DE1097545B

DE1097545B - Tail unit arrangement in front of the suction fan of a self-ventilated electrical machine

Info

Publication number: DE1097545B
Application number: DEW18291A
Authority: DE
Inventors: Lawrence G Opel
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1955-02-04
Filing date: 1956-01-23
Publication date: 1961-01-19

Description

Leitwerkanordnung vor denn Sauglüfter einer eigenbelüfteten elektrischen Maschine Umlaufende elektrische Maschinen werden gewöhnlich durch innerhalb der Maschine umgewälzte Luft gekühlt, damit die durch die Maschinenverluste erzeugte Wärme abgeführt wird. Zu diesem Zweck ist ein Lüfter oder ein Gebläse am Läufer oder an der Welle der Maschine befestigt, der den erforderlichen Kühlluftstrom erzeugt. Üblicherweise wird ein Lüfter verwendet, der auf der Welle :bzw. am Läufer nahe dem einen Maschinenende befestigt ist; die Kühlluft tritt am anderen Ende durch Einlaßöffnungen ein und wird durch um den Lüfter angeordnete Auslaßöffnungen ausgestoßen. Die erzielte Kühlwirkung hängt von der Menge der durch die Maschine fließenden Kühlluft ab, die ihrerseits von dem vom Lüfter entwickelten statischen Druck abhängt. Damit eine möglichst hohe Ausnutzung .des Lüfters und mithin ein größtmöglicher Druck erzielt wird, muß die Luft möglichst radial auf den Lüfter auftreffen. Bei den bisherigen Anordnungen sind indessen die Eintrittsbedingungen am Lüfter sehr ungünstig, da der Lüfter am Läufer der elektrischen Maschine befestigt ist und sich häufig in unmittelbarer Nachbarschaft der Wikkelköpfe der Läuferwicklung befindet. Da die Läuferwicklung ebenfalls rotiert, erhält die auf den Lüfter zuströmende Luft eine tangentiale Bewegungskomponente, so daß sie ebenfalls in Rotation gerät und tangential wirbelnd in den Lüfter eintritt. Hierdurch wind die Wirkung des Lüfters wesentlich herabgesetzt, und der von ihr entwickelte Druck ist beträchtlich kleiner, als er ohne die tangentiale Bewegungsrichtung der Luft sein würde.Tail arrangement in front of the suction fan of a self-ventilated electrical Machine Rotating electrical machines are usually made by within the Machine circulated air cooled so that the generated by the machine losses Heat is dissipated. A fan or blower is attached to the runner for this purpose or attached to the shaft of the machine, which generates the required flow of cooling air. Usually a fan is used, which is on the shaft: or. close to the runner is attached to one end of the machine; the cooling air passes through at the other end Inlet openings and is expelled through outlet openings arranged around the fan. The cooling effect achieved depends on the amount of cooling air flowing through the machine which in turn depends on the static pressure developed by the fan. In order to the greatest possible utilization of the fan and therefore the greatest possible pressure is achieved, the air must hit the fan as radially as possible. With the previous ones Arrangements, however, the entry conditions on the fan are very unfavorable because the fan is attached to the rotor of the electrical machine and is often in the immediate vicinity of the winding heads of the rotor winding is located. Since the The rotor winding also rotates, the air flowing towards the fan receives a tangential component of movement, so that it also gets into rotation and is tangential Enters the fan in a whirling motion. As a result, the effect of the fan winds significantly and the pressure it develops is considerably less than it would be without the tangential direction of movement of the air.

