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Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine
mit einem Statorblechpaket, einer Formspulenwicklung und einem Innenkühlkreislauf.
Bei der dynamoelektrischen Maschine kann es sich um einen Elektromotor
oder um einen Generator handeln.
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Dynamoelektrische Maschinen sind
in der Regel mit einer in geeigneter Weise ausgebildeten Kühlung versehen,
um die in der Maschine erzeugte Verlustwärme abzuführen. Eine Übersicht über mögliche Arten der Kühlung dynamoelektrischer
Maschinen ist z.B. der IEC 34-6 zu entnehmen.
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Insbesondere in elektrischen Maschinen
größerer Leistung
wird zur Verbesserung der Wärmeabfuhr
aus dem Inneren der Maschine in der Regel eine Innenkühlung der
Maschine ausgeführt.
In diesem Falle strömt
ein Kühlmedium
(bei gasgefüllten
Maschinen z.B. Luft oder ein anderes Kühlgas, aber auch Flüssigkeiten
wie Kältemittel, Öle oder
wäßrige Lösungen sind
möglich)
in axialer Richtung durch den Luftspalt zwischen Rotor und Stator,
gegebenenfalls durch axiale Kühlbohrungen
im Rotor und gegebenenfalls durch axiale Kühlbohrungen im Stator. Gleichzeitig
können
zur Verbesserung der Kühlung zusätzliche
radiale Kühlschlitze
in Rotor und/oder im Stator ausgeführt sein.
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In geschlossenen Maschinen (z.B.
nach Schutzart z.B. IP 44 oder besser) ist der Kühlkreislauf als geschlossener
interner Kühlkreislauf
mit einem zusätzlichen
Wärmetauscher
zur Abgabe der Wärme an
ein externes Kühlmedium
ausgebildet.
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Bei offenen Maschinen (z.B. nach
Schutzart IP23) durchströmt
das die Maschine umgebende Gas (in der Regel Luft) den Motor. Die
interne Kühlung
kann dabei einflutig oder zweiflutig ausgebildet sein, wobei im
Einzelfall eine Einbeziehung der Ständernut in den Kühlkreislauf
durch eine besonderen Gestaltung der Ständernutform erfolgt.
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Gleichzeitig wird insbesondere bei
dynamoelektrischen Maschinen höherer
Leistung und insbesondere bei Mittel- und Hochspannungsmaschinen mit
Nennspannungen von größer 1 kV
die Statorwicklung als sogenannte Formspulenwicklung ausgeführt. Diese
Form der Spulenwicklung führt
zu exakt definierten geometrischen Abmessungen der Spule und einer
harten äußeren Spulenoberfläche. Bei niedrigeren
Nennspannungen und kleineren Motorleistungen werden im Gegensatz
hierzu in der Regel sogenannte Drahtwicklungen eingesetzt. Die Spulen der
Statorwicklung bestehen, wie der Name bereits sagt, aus Drahtspulen,
die in die Statornuten eingelegt oder eingezogen werden. Diese Spulen
besitzen keine exakt definierte geometrische Form und zunächst (vor
der abschließenden
Imprägnierung)
auch keine harte äußere Spulenoberfläche Die
weiteren Ausführungen
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf dynamoelektrische Maschinen
mit Formspulenwicklung, insbesondere bei 2-poligen Maschinen.
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Aus der
EP 0 627 804 B1 und den
in dieser Schrift genannten älteren
Veröffentlichungen
sind Blechschnitte für
die Kühlung
dynamoelektrischer Maschinen bekannt, bei denen eine erhöhte Kühlung durch
axiale Kühlkanäle im Stator
erreicht wird. Die genannten Veröffentlichungen
zeigen axiale Kühlkanäle mit rundem
oder ovalem Querschnitt am äußeren Umfang
des Statorkerns oder mondförmige
Kanäle,
die sich im Stator und insbesondere in der Nähe der Statornuten zur Aufnahme
der Ständerwicklung befinden.
