DE1488655C

DE1488655C - Grinding arrangement for electrical machines

Info

Publication number: DE1488655C
Application number: DE19651488655
Authority: DE
Inventors: Siegfried Knosalla Johann 1000 Berlin Kleinhans
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-02-19
Filing date: 1965-02-19
Publication date: 1973-07-19

Description

zur Führung des Kühlmittels erforderliche Raum zu der radialen Bauhöhe des Kommutators addiert.The space required for guiding the coolant is added to the radial overall height of the commutator.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Schleifringanordnungen mit nebeneinanderliegenden Schleifringen eine gesicherte und gleichmäßige Kühlung bei einfachem konstruktivem Aufbau der Schleifringe zu erzielen. Die Erfindung geht von der bekannten Schleifringanordnung nach der deutschen Auslegeschrift 1 026 844 aus und löst die Aufgabe mit zwei Varianten, die sich hinsichtlich der Lage der Austrittsöffnungen unterscheiden.The object of the invention is, in slip ring arrangements with slip rings lying next to one another to achieve secure and uniform cooling with a simple construction of the slip rings. The invention is based on the known slip ring arrangement according to the German Auslegeschrift 1 026 844 and solves the problem with two variants that differ with regard to the location of the outlet openings differentiate.

Die erste Variante betrifft eine Schleifringanordnung für elektrische Maschinen mit isoliert nebeneinander angeordneten Schleifringen, bei der in die Schleifringe Kanäle eingearbeitet sind, die von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, wobei die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf einer Stirnfläche und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe liegen. Die Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß in den Schleifringen als Kanäle ein ringförmiger Innenraum mit zu den Eintrittsöffnungen und den Austrittsöffnungen führende Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Eintrittsöffnungen mit an mehreren längs des Umfanges verteilten Stellen liegenden isolierten Rohren verbunden sind, die jeweils zur äußeren Stirnfläche des äußersten Schleifringes führen, und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe sich jeweils auf beiden Stirnflächen befinden und die sie mit dem Innenraum verbindenden Bohrungen radial und in axialer Richtung schräg nach außen verlaufen.The first variant relates to a slip ring arrangement for electrical machines with insulated side by side arranged slip rings, in which channels are incorporated into the slip rings, which by a gaseous coolant are flowed through, the inlet openings of the channels on one end face and the outlet openings are on the edge of the slip rings. The invention consists in this The case is that in the slip rings as channels an annular interior with to the inlet openings and bores leading to the outlet openings are provided, the inlet openings are connected to several points distributed along the circumference insulated pipes, which each lead to the outer face of the outermost slip ring, and the outlet openings at the edge the slip rings are located on both end faces and connect them to the interior Bores extend radially and obliquely outward in the axial direction.

Die zweite Variante betrifft eine Schleifringanordnung für elektrische Maschinen mit isoliert nebeneinander angeordneten Schleifringen, bei der in die Schleifringe Kanäle eingearbeitet sind, die von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, wobei . die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf einer Stirnfläche und mit radialen Bohrungen versehene Austrittsöffnungen in der Mitte der Schleifflächen der Schleifringe liegen. Die Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß in den Schleifringen als Kanäle ein ringförmiger Innenraum mit zu den Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen führende Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Eintrittsöffnungen mit an mehreren längs des Umfanges verteilten Stellen liegenden isolierten Rohren verbunden sind, die jeweils zur äußeren Stirnfläche des äußersten Schleifringes führen, und alle Austrittsöffnungen sich in der Mitte der Schleiffläche befinden.The second variant relates to a slip ring arrangement for electrical machines with insulated side by side arranged slip rings, in which channels are incorporated into the slip rings, which by a gaseous coolant are flowed through, wherein. the inlet openings of the channels on one end face and outlet openings provided with radial bores in the middle of the grinding surfaces of the Slip rings lie. The invention consists in this case that in the slip rings as channels annular interior with bores leading to the inlet openings and outlet openings are provided, wherein the inlet openings are located at several points distributed along the circumference insulated pipes are connected, each to the outer face of the outermost slip ring lead, and all outlet openings are in the middle of the grinding surface.