Diese Nachteile, die bei eigenbelüfteten elektrischen Maschinen auftreten, deren die Kühlluft durch das Maschineninnere ansaugender Lüfter sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Wickelköpfe .der Läuferwicklung befindet, werden durch die Erfindung vermieden. Gemäß der Erfindung ist in Richtung des das Maschineninnere verlassenden Kühlluftstromes axial unmittelbar vor dem die Kühlluft ansaugenden Lüfter ein die Läuferwickelköpfe umfassendes Leitwerk angeordnet, dessen radial nach innen gerichtete Leitfahnen kranzförmig an einem kreisringförmigen Körper längs seines Umfanges verteilt befestigt sind; der wirksame Außendurchmesser der Leitfahnen ist gleich dem wirksamen Durchmesser der Lüfterschaufeln an der Lufteintrittsseite.These disadvantages, which occur with self-ventilated electrical machines, whose fans sucking in the cooling air through the inside of the machine are in the immediate vicinity Neighborhood of the winding heads .der rotor winding is located by the invention avoided. According to the invention is in the direction of the inside of the machine Cooling air flow axially directly in front of the fan sucking in the cooling air Arranged tail unit comprising rotor winding heads, its radially inwardly directed Guide flags distributed in a ring on a circular body along its circumference are attached; the effective outside diameter of the guide flags is the same as the effective one Diameter of the fan blades on the air inlet side.

An sich ist es für durchzugbelüftete elektrische Maschinen bereits vorgeschlagen, zwischen der Stirnseite der Maschinenwicklungen und dem Innenlüfter einen in Richtung auf die Maschinenachse hin durchgewölbten koaxialen Luftleitring vorzusehen, der an der einen Seite die aus dem Maschineninneren strömende Luft in überwiegend axialer Richtung zum Lüfter führt und auf der anderen Seite einen dem Abströmen der vom Lüfter durch die Maschine hindurchgesaugten Luft dienenden Ringkanal bildet. Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen, diesen Luftleitring mit radialen Leitschaufeln für die Zuführung der das Maschineninnere verlassenden Kühlluft zum Lüfter zu versehen. Diese Führung der Kühlluft weicht jedoch von der gemäß der Erfindung vorgesehenen Führung der Kühlluft ab. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausbildung des Leitwerkes wird die Ausnutzung des Lüfters verbessert. Der Lüfter entwickelt einen großen statischen Druck, so daß die Luftmenge, die er durch die Maschine saugt, gegenüber bekannten Anordnungen vergrößert und damit die Kühlung der Maschine verbessert wird.In and of itself, it is already the case for electrical machines with ventilation proposed between the face of the machine windings and the internal fan a coaxial air guide ring arched in the direction of the machine axis to ensure that on one side the air flowing from the inside of the machine in predominantly axial direction leads to the fan and on the other side one of the The air sucked through the machine by the fan flows out forms. It has also been proposed to use this air guide ring with radial Guide vanes for supplying the cooling air leaving the inside of the machine to the Fan to be provided. However, this guidance of the cooling air differs from that according to the invention provided guidance of the cooling air. By the provided according to the invention Training of the tail unit improves the utilization of the fan. The fan develops a large static pressure, so the amount of air it passes through the Machine sucks, enlarged compared to known arrangements and thus the cooling the machine is improved.

An sich ist die Anordnung von Leitschaufeln zur Unterbindung von tangentialen Bewegungskomponenten einer Luftströmung bekannt. Die Erfindung befaßt sich jedoch nicht allgemein mit der Unterdrükkung der tangentialen Bewegungskomponenten einer Luftströmung, sondern durch die Erfindung wird eine vorteilhafte konstruktive Lösung der speziellen Schwierigkeiten geschaffen, die infolge der rotierenden Wickelköpfe der Läuferwicklung bei der Eigenbelüftung elektrischer Maschinen auftreten, bei denen der Lüfter die Kühlluft durch die Maschine saugt.In itself, the arrangement of guide vanes is to prevent tangential Motion components of an air flow known. However, the invention is concerned not generally with the suppression of the tangential motion components of a Air flow, but through the invention becomes an advantageous constructive solution the special difficulties created as a result of the rotating winding heads of the rotor winding occur during the self-ventilation of electrical machines where the fan sucks the cooling air through the machine.