Insbesondere die in der
EP
0 627 804 B1 gezeigte Anordnung stellt in ihrer Ausprägung der Wicklungsnuten
eine typische Maschine mit einer Drahtwicklung und ohne zusätzliche
radiale Kühlschlitze
im Stator und gegebenenfalls im Rotor dar.
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Insbesondere bei 2-poligen Maschinen
erfordern die elektromagnetischen und mechanischen Verhältnisse
(relativ kleiner Rotordurchmesser und entsprechend kleiner Statorinnendurchmesser)
Besonderheiten bei der Ausgestaltung der Kühlung. Bei Maschinen größerer Leistung
mit Formspulenwicklung und mit zusätzlichen radialen Kühlschlitzen
in Stator und Rotor sind derzeit Gestaltungsvarianten Stand der
Technik, die nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren 1 bis 3 erläutert werden.
Dort zeigt
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1 einen
schematischen Querschnitt durch das Blechpaket eines 2-poligen Motors ohne magnetische
Nutverschlußkeile,
aber mit Luftnut,
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2 einen
schematischen Querschnitt durch das Blechpaket eines 4- oder höherpoligen Motors
mit magnetischen Nutverschlußkeilen
und ohne Luftnut und
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3 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen Asynchronmotor mit Innenkühlkreislauf in
zweiflutiger Ausführung.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
mit einer sogenannten Luftnut im Ständerblechpaket in einem schematischen
Querschnitt durch das Blechpaket eines 2-poligen Motors ohne magnetische
Nutverschlußkeile,
aber mit Luftnut und den damit verbundenen hohen Statorzähnen. Im
Rotor 1 sind Rotorstäbe 2 vorgesehen.
Der Rotor 1 dreht sich unter Bildung eines Luftspalts 3 in
dem Stator, in dessen Statorblechen 4 eine Statorwicklung 5 vorgesehen
ist, die aus der inneren Teilwicklung 5a, der äußeren Teilwicklung 5b und
einem dazwischen liegenden sogenannten Zwischenstück 5c aus
Isolationsmaterial besteht. An die innere Teilwicklung 5a schließt sich
zum Rotor 1 hin die Luftnut 6 an. Zwischen den
Luftnuten 6 liegen die hohen Statorzähne 7. Die gesamte
Spulenanordnung wird durch einen nicht-magnetischen Nutverschlußkeil 13,
der sich zwischen der inneren Teilwicklung 5a und der Luftnut 6 befindet
und der beispielsweise aus Hartgewebematerial hergestellt sein kann,
in radialer Richtung fixiert.
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Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil der Nutfläche des
Ständerblechpaketes 4 (zum
Luftspalt 3 hin) als axiale Eintrittsfläche für einen Teil der benötigten Kühlluft verwendet,
da die Versorgung über
die axialen Kühlluftbohrungen
des Läufers
(rund oder mäanderförmig) und über den
Luftspalt nicht ausreicht um die im Bereich des Luftspaltes auftretenden Wärmemengen
(durch Rotorverluste und Kupferverluste im Stator) abzuführen. Bei
diesem Verfahren kann der Innenkühlkreislauf
sowohl in einflutiger als auch in zweiflutiger Ausführung ausgestaltet
sein. Bei einer zweiflutigen Ausgestaltung des Kühlkreislaufs werden die radialen
Kühlschlitze
im Ständerpaket
mit wesentlich mehr Kühlluft
versorgt, da die Eintrittsfläche
im Läuferblechpaket
beidseitig erfolgt. Die Folge ist eine bessere und gleichmäßigere Kühlung der
Maschine gegenüber
einflutiger Ausführung.
