CH371506A - Device for cooling on closed electrical machines - Google Patents

Device for cooling on closed electrical machines

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Publication number
CH371506A
CH371506A CH7110459A CH7110459A CH371506A CH 371506 A CH371506 A CH 371506A CH 7110459 A CH7110459 A CH 7110459A CH 7110459 A CH7110459 A CH 7110459A CH 371506 A CH371506 A CH 371506A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
fan
fan blades
housing
air
machine
Prior art date
Application number
CH7110459A
Other languages
German (de)
Inventor
Ernst Dr Massar
Forst Rudolf
Original Assignee
Siemens Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag filed Critical Siemens Ag
Publication of CH371506A publication Critical patent/CH371506A/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/14Arrangements for cooling or ventilating wherein gaseous cooling medium circulates between the machine casing and a surrounding mantle
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227Heat sinks

Description

  

      Einrichtung    zum Kühlen an geschlossenen     elektrischen        Maschinen       Als elektromotorische Antriebe werden, insbeson  dere im     Werkzugmaschinenbau,    in zunehmendem  Umfang vollkommen geschlossene Motoren, insbeson  dere Gleichstrommaschinen, angewendet. Bei sol  chen Motoren macht die Kühlung Schwierigkeiten,  insbesondere, wenn ein grosser Regelbereich erforder  lich ist und sehr kleine Drehzahlen während des  Betriebes längere Zeit eingestellt bleiben müssen, wo  bei ausserdem meist das volle Drehmoment abgege  ben werden muss. Auf der Motorwelle sitzende Lüf  ter sind in solchen Fällen praktisch wirkungslos.

   Es  muss dann entweder ein stark überdimensionierter  Motor ohne Belüftung verwendet werden, der ausser  dem noch eine Sonderauslegung erfordert, oder es  muss eine Fremdbelüftung für den Motor vorgesehen  werden. Die erstere Lösung erfordert eine wesent  lich grössere Ausbildung des Motors und ist infolge  dessen teuer. Für Regelmotoren ist ausserdem die  damit verbundene Vergrösserung der     Anlaufzeitkon-          stante    und die durch den meist nötigen Mehrauf  wand an Erregerkupfer hervorgerufene Vergrösse  rung der     Erregerzeitkonstante    sehr nachteilig. Man  hat deshalb auch die Anwendung von Fremdbelüf  tung mittels eines gesondert angetriebenen Lüfters  vorgeschlagen, der entweder durch Rohre an den  Motor angeschlossen oder unmittelbar am Motor  angebaut ist.

   Dabei genügt es in vielen Fällen, wenn  die Fremdluft über die Oberfläche des Motors hin  weggeblasen wird, besonders, wenn diese zur bes  seren Wärmeabfuhr mit     Rippen    versehen ist. Bei  Gleichstrommaschinen und sonstigen Ausführungen  elektrischer Maschinen mit ausgeprägten Polen ist  der Effekt dieser Kühlungsart jedoch gering, weil  die Verlustwärme hauptsächlich im Läufer auftritt  und der Wärmeübergang von diesem auf den Stän  der schlecht ist.    Es sind auch Maschinen, insbesondere mit grö  sseren Leistungen bekanntgeworden, bei denen ein  im Motorinneren angeordneter Lüfter die Innenluft  durch einen Rückkühler     hindurchtreibt,    von dem die  abgekühlte Luft wieder in den Motor zurückströmt.

    Der Rückkühler wird dabei durch einen zweiten Luft  strom gekühlt, der durch einen ausserhalb der Ma  schine angeordneten Lüfter erzeugt wird. Alle diese  Ausführungen haben den Nachteil, dass sie sehr auf  wendig und teuer sind. Oft werden auch die Ma  schinenabmessungen hierdurch in unzulässiger Weise  vergrössert. Insbesondere bei kleinen Gleichstrom  maschinen mit nur wenigen     kW        Leistung        sind    daher  solche Ausführungen mit besonders angeordnetem  Rückkühler     verhältnismässig    unwirtschaftlich. Die  Erfindung zeigt, wie man die angegebenen Schwierig  keiten überwinden kann.  



  Erfindungsgemäss ist der Lüfter in der Weise als  Rückkühler für die umgewälzte Luft ausgebildet, dass  das     Lüfterrad    aus einer das Gehäuse der Maschine  nach aussen abdeckenden Scheibe besteht, die nicht  nur auf ihrer dem     Motorinneren    zugewandten Seite,  sondern auch auf ihrer Aussenseite mit     Lüfterflügeln          besetzt    ist, durch die ein die Scheibe auf ihrer Aussen  seite kühlender Luftstrom erzeugt wird.