In den Fig. 1 bis 3 ist als Ausführungsbeispiel eine gemäß der Erfindung ausgebildete Gleichstrommaschine dargestellt. Fig. 1 gibt einen Längsschnitt der gemäß der Erfindung gebildeten Gleichstrommaschine wieder. Die Fi.g. 2 und 3 zeigen das vor dem Lüfter angeordnete Leitwerk, wobei Fig. 3 ein Querschnitt längs - der, Linie III-III,der Fig. 2 ist.1 to 3 is an embodiment according to the invention trained DC machine shown. Fig. 1 gives one Longitudinal section of the DC machine formed according to the invention again. the Fi.g. 2 and 3 show the tail unit arranged in front of the fan, FIG. 3 being a cross section along - the, line III-III, of FIG.

Die in der Fig. 1 dargestellte Gleichstrommaschine ist im Gehäuse 1 untergebracht, das die Pole 2 und die Erregerwicklung 3 trägt. An den Seiten ,ist die Maschine durch die Schilde 4 und 5 abgeschlossen. Das Läufereisen 6, das die Läuferwicklung 8 trägt, ist geblecht und an der Welle 7 befestigt. Der Kommistator 9 ist mittels des Armsternes 10 an der Welle 7 befestigt und mit der Läuferwicklung 8 verbunden. Die Welle 7 wird in den Lagern 11 geführt,- die von -den Schilden 4 und 5 getragen werden.The DC machine shown in Fig. 1 is in the housing 1 housed, which carries the poles 2 and the field winding 3. On the sides, is the machine is completed by shields 4 and 5. The runner iron 6 that the Carrying rotor winding 8 is laminated and attached to shaft 7. The commistator 9 is attached to the shaft 7 by means of the arm star 10 and with the rotor winding 8 connected. The shaft 7 is guided in the bearings 11 - that of - the shields 4 and 5 are worn.

Auf dem dem Kommutator 9 gegenüberliegenden Ende befindet sich der umlaufende Radiallüfter 12, der die Kühlluft durch die Maschine saugt. Statt auf dem Läufer kann er auch unmittelbar auf der Welle 7 befestigt werden. Das Schild 4 ist mit Eintrittsöffnungen 14 für den Eintritt der Kühlluft versehen. Die durch diese Öffnungen 14 eintretende Kühlluft fließt axial durch die Maschine an den Polen 2 vorbei. Sie fließt ferner durch den Armstern 10 und durch axiale Kanäle im Läufereisen 6, in dem der radiale Luftkanal 15 vorgesehen ist. Die Polschuhe der Pole 2 sind gegenüber dem radialen Kanal 15 unterbrochen, "wie es an der Stelle 16 gezeigt ist, so daß der durch den Kanal 15 fließenden Anteil der Kühlluft vergrößert wird.On the end opposite the commutator 9 is the rotating radial fan 12, which sucks the cooling air through the machine. Instead of being attached to the rotor, it can also be attached directly to the shaft 7. The shield 4 is provided with inlet openings 14 for the entry of the cooling air. The cooling air entering through these openings 14 flows axially through the machine past the poles 2. It also flows through the arm star 10 and through axial channels in the rotor 6, in which the radial air channel 15 is provided. The pole shoes of the poles 2 are interrupted with respect to the radial channel 15, "as is shown at point 16, so that the proportion of the cooling air flowing through the channel 15 is increased.

Die Kühlluft fließt durch .die Maschine in der beschriebenen Weise zum Lüfter 12 und wird von dort durch die Austrittsöffnungen 17; die unmittelbar neben dem Lüfter im Schild 5 vorgesehen sind, ausgestoßen. Der Lüfter 12 befindet sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Wickelköpfe der Läuferwicklung 8, so daß, falls keine weiteren Maßnahmen vorgesehen würden, die Kühlluft durch die rotierenden Wickelköpfe der Läuferwicklung 8 längs des Umfanges der Maschine herumgewirbelt werden würde und daher mit einer tangentialen Bewegungskomponente auf den Lüfter auftreffen würde.The cooling air flows through the machine in the manner described to the fan 12 and is from there through the outlet openings 17; the immediate are provided next to the fan in the shield 5, ejected. The fan 12 is located in the immediate vicinity of the winding heads of the rotor winding 8, so that, if no further measures are provided, the cooling air through the rotating Winding heads of the rotor winding 8 whirled around the circumference of the machine and therefore with a tangential component of motion on the fan would hit.

