Teilschnitt zur Erläuterung der wesentlichen Teile einer anderen Ausführungsfonn der Kühlvorrichtung für eine elektrische Maschine; und in

F i g. 8 eine Teilschnittansicht in vergrößertem Maßstab zur Erläuterung von Einzelheiten des Wickelkopfes der Anordnung gemäß F i g. 7.

Im folgenden wird zunächst der grundsätzliche Aufbau einer Kühlvorrichtung für eine elektrische Maschi- to ne näher erläutert Man erkennt einen Rahmen 1 mit einer Anzahl von Seitenplatten la. Mit dem Bezugszeichen 2 ist der Stator bezeichnet in den Belüftungsleitungen 3 und 4 eingearbeitet sind. Der Stator 2 ist mit einem Spannstück 5 verspannt, das zahlreiche Belüftungsöffnungen 5a aufweist, die über seinen Umfang verteilt in gleichen Abständen vorgesehen sind. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet allgemein einen vom Stator 2 abstehenden Wickelkopf.

Die Anordnung umfaßt weiterhin eine abnehmbar an einem axialen Ende des Rahmens 1 montierte Halterungsabdeckung 12, während das Bezugszeiusen 14 den Rotor bezeichnet und eine Belüftungsleitung am Rotor mit dem Bezugszeichen 15 angegeben ist Man erkennt ferner ein Axialgebläse 16, einen sich im oberen Bereich des Rahmens 1 öffnenden Lufteinlaß 17 sowie einen im oberen Bereich des Rahmens 1 über dem Stator 2 offenen Luftauslaß 18, so daß die offenen Seiten den Lufteinlaß 17 bzw. den Luftauslaß 18 bilden. Mit dem Bezugszeichen /4 sind Abstandsstücke angedeutet (vergleiche F i g. 2), die zwischen oberen und unteren Spulenseiten 62 und 61 des Wickelkopfes 6 eingefügt sind, während mit dem Bezugszeichen B eine Anschlußleitung für die Pole der Wicklung des Stators 2 angedeutet ist

ίη den Pi g. 1 bb 6 ist mit dem Bezugszeichen 30 eine Kühlluftführung bezeichnet die etwa die Hälfte des Außenumfanges eines Wickelkopfes 6 des Stators 2 umschließt und die einen Mantel 25 sowie ein Trennelement 20 aufweist Das Trennelement 20 ist im wesentlichen in radialer Richtung im mittleren Bereich des Wikkelkopfes 6 angeordnet (vergleiche F i g. 2) und besteht aus den nachstehend näher beschriebenen Teilen 21 bis 24. Das Teil 21 ist gemäß F i g. 5 ein kreisringförmiger Abstandsring, der gemäß den F i g. 2 bis 4 zwischen obere Spulenseiten 61 und untere Spulenseiten 62 um deren Umfang umlaufend eingefügt ist. Das Teil 22 ist ein Abstandshalter mit keilförmiger Gestalt gemäß F i g. 6, wobei derartige Abstandshalter zwischen die benachbarten oberen Spulenseiten 61 eingefügt sind (vergleiehe F i g. 2 und 4). Das Teil 23 ist ein dem Abstandshalter 22 ähnlicher Abstandshalter, wobei derartige Abstandshalter 22 zwischen benachbarten unteren Spulenseiten 62 eingesetzt sind. Das Teil 24 ist ein kreisringförmiger Ablenkring, der am Abstandshalter 22 anliegt, an der Innenumfangsfläche der oberen Spulenseiten 61 befestigt ist und zur unterseitigen Befestigung des Wickelkopfes 6 dient

Der erwähnte Mantel 25 hat eine relativ kurze axiale Länge und besteht aus zwei Elementen C und D, die eg gemäß F i g. 1 mit Schraubbolzen E miteinander verbunden sind. Das Trennelement 20 und der Mantel 25 bilden die Kühlluftführung 30, die einen Teil des Wickelkopfes 6 bedeckt bzw. umschließt Außerhalb dieser Kühlluftführung 3Ö ist ein nach innen gerichteter, radial verlaufender erster Belüftungsabschnitt 31 ausgebildet, und zwar zwischen der Kühlluftführung 30 und der Halterungsabdeckung 12, während ein radial nach außen verlaufender zweiter Belüftungsabschnitt 32 zwischen, der Kühlluftführung 30 und dem Stator 2 ausgebildet ist Ein aus Filz bestehendes Füllelement 26 ist zur Ausfüllung des Zwischenraumes zwischen dem Mantel 25 und dem Außenumfang des Wickelkopfes 6 eingesetzt