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Die Verwendung einer Luftnut ist
andererseits mit zahlreichen Nachteilen verbunden. Sie führt zum
einen zu Schwingungen der freistehenden Zähne mit fn × N1 (mit fn Netzfrequenz,
z.B. 50Hz, N1 Ständernutenzahl,
z.B. 54, und damit 50Hz × 54
= 2700 Hz; sehr störender
Einzelton!). Zum anderen ist mit einer Luftnut kein sinnvoller und
dauerhaft mechanisch stabiler Einsatz von magnetischen Nutverschlußkeilen
nahe der Statorbohrung (erforderlich zur Glättung des Luftspaltfeldes)
möglich,
da eine Abstützung
der magnetischen Nutverschlußkeile
in radialer Richtung nicht gewährleistet
ist und somit im Laufe der Zeit aufgrund der auf die magnetischen Nutverschlußkeile wirkenden
Kräfte
eine unvermeidliche Lockerung und Zerstörung der Keile die Folge wären. Das
Fehlen von magnetischen Nutverschlußkeilen ist mit einer Leistungseinbuße (Pulsationsverluste)
verbunden. Hinzu kommt die Tatsache, daß die bereits durch die Wickelköpfe aufgeheizte
Kühlluft die
Wicklung im Ständerblechpaket
zusätzlich
erwärmt
oder zumindest nicht wesentlich kühlt. Dies führt letztendlich zu einem „normalen", jedoch nicht zu
einem optimalen Wirkungsgrad.
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2 zeigt
schematisch den Aufbau eines heute üblichen Motors (4- oder höherpolig)
mit einem einflutigen oder zweiflutigen Kühlkreislauf unter Verwendung
von magnetischen Nutverschlußkeilen
und ohne Luftnut, bestehend aus einem Rotor 1 mit Rotorstäben 2,
der in einem Stator 4 mit einer Statorwicklung 5 unter
Bildung eines Luftspalts 3 rotiert. Die Statorwicklung 5 besteht
aus der äußeren Teilwicklung 5b und
der inneren Teilwicklung 5a und einem dazwischen liegenden
sogenannten Zwischenstück 5c aus
Isolationsmaterial. An den inneren Rändern der inneren Teilwicklungen 5a sind
schwalbenschwanzförmig
ausgebildete Nuten 10 vorhanden, in die magnetische Nutverschlußkeile 8 eingebracht sind.
Die magnetischen Nutverschlußkeile 8 sind
trapezförmig
ausgebildet. Sie werden mechanisch zwischen die schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Nuten
10 am inneren Rand der Statorbleche 4 geklemmt.
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Bei dieser Ausführung sind keine „Luftnuten" sinnvoll, da ja
die magnetischen Nutverschlusskeile 8 möglichst nahe am Luftspalt 3 angeordnet
sein sollen, um eine gute Glättung
des Luftspaltfeldes zu erreichen. Als Ersatz werden in der Regel
axiale Kühlbohrungen
(meist rund) im Ständerrücken und
Läuferrücken ausgeführt, auf
radiale Kühlschlitze
in Rotor und Stator wird aber meist verzichtet. Dies ermöglicht einen
vorteilhaften einfachen Aufbau von Ständer- und Läuferblechpaket Nachteilig wirkt
sich die insgesamt schlechte Kühlung
aus, da ein Lufteintritt in den Bereich von Rotor und Stator nur
von einer Seite möglich
ist mit der Folge eines wesentlich reduzierten Luftstroms im Motorinnern.
Die einseitige Beströmung
mit Kühlmedium
führt in
axialer Richtung über
die Eisenlänge
hinweg zu einer stark unterschiedlichen Temperaturverteilung in
der Ständerwicklung
und im Läuferpaket
und den Läuferstäben mit
der Folge von
- – sogenannten „hot spots" in der Ständerwicklung und
in den Läuferstäben;
- – zusätzlichen
mechanischen Spannungen in der gesamten Maschine infolge der ungleichen
Paket- und Gehäuseerwärmung;
- – einer
insgesamt reduzierten Leistung der Maschine aufgrund der eingeschränkten Wärmeabfuhr.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
verbesserte dynamoelektrische Maschine der eingangs angegebenen
Art vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst,
daß im
Statorblechpaket axiale Kühlkanäle in unmittelbarer
räumlicher
Nähe zur
Statorwicklung vorgesehen sind.
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Der Innenkühlkreislauf kann offen oder
geschlossen sein. Er kann einflutig oder zweiflutig ausgestaltet
sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind
in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die Statorwicklung kann Nutverschlußkeile aufweisen.
