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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.
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Electric machine with liquid cooling, in particular asynchronous or synchronous machine
In an effort to improve the cooling conditions in electrical machines, it has already been proposed that the heat from the windings, in particular the stator winding heads or the sheet metal body of such machines, by liquid coolant, eg. B. oil to be discharged. The separation of the stator winding space from the rotor space necessary for this purpose is achieved by placing annular caps on the end faces of the laminated core, which surround the winding heads and form liquid-tight chambers for receiving the coolant.
In this case, however, the difficulty arises of achieving a corresponding oil-tight connection between the caps and sheet metal bodies, in particular at the inner cap seat adjacent to the air gap. If the winding is inserted in open or semi-closed grooves, as is usual, it is practically difficult to seal the seat surface of the front chamber, which is interrupted by the numerous groove locking wedges. So far, the solution has been to push a cylinder made of non-magnetic material into the air gap, which has sealing flanges on the end faces for placing the end caps. However, such a design requires a large air gap, a requirement that cannot be met for electrical reasons, especially in asynchronous machines.
According to the invention, these difficulties are eliminated in that the stator is designed with pronounced poles and non-magnetic, gas or gas-fired poles between the pole pieces. Liquid-tight intermediate pieces, in particular wedges, are provided, so that a stator space is obtained which is alternately sealed against the rotor by the intermediate pieces and the poles themselves and which, as is known per se, is closed laterally by gas- or liquid-tight caps placed on the stator end faces. In the case of an encapsulated machine, the walls enclosing the liquid chambers can also be used to recool the internal cooling air flow in a particularly advantageous manner, if z.
B. the side sealing caps are provided with cooling fins, which serve as cooling surfaces for an inner cooling air circuit. Executing AC machines with pronounced poles is known per se in commutator machines for special purposes. However, it has so far not been recognized either in this case or in DC machines with pronounced poles that this type of construction offers particularly advantageous prerequisites for sealing the stator space with liquid cooling.
Even less thought was given to bringing about the end of the stand by means of wedges inserted between the pole pieces.
The invention not only makes it possible to increase the cooling and thus the possible current load on the conductor material significantly, but also creates better insulation conditions, which together results in a relatively small and highly utilized machine. This applies not only to alternating current induction machines in the narrower sense, but the invention can also be used with substantially similar advantages in machines of a different type with oil cooling.
It has already been proposed for air-cooled machines to use insulating bars between the individual pole windings. However, this arrangement does not serve to close off the stator space from its surroundings, but rather it divides the stator space into two coaxial, open channels that allow an internal cooling air circuit. In contrast, the wedges inserted between the pole shoes according to the invention seal the stator space from the rotor space in a liquid-tight manner and at the same time achieve a perfectly tight fit for the lateral sealing chambers.
As an exemplary embodiment of the inventive concept, the drawing shows a cross section in FIG. 1 and a longitudinal section through an asynchronous machine with a liquid-cooled stator in FIG. 2. 1 means the stand with the pronounced poles 2, between which intermediate pieces (wedges) 3 are provided, which in turn are sealed by seals 4. The gas or gas in the radial direction. The stator space, which is sealed off in a liquid-tight manner, is laterally closed by the caps 5, as a result of which a perfect separation of the stator and rotor space is achieved, so that the coolant 6 does not come with it
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comes into contact with the rotor.
Since the stator end face is only interrupted by the wedges 3 at a few points and these, together with their sealing pieces 4, have a much larger radial extent than the slot wedges when the winding is distributed, a tight fit of the end caps is relatively easy to achieve. Appropriately, the z. B. consisting of rubber sealing inserts 4 with the sealing rings 7 serving as a cap seat on the stand face, z. B. by vulcanizing, be connected to one piece.
If the stand 1 is surrounded by a special sheet metal jacket 8, the outer jacket of the laminated core can also be cooled with liquid.
In FIG. 2, the connection of the liquid cooling according to the invention with air circulation cooling with an encapsulated machine is shown at the same time. In this case, the rotor 9 can advantageously be provided with a winding 10 which protrudes axially so far that it lies directly in the air flow of a fan 11 sitting on the shaft. The heated air is led past the front chambers of the stand cooling system, the cooling surface being enlarged by ribs 12. The cooled air is guided around the guide surface 13 and flows along the end shield 14 radially inward again towards the fan.
The liquid coolant can be recooled with particular advantage, as shown in FIG. 3, in such a way that the recooler is on
Bearing shield is attached and one on the
Machine shaft 15 seated fan 16 is surrounded by cooling coils 17 essentially concentrically. In this case, the coolant is diverted from the cooling jacket at point 18 and flows back to it at point 19. The coolant can be circulated in a manner known per se by a gear pump driven directly or indirectly by the machine shaft.
PATENT CLAIMS:
1. Electrical machine with liquid-cooled stator winding, in particular asynchronous or synchronous machine, characterized in that non-magnetic, liquid-tight intermediate pieces, in particular wedges, are provided between the pole pieces of the stator designed with pronounced poles, so that an alternating through the intermediate pieces and the poles themselves stator space sealed against the rotor is obtained, which is closed laterally in a manner known per se by caps placed on the stator end faces in a liquid-tight manner.