Im folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung der angegebenen Kühlluftführung 30 näher erläutert Ein Filz als elektrisch isolierendes, poröses Material wird ringförmig zwischen den oberen Spulenseiten 61 und den unteren Spulenseiten 62 zur Bildung des Abstandsringes 21 eingesetzt Die aus Filz bestehenden Abstandshalter 22 mit vorgegebener Breite werden zwischen die oberen Spulenseiten 61, an den Abstandsring 21 anschließend, eingesetzt während ähnliche Abstandshalter 23 zwischen die unteren Spulenseiten 62 eingesetzt werden und dadurch die Zwischenräume zwischen letzteren verschließen. Fernei ist der Ablenkring 24, dessen Außenumfangsfläche konisch ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Axialgebläse^ 16, an den Innenumfangsflächcn der unteren Spuiensc-iteu 6ί in einer an den Abstandshaltern 22 anliegenden Lage mit Schnüren oder dergleichen montiert In der beschriebenen Weise wird das Trennelement 20 somit aus den Teilen vom Abstandsring 21 bis zum Ablenkring 24 gebildet

Anschließend wird ein poröses Füllelement 26 aus Filz zwischen dem Innenumfang des Mantels 25 und den Spulenseiten 62 so angeordnet, daß der Zwischenraum zwischen diesen Teilen ausgefüllt ist Wenn anschließend die das Trennelement bildenden Teile aus Filz mit einem Isolierlack aus einem wärmehärtbaren Kunstharz, zum Beispiel Epoxyharz, imprägniert sind und der Isolierlack ausgehärtet ist so sind die jeweiligen Wickelköpfe 6 durch das ausgehärtete Trennelement 20 sicher festgelegt Die Kühlluftführung 30 wird somit durch das Trennelement 20 und den Mantel 25 gebildet, wobei mit dieser Kühlluftführung 30 der vom Lufteinlaß 17 des Rahmens 1 ausgehende Belüftungsabschnitt 31 3η der Außenseite festgelegt ist, während der zum Außenumfang verlaufende zweite Belüftungsabschnitt 32 an der Innenseite festgelegt ist.

Im folgenden wird die Kühlluftführung anhand von F i g. 1 näher erläutert Die vom Axialgebläse 1 über den Lufteinlaß 17 eingesaugte Kühlluft durchströmt in der durch die Pfeile in F i g. 1 angedeuteten Weise den ersten Belüftungsabschnitt 31 außerhalb der Kühlluftführung 30, wobei sie den dem Belüftungsabschnitt 31 zugewandten Teil des Wickelkopfes 6 kühlt Anschließend kühlt der vom Axialgebläse in den zweiten Belüftungsabschnitt 32 geförderte Teil der Kühlluft die betreffenden Wicklungen des Wickelkopfes 6, wenn diese Kühlluft in radialer Richtung die Zwischenräume zwischen den Wicklungen bzw. Spulensehen durchströmt, worauf die Kühlluft die Belüftungsöffnungen 5a des Spannstükkes 5 durchströmt bnd über den Luftauslaß 18 im oberen Bereich an der Rückseite des Stators 2 austritt Ein Teil der angesaugten Kühlluft durchströmt die Belüftungsdurchgänge 3 bzw. 15 im Stator 2 bzw. Rotor 14 in an sich bekannter Weise, um über den Luftauslaß 18 auszutreten,

In der beschriebenen Weise ist die K umluftführung 30 des Wickelkopfes 6 in zwei Bereiche unterteilt, und der Wickelkopf wird in zentripetaler und radialer Richtung gekühlt, wobei die Durchströmungsgeschwindigkeit der Kühlluft erhöht wird. Außerdem durchströmt die gesamte, zwischen das Trennelement 20 und den Stator 2 eingeführte Kühlluft die Zwischenräume zwischen den Spulenseiten und Wicklungen, so daß die Kühlwirkune

an den Wicklungen des Stators 2 verbessert wird. Da außerdem der äußere Bereich des Wickelkopfes 6 in den ersten Belüftungsabschnitt 31 hineinragt, wird dieser Bereich von der eingesaugten Kühlluft in wirksamer Weise gekühlt

Zugleich besitzt der jeweilige Wickelkopf 6 eine erhöhte Steifheit, da seine Spulenseiten 61 bzw. 62 vom Trennelement 20 gehaltert sind. Außerdem können die Anschlußleitungen für die Wicklungen des Stators 2, die Phasenanschlußleitungen, usw. außerhalb des Trennelementes 20, d. h. zwischen dem Trennelement 20 und der Abdeckung 12, angeordnet sein, so daß sich die jeweiligen Anschlüsse nach dem Abnehmen der Abdeckung 12 leicht prüfen und gegebenenfalls instandsetzen lassen.