Vorzugsweise sind magnetische Nutverschlußkeile vorgesehen. Die Erfindung
kann allerdings auch mit nicht magnetischen Nutverschlußkeilen
realisiert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
axialen Kühlkanäle in radialer
Richtung unmittelbar außerhalb
der Statorwicklung, insbesondere der äußeren Teilwicklung der Statorwicklung,
vorgesehen sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Weiterbildung sind die axialen Kühlkanäle von der
Statorwicklung, insbesondere der äußeren Teilwicklung, durch einen
dünnen
Blechstreifen getrennt.
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Vorteilhaft ist es, wenn die axialen
Kühlkanäle von der
Statorwicklung, insbesondere der äußeren Teilwicklung, durch einen
Nutverschlußkeil,
insbesondere einen nicht magnetischen Nutverschlußkeil, getrennt
sind.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
axialen Kühlkanäle zwischen
einer inneren und einer äußeren Teilwicklung
der Statorwicklung vorgesehen sind.
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Die axialen Kühlkanäle können von der inneren und der äußeren Teilwicklung
durch jeweils einen Nutverschlußkeil
getrennt sein.
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Vorzugsweise ist der Innenkühlkreislauf
geschlossen. Die Erfindung kann allerdings auch mit einem offenen
Innenkühlkreislauf
realisiert werden.
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Als Kühlmedium kann ein Gas, beispielsweise
Luft, CO2, Kältemittel oder eine Flüssigkeit,
z.B. Kältemittel, Öle oder
wässrige
Lösungen,
eingesetzt werden.
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Vorzugsweise sind im Stator radiale
Kühlschlitze
vorgesehen.
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Im Rotor können axiale Kühlkanäle und radiale
Kühlschlitze
vorgesehen sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Weiterbildung sind die axialen Kühlkanäle nur in
dem oder den Randbereichen des Statorblechpakets vorgesehen.
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Vorteilhaft ist es, wenn in dem oder
den Randbereichen des Rotors keine radialen Kühlschlitze vorgesehen sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Weiterbildung sind die radialen Kühlschlitze im Stator und Rotor
zumindest teilweise einander lokal zugeordnet.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
radialen Kühlschlitze
im Stator und/oder im Rotor durch Verschlußstopfen oder Trennbleche voneinander
getrennt sind.
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Durch die Erfindung ist es möglich, den
Einsatz von magnetischen Nutverschlußkeilen bei einem zweiflutigen
Kühlkreislauf,
vorwiegend bei 2-poligen Maschinen, zu realisieren mit den Zielen,
- – einer
optimalen mechanischen Fixierung der magnetischen Nutverschlußkeile analog
zu üblichen
Ausführungen
bei 4- und höherpoligen
Maschinen (vgl. 2)
- – bei
gleichzeitiger Versorgung der radialen Kühlluftkanäle im Ständerpaket mit ausreichender Menge
an Kühlluft
- – und
weiterhin ausreichender Abfuhr von Wärme aus den beiden Wickelköpfen
- – zusammen
mit einer optimierter Wärmeabfuhr aus
den Ständerblechpaketscheiben,
die mindestens einer zweiflutigen Ausführung mit Kühlluftnuten entspricht,
- – bei
einer insgesamten Leistungssteigerung der Maschine,
- – verbunden
mit einer deutliche Reduzierung des Gesamtgeräusches durch
– die Verminderung/Vermeidung
des Einzeltones, hervorgerufen durch das oben beschriebene Schwingen
der Ständerzähne,
– und die
Reduzierung des elektromagnetisch, durch das inhomogene Luftspaltfeld
hervorgerufenen Geräusches
(Stichwort "Nutung").
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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4 einen
Motor mit axialen Kühlkanälen, die
in radialer Richtung unmittelbar außerhalb der Statorwicklung
vorgesehen sind, in einem schematischen Querschnitt,
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5 eine
Abwandlung des Motors gemäß 4,
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6 einen
Motor mit axialen Kühlkanälen, die
zwischen einer inneren und einer äußeren Teilwicklung der Statorwicklung
vorgesehen sind,
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7 einen
Motor mit einem zweiflutigen Gesamtkühlkreislauf, wobei die axialen
Kühlkanäle nur in
den Randbereichen des Statorblechpakets vorgesehen sind, in einem
schematischen Längsschnitt,
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8 eine
Abwandlung des Motors gemäß 7 und
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9 eine
weitere Abwandlung des Motors gemäß 7 und 8.