Der Innenraum der Schleifringe wird von dem gasförmigen Kühlmittel durchströmt, das über die Öffnungen an den Schleifringaußenflächen austritt, so daß die gesamte Schleifringoberfläche von innen gekühlt wird. Unabhängig von der Zahl der nebeneinanderliegenden Schleifringe —: bei elektrischen Maschinen können bis zu sechs Schleifringe nebeneinander angeordnet sein — wird jedem Schleifring gleichmäßig kalte Kühlluft zugeführt, die auf der außenliegenden Stirnseite der Schleifringanordnung angesaugt und über Rohre zu dem betreffenden Schleifring zugeführt wird. Es wird dadurch ein optimaler Kühleffekt mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erreicht.The interior of the slip rings is traversed by the gaseous coolant that flows through the openings exits at the slip ring outer surfaces, so that the entire slip ring surface is cooled from the inside will. Regardless of the number of slip rings lying next to one another -: in electrical machines Up to six slip rings can be arranged next to each other - each slip ring becomes even cold cooling air is supplied, which is sucked in on the outer face of the slip ring assembly and is fed via pipes to the slip ring in question. This creates an optimal cooling effect achieved with relatively simple means.

Die zur Abführung des Kühlmittels dienenden Austrittsöffnungen sind durch radial und in axialer Richtung schräg verlaufende Bohrungen gebildet. Die schrägen Bohrungen wirken in bekannter Weise wie ein Radiallüfter und ergeben daher die zum Ansaugen des Kühlmittels erforderliche Druckdifferenz.The outlet openings used to discharge the coolant are radial and axial Direction inclined holes formed. The inclined holes work in a known manner like a radial fan and therefore result in the pressure difference required to suck in the coolant.

Die Größe und Anzahl der Bohrungen werden durch die benötigte Kühlmittelmenge bestimmt. Um eine größere Höhe in radialer Richtung zu erhalten, ist es vorteilhaft, die zur Abführung des Kühlmittels dienenden öffnungen in an sich bekannter Weise zu der Schleifringoberfläche zu führen. Hierzu müssen allerdings die Bürsten so angeordnet werden, daß sie die Austrittsöffnungen nicht überdecken.The size and number of holes are determined by the amount of coolant required. To a To obtain a greater height in the radial direction, it is advantageous to use the ones used for discharging the coolant to lead openings in a manner known per se to the slip ring surface. To do this, however, you have to the brushes are arranged so that they do not cover the outlet openings.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sindAdvantageous further developments of the invention are

ίο in den Unteransprüchen angeführt.ίο listed in the subclaims.

Die Luftmenge und damit der Kühleffekt kann noch durch zusätzliche Maßnahmen erhöht werden. So können gemäß einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Rohre in axialer Richtung über die äußere Stirnfläche des äußersten Schleifringes hinausragen und die Eintrittsöffnungen der Rohre in bezug auf die Schleifring-Stirnfläche abgeschrägt sein. Dadurch wird der Eintritt des . Kühlmittels in die Rohre erleichtert. Die Kühlmittelförderung und die gekühlte Oberfläche können auch dadurch erhöht werden, daß gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in dem Innenraum der Schleifringe längs des Umfanges verteilt, radial ausgerichtete Lüfterflügel angeordnet sind.The amount of air and thus the cooling effect can be increased by additional measures. Thus, according to an expedient further embodiment of the invention, the tubes can in the axial direction protrude beyond the outer face of the outermost slip ring and the inlet openings of the tubes be bevelled with respect to the slip ring face. This will prevent the entry of the . Facilitates coolant in the pipes. The coolant delivery and the cooled surface can also be increased in that according to a further embodiment of the invention in the interior of the Slip rings distributed along the circumference, radially oriented fan blades are arranged.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following, the invention is based on the in FIGS. 1 to 4 illustrated embodiments explained in more detail.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Schleifringanordnung, deren Ansicht von der Stirnseite her in F i g. 2 dargestellt ist. Auf der Welle 1 einer elektrischen Maschine ist die Nabe 2 aufgesetzt, welche die Schleif ringe 3,4 und 5 trägt. Zwischen der Nabe 2 und den Schleifringen liegt die Isolierschicht 6. Jeder Schleifring ist hohl ausgebildet und besitzt den Innenraum7, der jeweils an drei Stellen mit in der Nähe der Welle 1 angeordneten Eintrittsöffnungen für ein gasförmiges Kühlmittel verbunden ist. Dabei besitzt der Schleifring 5, welcher an der äußeren, dem Läufer der Maschine abgewandten Stirnseite liegt, die Eintrittsöffnungen 8; der mittlere Schleifring 4 weist entsprechend drei Eintrittsöffnungen 9 und der innere Schleifring 3 drei EintrittsöffnungenFig. 1 shows a section through a slip ring assembly, the view g of the end face in F i. 2 is shown. On the shaft 1 of an electrical machine, the hub 2 is placed, which the slip rings 3, 4 and 5 carries. The insulating layer 6 lies between the hub 2 and the slip rings. Each slip ring is hollow and has the interior space 7, which is connected at three points to inlet openings for a gaseous coolant arranged in the vicinity of the shaft 1. The slip ring 5, which is located on the outer end face facing away from the rotor of the machine, has the inlet openings 8; the middle slip ring 4 accordingly has three inlet openings 9 and the inner slip ring 3 has three inlet openings