Im folgenden ist anhand der F i g. 7 und 8 eine weitere Ausführungsform erläutert. Dabei sind Abstandshalter 22 und 23 zwischen den betreffenden oberen und unteren Spulenseiten 61 bzw. 62 im vorderen Endbereich des Wickeikopfes 6 eingesetzt Ein aus Filz bestehender Abstandsring 27 ist in ringförmiger Anordnung in die Krümmung des Wickelkopfes 6 eingesetzt. Die Abstandshalter 22 und 23 sowie der Abstandsring 27 bilden ein Trennelement 20. Ein um den Außenumfang der Spulenseite 62 herumgelegtes Ringelement besitzt einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Mantels 25. Ein aus Filz bestehendes Füllelement 29 füllt den Zwischenraum zwischen dem Wickelkopf 6 und dem Ringelement 28 aus.

Bei dieser Ausführungsform ist ein getrennt angeordnetes, nicht dargestelltes Gebläse in einem auf den Rah- men I aufgesetzten Belüftungskasten 40 angeordnet Unter der Wirkung des getrennt eingebauten Gebläses tritt die Kühlluft über den Belüftungskasten 40 in den Rahmen 1 ein, wobei sie den Wickelkopf 6 und die übrigen Teile der Anordnung kühlt, während sie in der durch Pfeile angedeuteten Weise einen ersten Belüftungsabschnitt 3! und einen zweiten Beiäftungsabsehniti 32 durchströmt und anschließend von der Rückseite des Stators 2 her wieder in den Belüftungskasten 40 zurückströmt Die Kühlluft wird dabei durch einen im Belüf- tungskasten 40 angeordneten, nicht dargestellten Luftkühler abgekühlt um anschließend wieder in den Rahmen 1 einzutreten.

Bei dieser Ausführungsform ist zwischen dem Mantel 25 und dem Ringelement 28 ein kleiner Zwischenraum 45 vorhanden. Der Mantel 25 kann somit für Inspektionszwecke oder dergleichen in zweckmäßiger Weise ohne weiteres abgenommen werden.

Wenn der Wickelkopf 6 mit einem ausschließlich für diesen Zweck vorgesehenen Halteelement gehaltert ist so kann das Trennelement durch Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Spulenseiten mit Filz nach dem Imprägnieren der Spulenseiten gebildet werden, ohne daß es anschließend selbst imprägniert zu werden braucht Bei der Kühlvorrichtung gemäß F i g. 1 kann 55 das Axialgebläse 16 auch durch ein Zentrifugalgebläse ersetzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims (1)

1 2

Ordnung ist zwar ein Trennelement in Form einer Wik-

Patentansprüche: kelkopfversteifung vorgesehen, jedoch sind dieser

Schrift keine Einzelheiten darüber zu enthmen, wie ein

1. Kühlvorrichtung für eine elektrische Maschine, derartiges Trennelement im einzelnen aufgebaut ist bei der die Wickelköpfe (6,81,62) des Stators (2) mit 5 Der Aspekt der erforderlichen Abstützung der Wicke!- einer Kühlluftführung (20,25,30) versehen sind, die köpfe ist dort nicht näher angesprochen, insbesondere die Wickelköpfe (6, 61, 62) in axialer Richtung in nicht die konstruktive Ausbildung des Trennelementes, jeweils einen ersten Belüftungsabschnitt (31), der die Aus der US-PS 34 35 517 und der US-PS .39 49 257 Kühlluft auf die Innenumfangsseite des Wickelkop- sind Statorspulenanordtnungen bekannt, bei denen die fes (6,61,62) strömen läßt, und einen zweiten Belüf- io Wickelköpfe mit Abstützungen versehen sind, die aus tungsabschnitt (32) unterteilt, der die Kühlluft nach einem wärmehärtbaren Kunstharz bestehen, das bei dem Durchströmen des ersten Belüftungsabschnit- Raumtemperatur weich und biegsam ist und sich durch tes (31) auf die Außenumfangsseite des Wickelkop- Wärmeeinwirkung aushärten läßt Mit diesen Kunstfes (6,61,62) strömen läßt und die Kühlluft nach dem harzmaterialien läßt sich zwar eine Festlegung und Ab-Durchströmen des zweiten Belüftungsabschnittes is Stützung der Wickelköpfe mit ihren Spulenseiten erzie-(32) in einen den Stator (2) umgebenden Raum (Luft- len, jedoch ist dort das Problem der wirksamen Kühlung auslaß 18) leitet, wobei die Kühlluftführung (20,25; der Wickelköpfe überhaupt nicht angesprochen.