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3 zeigt
beispielhaft und schematisch den Innenkühlkreislauf eines Asynchronmotors
in zweiflutiger Ausführung.
Unter einer zweiflutigen Ausführung
wird eine Ausführung
verstanden, bei der die Kühlmediumsführung einen
Zustrom von Kühlmedium
in den Blechpaketbereich von beiden Seiten her realisiert. Eine
einflutige Ausführung
ist demgegenüber
eine Ausführung,
bei der der Zustrom von Kühlmedium
in den Blechpaketbereich nur von einer Seite erfolgt. Das Kühlmedium
wird von den beiden Axiallüftern 16 auf
der Motorwelle aus dem Bereich des Wärmetauschers angesaugt und
in den Bereich des Blechpaketes des Motors gepreßt. Das Kühlmedium strömt in die
axialen Kühlbohrungen
des Rotors 17 und in den Luftspalt 3 zwischen
Rotorblechpaket und Statorblechpaket. Durch die Rotationsbewegung des
Rotors wird das Kühlmedium
im Luftspalt und in den axialen Kühlkanälen im Rotor in eine rotierende Bewegung
gebracht und dabei über
die vorhandenen radialen Kühlschlitze 18 in
Richtung Wärmetauscher gefördert. Der
gesamte Rotor arbeitet hierbei wie ein Radiallüfter.
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Um einen Gesamtquerschnitt zum Durchtritt von
Kühlmedium
entsprechend der Anordnung in 1 zu
realisieren und gleichzeitig eine optimale Fixierung der magnetischen
Nutverschlußkeile
entsprechend der Anordnung in 2 zu
realisie ren, werden in der vorliegenden Erfindung verschiedene in
den 4 bis 6 dargestellte Ausgestaltungen
vorgeschlagen.
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4 zeigt
die erfindungsgemäße Anordnung
eines Statorblechquerschnittes mit magnetischem Nutverschlußkeil entsprechend
der Darstellung in 2,
wobei zur Erhöhung
des axialen Kühlluftquerschnitts
jedoch ein rechteckiger, trapezförmiger,
ovaler oder runder Kühlkanal 11 in
radialer Richtung unmittelbar neben der äußeren Teilwicklung 5b und
von dieser nur durch einen dünnen
Blechstreifen 12 getrennt ausgeführt ist. Der schmale Blechsteg 12 zwischen
der äußeren Teilwicklung 5b und
dem axialen Kühlkanal 11 ermöglicht einen
sehr guten Wärmeübergang
zwischen der Wärmequelle
(Teilwicklung) und dem im Kühlkanal
strömenden
Kühlmittel. Gleichzeitig
erlaubt die Anordnung die Realisation einer großen Kühlkanalquerschnittsfläche. Sie
läßt sich
mit der direkten räumlichen
Zuordnung zwischen Statornut und Kühlkanal sehr gut über heute übliche Kreisstanzverfahren
in einem Arbeitsgang fertigen. Die axialen Kühlkanäle 11 sind in radialer
Richtung unmittelbar außerhalb
der äußeren Teilwicklung 5b der
Statorwicklung 5 vorgesehen.
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5 zeigt
analog zur 4 eine erfindungsgemäße Anordnung
eines Statorblechquerschnittes mit magnetischem Nutverschlußkeil entsprechen
der Darstellung in 2,
wobei zur Erhöhung
des axialen Kühlluftquerschnitts
jedoch ein rechteckiger, trapezförmiger,
ovaler oder runder Kühlkanal 11 in
radialer Richtung unmittelbar neben der äußeren Teilwicklung 5b und
von dieser nur durch einen normalen (nichtmagnetischen) Nutverschlußkeil 13,
z.B. aus Hartgewebematerial, getrennt, ausgeführt ist. Der nichtmagnetische
Nutverschlußkeil 13 sorgt
an dieser Stelle für
die Fixierung der Statorspulen in radialer Richtung und ermöglicht gleichzeitig
einen guten Wärmeübergang
zwischen der äußeren Teilwicklung 5b und
dem im axialen Kühlkanal 11 strömenden Kühlmittel.