   Der Innen  raum des Maschinengehäuses ist dabei     vorteilhaft    in  axialer Richtung durch Gleitflächen, Blenden und  dergleichen derart unterteilt, insbesondere halbiert,  dass in dem einen Teil die Luft hin- und     in    dem an  deren     zurückströmt.    Sie kann dabei an dem als  Rückkühler wirkenden Lüfter so stark abgekühlt  werden, dass auf diese Weise eine hinreichende Küh  lung des Motors ohne einen ausserhalb des Motors  liegenden besonderen Kühler erreichbar ist.

   Die äusse  ren     Lüfterflügel    können ausserdem noch von einem       Hilfsgehäuse    umgeben sein, dessen Austrittsöffnun-      gen so gerichtet sind, dass der von den äusseren       Lüfterflügeln        geförderte    Luftstrom über die Aussen  fläche des Maschinengehäuses in an sich bekannter  Weise     hinwegfliesst.    Dadurch kann eine noch bessere  Kühlung der elektrischen Maschine erreicht werden.  



  In der     Fig.1    der Zeichnung ist eine elektrische  Maschine dargestellt, die mit einem Ausführungsbei  spiel der gemäss der Erfindung ausgebildeten Kühl  einrichtung versehen ist. 1 ist das Gehäuse der Ma  schine, das an beiden Enden durch die Lagerschilde  2 und 3 geschlossen ist, in welchen die Motorwelle  4     gelagert    ist, auf welcher der Läufer 5 sitzt. 6 ist  der Ständer der Maschine, der mit ausgeprägten  Polen versehen ist. Am linken Ende der Maschine  ist gleichachsig ein     Lüftermotor    7 befestigt. Der Lüf  ter besteht aus einer Scheibe 8, der auf der dem  Motor zugewandten Seite mit inneren     Lüfterflügeln     9 und auf seiner Aussenseite mit äusseren Lüfter  flügeln 10 besetzt ist.

   Der Lüfter bildet die Tren  nung zwischen dem Innenraum der Maschine und  dem Aussenraum. Die Abdichtung zwischen der     Lüf-          terscheibe    und dem Lagerschild 2 des Motorgehäuses  wird durch ein Labyrinth 11 bewirkt. Der von dem  inneren     Lüfterflügel    9 erzeugte Luftstrom tritt durch  in dem oberen Teil des Lagerschildes 2 befindliche  Öffnungen 12 in den Motorinnenraum hinein, der  in axialer Richtung durch     Leitflächen    13 in einen  oberen und unteren Raum derart unterteilt äst, dass  der durch die Öffnung 12 eintretende Luftstrom zu  nächst durch den oberen Raum     hindurchfliesst,

      dann  nach dem unteren Raum umgelenkt wird und in die  sem in der     Pfeilrichtung    wieder zurückfliesst und  schliesslich durch die im unteren Teil des Lager  schildes 2 befindlichen Öffnungen 14 den inneren       Leitflächen    des     Flügelrades    9 wieder im Kreislauf       zugeführt    wird. Die Luft streicht hierbei an der als       Rückkühlfläche    dienenden Scheibe 8 entlang, die auf  ihrer Aussenseite durch den Luftstrom geführt wird,  der von den äusseren     Leitflächen    10 erzeugt wird.

    Die äusseren     Leitflächen    10 sind ferner von einem       Hilfsgehäuse    15 umgeben, das bis über das Maschi  nengehäuse 1 hinüberragt. Der aus der Öffnung zwi  schen dem Maschinengehäuse 1 und dem Hilfsge  häuse 15 austretende Luftstrom wird in der Pfeil  richtung 16 über die Aussenfläche des Gehäuses 1  hinweggeblasen und bewirkt so eine zusätzliche Küh  lung des Gehäuses 1 auf seiner Aussenseite. Der durch  Öffnungen 17 des     Hilfsgehäuses    eingesaugte Luft  strom dient ausserdem zur Kühlung des     Lüftermo-          tors    7.  



  Um in manchen Fällen einen besonders guten       Rückkühleffekt        mit    dem Lüfter     zu    erzielen, kann die  mit den     Lüfterflügeln    besetzte Scheibe     mit        tangen-          tialen,    insbesondere     zickzackförmigen        Wellungen    ver  sehen sein. Die beiderseitigen     Lüfterflügel    sind dabei       vorteilhaft    auf den äusseren Spitzen der     Wellungen       angebracht.