Gemäß der Erfindung ist das Leitwerk 18 vorgesehen. Das in den Fig.2 und 3 vergrößert dargestellteLeitwerk 18 besteht aus dem kreisringförmigen Körper 19, der eine Vielzahl von radialen Leitfahnen 21 aufweist und längs dessen Umfang .die radial nach innen gerichteten Leitfahnen 21 kranzförmig verteilt befestigt sind. Der wirksame Außendurchmesser der Leitfahnen 21, die mit dem kreisringförmigen Körper 19 einstückig hergestellt sind, ist gleich dein wirksamen Durchmesser der Lüfterschaufeln 13 an der Lüfteintrittsseite. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Leitfahnen 21 etwa 10°, so daß sie an ihren inneren Enden einen `Abstand von ungefähr 25 mm haben.According to the invention, the tail unit 18 is provided. The guide unit 18, shown enlarged in FIGS. 2 and 3, consists of the annular body 19, which has a plurality of radial guide vanes 21 and along its circumference. The effective outer diameter of the guide vanes 21, which are produced in one piece with the annular body 19, is equal to the effective diameter of the fan blades 13 on the air inlet side. In the exemplary embodiment shown, the angular distance between two adjacent guide flags 21 is approximately 10 °, so that they have a distance of approximately 25 mm at their inner ends.

`Mittels der Nasen 20 ist das Leitwerk 18 am Gehäuse 1 derart befestigt, daß es sich unmittelbar vor dem Lüfter 12 befindet, so daß die radial nach innen gerichteten Leitfahnen 21 die Kühlluft unmittelbar in den Lüfter 12 leiten. Bevor die Kühlluft aus der Maschine in den Lüfter 12 eintritt, muß sie also das Leitwerk 18 durchströmen. Die radial nach .innen gerichteten Leitfahnen 21 verhindern eine Wirbelbewegung der Kühlluft und beseitigen oder verringern mindestens im stärken Maße -tangential gerichtete Strömungskomponenten. Die Kühlluft wird also -durch das Leitwerk mit sehr geringer tangentialer Bewegungskomponente unmittelbar in den Lüfter geführt, so daß die Wirksamkeit des Lüfters, der einen relativ hohen statischen Druck entwickelt, groß ist.`` By means of the noses 20, the tail unit 18 is attached to the housing 1 in such a way that that it is located immediately in front of the fan 12, so that the radially inward directed guide vanes 21 direct the cooling air directly into the fan 12. Before the cooling air from the machine enters the fan 12, so it must be the tail unit 18 flow through. The guide flags 21 directed radially inwardly prevent a Vortex movement of the cooling air and eliminate or reduce at least in strengthening Dimensions of tangentially directed flow components. The cooling air is therefore -through the tail unit with very low tangential movement components directly into the Fan led, so that the effectiveness of the fan, which has a relatively high static Pressure develops, is great.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Self-ventilated electrical machine whose the Cooling air through the inside of the machine sucking in fan. in the immediate vicinity the winding heads of the rotor winding is located, characterized in that in the direction of the cooling air flow leaving the interior of the machine axially immediately before the Cooling air sucking fan (12) a tail unit encompassing the rotor winding heads (18) is arranged, the radially inwardly directed guide vanes (21) in a ring shape attached to an annular body (19) distributed along its circumference are whose effective outside diameter is equal to the effective diameter of the fan blades is on the air inlet side.

2. Self-ventilated electrical machine according to claim 1, characterized in that the guide flags (21) and the circular body (19) are made from one piece.

3. Self-ventilated electrical machine according to claim 1, characterized in that the tail unit (18) is fastened in the housing (1) of the machine. Documents considered: German Patent No. 515 766; Austrian Patent No. 106,646; British Patent No. 713,375. Earlier Patents Considered: German Patent No. 1015 52: 9.