Ebenso wie die Anordnung der 4 erlaubt
die hier gezeigte Anordnung die Realisation einer großen Kühlkanalquerschnittsfläche. Sie
läßt sich
mit der direkten Zuordnung von Statornut und Kühlkanal (Statornut und Kühlkanal
sind hier ein zusammenhängender
Ausbruch im Statorblech) wie eine normale Statornut über heute übliche Kreisstanzverfahren
in einem Arbeitsgang fertigen.
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6 zeigt
analog zu den 4 und 5 eine erfindungsgemäße Anordnung
eines Statorblechquerschnittes mit magnetischem Nutverschlußkeil entsprechend
der Darstellung in 2,
wobei zur Erhöhung
des axialen Kühlluftquerschnitts
jedoch ein rechteckiger, trapezförmiger,
ovaler oder runder Kühlkanal 11 in
radialer Richtung unmittelbar zwischen innerer 5a und äußerer Teilwicklung 5b und von
diesen jeweils nur durch einen normalen (nichtmagnetischen) Nutverschlußkeil 13 getrennt,
ausgeführt
ist. Die nichtmagnetischen Nutverschlußkeile 13 sorgen an
diesen Stellen für
eine Fixierung der Statorspulen in radialer Richtung und ermöglichen gleichzeitig
einen guten Wärmeübergang
zwischen innerer 5a bzw. äußerer Teilwicklung 5b und
dem im axialen Kühlkanal 11 strömenden Kühlmittel.
Ebenso wie die Anordnungen der 4 und 5 erlaubt die hier gezeigte
Anordnung die Realisation einer großen Kühlkanalquerschnittsfläche. Sie
läßt sich
mit der direkten Zuordnung von Statornut und Kühlkanal (Statornut und Kühlkanal
sind hier ein zusammenhängender
Ausbruch im Statorblech) wie eine normale Statornut über heute übliche Kreisstanzverfahren
in einem Arbeitsgang fertigen.
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7 zeigt
eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gesamtkühlkreislaufs einer zweiflutigen
dynamoelektrische Maschine entsprechend der Erfindung. Das Kühlmedium
wird von den beiden Axiallüftern 16 auf
der Motorwelle aus dem Bereich des Wärmetauschers angesaugt und
in den Bereich des Blechpaketes des Motors gepreßt. Die erfindungsgemäßen axialen
Kühlkanäle 11 sind
nur in den Randbereichen des Statorblechpaketes vorhanden, z.B.
in einem Bereich von ca. 15–40%
der Eisenlänge
jeweils von beiden Seiten, und die Kühlung des Stators erfolgt in
diesen Bereichen über
einen Kühlmediumsstrom,
der durch die axialen Kühlkanäle von den Blechpaketenden
her eintritt und über
die in diesen Bereichen vorhandenen radialen Kühlschlitze 19 wieder
aus dem Blechpaket austritt. In den Randbereichen des Rotorblechpaketes,
entsprechend ca. 15–40%
der Eisenlänge
jeweils von beiden Seiten, sind dabei keine radialen Kühlschlitze
vorhanden.
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Die zentralen Bereiche von Statorblechpaket und
Rotorblechpaket, entsprechend ca. 70–20% der Eisenlänge jeweils
in der Paketmitte, weisen radiale und lokal einander zugeordnete
Kühlschlitze 18a, 18b auf,
und der Rotor besitzt axiale Kühlbohrungen 17,
so daß eine
Kühlung
des gesamten Rotorblechpaketes und des Zentralbereiches des Statorblechpaketes
durch einen Kühlmediumsstrom
erfolgt, der an den Enden des Rotorblechpaketes in die axialen Kühlkanäle des Rotors 17 eintritt
und über
die radialen Kühlschlitze
des Rotors 18a und die radialen Kühlschlitze des Stators 18b aus
dem zu kühlenden Blechpaketbereich
wieder austritt. Der Rotor wirkt dabei als Radiallüfter.