   Dadurch wird die Berührungsfläche für  die geförderte Luft auf beiden Seiten vergrössert und  so ein besonders guter Wärmeübergang erzielt.  



  Die     Fig.    2 und 3 der Zeichnung zeigen ein Aus  führungsbeispiel eines in solcher Weise ausgebildeten       Lüfterrades    im Aufriss bzw. im Schnitt. Die Lüfter  scheibe 8, welche die inneren     Lüfterflügel    9 und die  äusseren     Lüfterflügel    10 trägt, ist mit     tangentialen          Wellungen    versehen, die einen     zickzackförmigen     Querschnitt besitzen. Die     Lüfterflügel    9 und 10 sind  dabei auf den jeweils äusseren Kanten der     Wellungen     angebracht.

   Auf diese Weise wird ein besonders guter  Wärmeübergang zwischen der Innen- und Aussen  luft durch das aus     einem    gut wärmeleitenden Mate  rial, z. B.     Siluminguss,    bestehende     Lüfterrad    erzielt.



      Device for cooling on closed electrical machines As electromotive drives, especially in machine tool construction, completely closed motors, especially DC machines, are used to an increasing extent. In sol chen motors, the cooling makes difficulties, especially when a large control range is required and very low speeds must remain set for a long time during operation, where the full torque must also usually be given ben. Fans sitting on the motor shaft are practically ineffective in such cases.

   Either a very oversized motor without ventilation must then be used, which also requires a special design, or external ventilation must be provided for the motor. The former solution requires a wesent Lich larger design of the engine and is expensive as a result. In addition, the associated increase in the start-up time constant and the increase in the excitation time constant caused by the usually necessary additional expenditure on excitation copper are very disadvantageous for control motors. It has therefore also proposed the use of Fremdbelüf device by means of a separately driven fan, which is either connected to the engine through pipes or attached directly to the engine.

   In many cases, it is sufficient if the external air is blown away over the surface of the motor, especially if it is provided with ribs for better heat dissipation. In DC machines and other designs of electrical machines with pronounced poles, however, the effect of this type of cooling is small because the heat loss occurs mainly in the rotor and the heat transfer from this to the stand is poor. There are also machines, in particular with greater powers, in which a fan arranged inside the motor drives the internal air through a dry cooler, from which the cooled air flows back into the motor.

    The recooler is cooled by a second stream of air that is generated by a fan arranged outside the machine. All of these designs have the disadvantage that they are very complex and expensive. Often the machine dimensions are enlarged in an impermissible manner as a result. Particularly in the case of small DC machines with only a few kW of power, such designs with a specially arranged dry cooler are therefore relatively uneconomical. The invention shows how the specified difficulties can be overcome.



  According to the invention, the fan is designed as a recooler for the circulated air in such a way that the fan wheel consists of a disc which covers the housing of the machine from the outside and which is not only fitted with fan blades on its side facing the inside of the motor, but also on its outside, by means of which an air flow that cools the pane on its outside is generated.

   The interior of the machine housing is advantageously subdivided, in particular halved, in the axial direction by sliding surfaces, screens and the like in such a way that the air flows back in one part and back in the other. It can be cooled so much on the fan acting as a dry cooler that in this way sufficient cooling of the engine can be achieved without a special cooler located outside the engine.

   The outer fan blades can also be surrounded by an auxiliary housing, the outlet openings of which are directed so that the air flow conveyed by the outer fan blades flows over the outer surface of the machine housing in a manner known per se. As a result, even better cooling of the electrical machine can be achieved.



  In Figure 1 of the drawing, an electrical machine is shown, which is provided with a Ausführungsbei game of the cooling device designed according to the invention. 1 is the housing of the Ma machine, which is closed at both ends by the end shields 2 and 3, in which the motor shaft 4 is mounted on which the rotor 5 is seated. 6 is the stand of the machine, which is provided with pronounced poles. A fan motor 7 is attached coaxially to the left end of the machine. The fan consists of a disc 8, which is occupied on the side facing the engine with inner fan blades 9 and on its outside with outer fan blades 10.

   The fan forms the separation between the interior of the machine and the exterior. The seal between the fan disk and the bearing plate 2 of the motor housing is brought about by a labyrinth 11. The air flow generated by the inner fan blade 9 passes through openings 12 in the upper part of the end shield 2 into the motor interior, which is divided in the axial direction by guide surfaces 13 into an upper and lower space in such a way that the air flow entering through the opening 12 first flows through the upper room,

      is then deflected to the lower space and flows back in the sem in the direction of the arrow and finally through the openings 14 located in the lower part of the bearing shield 2 to the inner guide surfaces of the impeller 9 is fed back in the circuit. In this case, the air sweeps along the disc 8, which serves as a recooling surface and which is guided on its outside by the air flow generated by the outer guide surfaces 10.