30) einen Mantel (25), ein ringförmiges Element (D) Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühl- und ein Trennelement (20) aufweist, das auf der In- vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die nenumfangaseite des Elementes (D) angeordnet ist, 20 in einfacher und zuverlässiger Weise ohne aufwendige welche den zweiten Beiüftungsabschnitt (32) um- Materialien herstellbar ist und unter Beibehaltung einer schließen, dadurchgekennzeichnet, zufriedenstellenden Belüftung eine sichere und zu verdaß das Trennelement (20) aus einem porösen Ab- lässige Abstützung der Wickelköpfe gewährleistet
Standsring (21), der in Urnfangsrichtung zwischen Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine oberen und unteren Spulenseiten (61,62) des Wik- 25 Kühlvorrichtung der in Rede stehenden Art so auszubilkelkopfes (6) angeordnet ist, ms einem porösen Ab- den, daß das Trennelement aus eine:n porösen Ablenkring (24), der am Innenumfang der unteren Spu- Standsring, der in Urnfangsrichtung zwischen oberen lenseite (61) anliegt, und porösen Abstandshaltern und unteren Spulenseiten des Wickelkopfes angeordnet (22, 23) besteht, die jeweils zwischen benachbarten ist, aus einem porösen Ablenkring, der am Innenumfang oberen bzw. zwischen benachbarten unteren Spu- 30 der unteren Spulesseite anliegt, und porösen Abstandslenseiten (6Ϊ bzw. 62) derart angeordnet sind, daß sie haltern besteht, die jeweils zwischen benachbarten obean den Abstandsring (21) angrenzen, ren bzw. zwischen benachbarten unteren Spulenseiten daß in den Zwischenraum zwischen dem Mantel (25) derart angeordnet sind, daß sie an den Abstandsring und dem Trennelement (20) eic Füllelement (26,29) angrenzen, daß in den Zwischenraum zwischen dem aus porösem Material eingesetzt ist, 35 Mantel und dem Trennelement ein Füllelement aus pound daß die das Trenndcment (20) bildenden Teile rösem Material eingesetzt ist, und daß die das Trennele-(21,22,23,24) aus Filz bestehen, der nach dem Ein- ment bildenden Teile aus Filz bestehen, der nach dem setzen mit einem Isolierlack aus einem wärmehärt- Einsetzen mit einem Isolierlack aus einem wärmehärtbaren Kunstharz, z. B. Epoxyharz, imprägniert und baren Kunstharz, zum Beispie! Epoxyharz, imprägniert anschließend ausgehärtet ist. 40 und anschließend ausgehärtet ist

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühl vorkennzeichnet, daß der Abstandsring (27) in die richtung ist vorgesehen, daß der Abstandsring in die Krümmung des Wickelkopfes (6, 61, 62) eingesetzt Krümmung des Wickelkopfes eingesetzt ist

ist (F i g. 7,8). Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird das zu-

45 gründe liegende Problem in zufriedenstellender Weise

gelöst, wobei das Trennelement die gewünschte Kühlluftführung hervorruft und zugleich für die erforderliche Abstützung des jeweiligen Wickelkopfes sorgt Der au-

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine ßerhalb des Trennelementes liegende Bereich des Wikelektrische Maschine, bei der die Wickeiköpfe des Sta- so kelkopfes wird durch zentripetale Kühlluft und der zwitors mit einer Kühlluftführung versehen sind, die die sehen dem Trennelement und dem Stator befindliche Wickelköpfe in axialer Richtung in jeweils einen ersten Teil der Wicklungen bzw. des Wickelkopfes wird durch Belüftungsabschnitt, der die Kühlluft auf die Innenum- zentrifugal bzw. radial strömende Kühlluft gekühlt
fangsseite des Wickelkopfes strömen läßt, und einen Die Erfindung wird nachstehend, anhand der Bezweiten Beiüftungsabschnitt unterteilt, der die Kühlluft 55 Schreibung von Ausführungsbeispielen und unter Benach dem Durchströmen des ersten Belüftungsabschnit- zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichtes auf die Außenumfangsseite des Wickelkopfes strö- nung zeigt in

men läßt und die Kühlluft nach dem Durchströmen des Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung

zweiten Belüftungsabschnittes in einen den Stator um- der wesentlichen Teile der Kühlvorrichtung für eine

gebenden Raum leitet, wobei die Kühlluftführung einen 60 elektrische Maßnahme;

Mantel, ein ringförmiges Element und ein Trennelement F i g. 2 eine Teilschnittansicht in vergrößertem Maßaufweist, das auf der Innenumfangsseite des Elementes stab des Wickelkopfes gemäß F i g. 1;
angeordnet ist, welche den zweiten Beiüftungsabschnitt F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 1;
umschließen. F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 2:

Eine derartige Kühlvorrichtung ist aus der CH-PS 65 Fig.5 eine Schnittansicht eines bei einer Ausfüh-

63 612 bekannt, wobei unter Verwendung von mehre- rungsform verwendeten Abstandsringes in seinem aus-

ren Belüftungsabschnitten für eine geeignete Kühlluft- gehärteten Zustand;

führung gesorgt wird. Bei der dort beschriebenen An- F i g. 6 eine perspektivische Darstellung eines ver-