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Parallel hierzu verläuft ein
Kühlmediumsstrom,
der durch den Luftspalt 3 in den Blechpaketbereich eintritt
und durch die vorhandenen radialen Kühlschlitze im Statorblechpaket 19 und 18b aufgrund
der Radiallüfterwirkung
des Rotors aus dem Blechpaket austritt.
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8 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Gesamtkühlkreislaufs
einer zweiflutigen dynamoelektrische Maschine entsprechend der Erfindung.
In Abwandlung zur Ausführung
der 7 sind die axialen
Kühlkanäle 11 aus
Gründen
einer vereinfachten Fertigung beim Stanzen der Bleche für das Statorblechpaket
in allen Blechen vorhanden (gleiche Stanzung für alle Bleche des Statorblechpaketes).
Die axialen Kühlkanäle im Statorblechpaket sind
damit zunächst
durchgängig.
Sie werden jedoch durch das nachträgliche Einbringen geeigneter
Verschlußstopfen 14 (z.B.
aus Isoliermaterial und gegebenenfalls zusätzlichen Quellstreifen zur
Fixierung) während
des weiteren Fertigungsprozesses geschlossen, so daß ein Kühlmediumsfluß analog
zu 7 entsteht. Optional
können
durch zusätzliche Verschluß-stopfen 14a Querströmungen zwischen den
einzelnen radialen Kühlschlitzen 18b wirksam unterdrückt werden.
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9 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Gesamtkühlkreislaufs
einer zweiflutigen dynamoelektrische Maschine entsprechend der Erfindung.
In Abwandlung zur Ausführung
der 7 sind die axialen
Kühlkanäle 11 analog
zu 8 aus Gründen einer
vereinfachten Fertigung beim Stanzen der Bleche für das Statorblechpaket
in allen Blechen vorhanden (gleiche Stanzung für alle Bleche des Statorblechpaketes).
Die axialen Kühlkanäle im Statorblechpaket
sind damit zunächst
durchgängig.
Sie werden jedoch durch das nachträgliche Einbringen geeigneter
Trennbleche 15 beim Aufbau des Statorblechpaketes geschlossen,
so daß ein
Kühlmediumsfluß analog
zu 7 entsteht. Die genannten Trennbleche
weisen im Bereich des Kühlkanals 11 keine
Aussparung auf sondern sind hier durchgehend. Optional können durch
zusätzliche
Trennbleche 15a (nur ein Trennblech ist eingezeichnet)
Querströmungen
zwischen den einzelnen radialen Kühlschlitzen 18b wirksam unterdrückt werden.
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In einer gegenüber 9 nochmals verbesserten Ausgestaltung
werden die entsprechenden Endbleche, die die einzelnen Teilblechpakete
des Statorblechpakets gegenüber
den radialen Kühlschlitzen
abschließen,
als Trennbleche im Sinne der Erfindung ausgebildet, so daß eine Luftstömung gemäß 7 entsteht. Werden alle
Endbleche an den radialen Kühlschlitzen 18b als
Trennbleche ausgebildet, so entsteht ein Strömungsbild, das dem von 7 entspricht. Werden nur
Trennbleche als Endbleche an den Positionen 20a, 20b oder
an den Positionen 21a und 21b eingesetzt, so werden
ausgleichende Querströmungen
zwischen den radialen Kühlkanälen 18b zugelassen.
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Weitere technische Ausgestaltungen
sowohl bei ein- als auch bei zweiflutigen dynamoelektrischen Maschinen
sind bezüglich
der axialen Ausbildung der Kühlkanäle 11 bzw.
bezüglich
der Anordnung von Verschlußstopfen 14, 14a oder
von Trennblechen 15, 15a möglich.