    The outer guide surfaces 10 are also surrounded by an auxiliary housing 15 which protrudes over the machine housing 1 over. The air flow emerging from the opening between tween the machine housing 1 and the auxiliary housing 15 is blown in the direction of arrow 16 over the outer surface of the housing 1 and thus causes an additional Küh treatment of the housing 1 on its outside. The air flow sucked in through openings 17 in the auxiliary housing also serves to cool the fan motor 7.



  In order to achieve a particularly good re-cooling effect with the fan in some cases, the disk occupied with the fan blades can be provided with tangential, in particular zigzag, corrugations. The fan blades on both sides are advantageously attached to the outer tips of the corrugations.

   As a result, the contact area for the conveyed air is enlarged on both sides and a particularly good heat transfer is achieved.



  2 and 3 of the drawings show an exemplary embodiment from a fan wheel designed in such a way in elevation and in section. The fan disc 8, which carries the inner fan blades 9 and the outer fan blades 10, is provided with tangential corrugations which have a zigzag cross-section. The fan blades 9 and 10 are attached to the respective outer edges of the corrugations.

   In this way, a particularly good heat transfer between the indoor and outdoor air through the material from a highly thermally conductive mate, z. B. Silumin casting, achieved existing fan wheel.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Einrichtung zum Kühlen an einer geschlossenen elektrischen Maschine mittels eines die Luft inner halb des Maschinengehäuses umwälzenden Lüfters, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter in der Weise als Rückkühler für die umgewälzte Luft ausgebildet ist, dass das Lüfterrad aus einer das Gehäuse nach aussen abdeckenden :Scheibe besteht, die nicht nur auf ihrer dem Motorinneren zugewandten Seite, son dern auch auf ihrer Aussenseite mit Lüfterflügeln besetzt ist, durch die ein die Scheibe auf ihrer Aussen seite kühlender Luftstrom erzeugt wird. UNTERANSPRüCHE 1. PATENT CLAIM Device for cooling on a closed electrical machine by means of a fan which circulates the air inside the machine housing, characterized in that the fan is designed as a recooler for the circulated air in such a way that the fan wheel consists of a disk that covers the housing to the outside exists, which is not only occupied on its side facing the motor interior, but also on its outside with fan blades, through which an air flow that cools the disc on its outside is generated. SUBCLAIMS 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Innenraum des Maschinen gehäuses in axialer Richtung durch Leitflächen der art unterteilt ist, dass in dem einen Teil die Luft hin- und in dem anderen zurückströmt. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die äusseren Lüfterflügel von einem Hilfsgehäuse umgeben sind, dessen Austrittsöffnun gen so gerichtet sind, dass der von dem äusseren Lüf- terflügeln geförderte Luftstrom über die Aussen fläche des Maschinengehäuses hinwegfliesst. 3. Device according to claim, characterized in that the interior of the machine housing is divided in the axial direction by guide surfaces such that the air flows back in one part and back in the other. 2. Device according to patent claim, characterized in that the outer fan blades are surrounded by an auxiliary housing, the outlet openings of which are directed so that the airflow conveyed by the outer fan blades flows over the outer surface of the machine housing. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die mit den Lüfterflügeln besetzte Scheibe tangentiale Wellungen hat. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiderseitigen Lüfterflügel auf den äusseren Kanten der Wellungen sitzen. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die äusseren Lüfterflügel umgebende Hilfsgehäuse so gestaltet ist, dass die von den äusseren Lüfterflügeln angesaugte Luft über die Oberfläche eines den Lüfter antreibenden Hilfsmotors hinwegstreicht. Device according to patent claim, characterized in that the disc occupied with the fan blades has tangential corrugations. 4. Device according to dependent claim 3, characterized in that the fan blades on both sides sit on the outer edges of the corrugations. 5. Device according to dependent claim 2, characterized in that the auxiliary housing surrounding the outer fan blades is designed so that the air sucked in by the outer fan blades sweeps over the surface of an auxiliary motor driving the fan.
CH7110459A 1958-04-02 1959-03-23 Device for cooling on closed electrical machines CH371506A (en)

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DES57681A DE1087687B (en) 1958-04-02 1958-04-02 Cooling of closed electrical machines, in particular smaller DC machines

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CH371506A true CH371506A (en) 1963-08-31

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CH7110459A CH371506A (en) 1958-04-02 1959-03-23 Device for cooling on closed electrical machines

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