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So können die Kühlkanäle 11 entsprechend der 7 z.B. auch bis zum jeweils
1., 2., usw. radialen Kühlschlitz 18b (gerechnet
jeweils vom näherliegenden
Paketende) im Statorblechpaket geführt werden, um entsprechende
Strömungsverhältnisse
und Druckverhältnisse
zur Kühlung
der Maschine zu erzielen. Auch eine in axialer Richtung asymmetrische Ausbildung
der Kühlkanäle 11 ist
denkbar (z.B. einseitig eine Ausbildung der Kühlkanäle wie in 7 gezeigt, die zweite Seite jedoch mit
einem Kühlkanal bis
zum ersten radialen Kühlschlitz 18b auf
dieser Seite).
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Analog hierzu sind Ausbildungen der
Erfindung denkbar, bei denen enstprechend der 8 und 9 Verschlußstopfen 14, 14a oder
Trennbleche 15, 15a lokal so angeordnet werden,
daß ein
Teil der mittleren radialen Kühlschlitze 18b jeweils
noch über die
axialen Kühlkanäle 11 von
den Blechpaketenden her mit Kühlluft
versorgt wird, um entsprechende Strömungs- und Druckverhältnisse
im Motor zu realisieren. Ebenso lassen sich hier wieder axial asymmetrische
Verhältnisse
durch entsprechenden Einbau von Verschlußstopfen oder Trennblechen
realisieren. Durch Weglassen bestimmter, ausgewählter Trennbleche der Trennbleche 15a oder
bestimmter, ausgewählter
Verschlußstopfen
der Verschlußstopfen 14a können auch
strömungstechnische
Ausgleichsvorgänge
im zentralen Bereich des Statorblechpaketes ermöglicht werden.
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Die hier diskutierten Anordnungen
können sinngemäß sowohl
bei einflutigen als auch bei zweiflutigen dynamoelektrischen Maschinen
realisiert werden.
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Alle oben beschriebenen Ausführungsformen
der Luftführung
durch axiale und radiale Kühlkanäle sind
natürlich
auch bei Formspulenwicklungen ohne Einsatz von magnetischen Nutverschlußkeilen (Ersatz
der magnetischen Nutverschlußkeile
durch normale Nutverschlußkeile)
realisierbar.
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Die gezeigten Ausführungsbeispiele
sollen nur exemplarisch und sinngemäß den Aufbau derartiger Kühlluftführungen
verdeutlichen. Die erfindungsgemäße Ausführung derartiger
Anordnungen ist nicht an eine bestimmte Anzahl von radialen Kühlschlitzen
in Rotor und Stator gebunden. Ebenso sind die gezeigten Abstandsverhältnisse
(Breiten der einzelnen Blechpakete und Breiten der radialen Kühlschlitze)
nur als beispielhafte Illustrationen zu verstehen.
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Bei einer Verwendung von Ständernutformen
nach einer der 4, 5 oder 6 und damit neuartiger Anordnung der
Kühlluftführung im
Motorinnern bei gleichzeiti ger Verwendung von magnetischen Nutverschlußkeilen,
ergeben sich folgende Vorteile, die auch meßtechnisch nachgewiesen sind:
- – deutliche
Leistungssteigerung (ca. 15 bis 20%) durch den Einsatz magnetischer
Nutverschlußkeile
und die erfindungsgemäße neuartige
Kühlluftführung durch
die neugestalteten Kühlluftnuten;
- – Geräuschreduzierung
des elektromagnetisch bedingten Geräusches (Nutung) von ca. 2–3 dB(A)
sowie zusätzliche
Vermeidung des sehr störenden
Einzeltons der Frequenz fn × N1
und damit Vermeidung von teueren und zeitaufwendigen Nachbesserungen;
- – erhöhter Wirkungsgrad
durch den Einsatz magnetischer Nutverschlußkeile und der höheren Motorleistung
bei gleichbleibenden Reibungsverlusten;
- – Fixierung
der magnetischen Nutverschlußkeile in
radialer und axialer Richtung ist gewährleistet und damit eine „normale" Lebensdauer der
dynamoelektrischen Maschine gesichert.
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Die eingesetzten Trennbleche können gestanzt
sein. Sie können
allerdings auch laserstrahlgeschnitten sein.