10 auf. Die Eintrittsöffnungen 8,9, 10 sind mit isolierten Rohren 11 verbunden, die jeweils, erforderlichenfalls durch davorliegende Schleifringe hindurchführend, zu der äußeren Stirnfläche 12 der Schleifringanordnung geführt sind. Dabei ragen die Rohre10 on. The inlet openings 8, 9, 10 are insulated with Pipes 11 connected, each of which, if necessary, passing through slip rings in front of it, are guided to the outer end face 12 of the slip ring assembly. The pipes protrude

11 über die Stirnfläche 12 heraus und besitzen zur Schleifringstirnfläche abgeschrägte Lufteintrittsöffnüngen 13.11 out over the end face 12 and have air inlet openings which are beveled towards the slip ring face 13th

Zum Absaugen des gasförmigen Kühlmittels, z. B. Luft, sind die Austrittsöffnungen 14 a als in axialer Richtung schräge Bohrungen ausgebildet, die jeweils zu den Stirnflächen der Schleifringe führen. Diese Bohrungen wirken daher als Radiallüfter, wobei die Schrägung der Bohrungen die die Druckdifferenz zur Ansaugung des Kühlmittels bestimmende Radialhöhe vergrößert. Alternativ ist vorgesehen, die Austrittsöffnungen 14 b an der Schleiffläche anzuordnen. For sucking off the gaseous coolant, e.g. B. air, the outlet openings 14 a are designed as axially inclined bores, each leading to the end faces of the slip rings. These bores therefore act as radial fans, the inclination of the bores increasing the radial height which determines the pressure difference for sucking in the coolant. Alternatively, there is provided the outlet openings 14 b to be arranged on the grinding surface.

In F i g. 3 ist eine Schleifringanordnung dargestellt — die im wesentlichen der in F i g. 1 und 2 gezeigten entspricht, so daß die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen tragen —, jedoch enden bei dieser Ausführung die mit den Eintrittsöffnungen verbundenen Rohre 11 jeweils an der Stirnfläche 12 des äußeren Schleifringes und ragen nicht über diese Stirnfläche hinaus. Dagegen sind zur Verbesserung der Kühlmittelförderung in den Innenräumen 7 derIn Fig. 3 shows a slip ring arrangement - The essentially of the in F i g. 1 and 2 so that the corresponding parts are the same Bears reference symbols -, but in this embodiment those connected to the inlet openings end Pipes 11 each on the end face 12 of the outer slip ring and do not protrude over this Frontal area. In contrast, to improve the coolant delivery in the interior 7 of the

Schleifringe längs des Umfanges verteilt radial ausgerichtete Lüfterflügel 15 angeordnet. Da diese Lüfterflügel 15 außerdem in metallischer Verbindung zu den Schleifringen stehen, ist auch die von dem Kühlmittel umflossene, wärmeabgebende Oberfläche erhöht. Slip rings distributed along the circumference, radially aligned fan blades 15 are arranged. Because these fan blades 15 are also in metallic connection to the slip rings, is also that of the coolant Circumferential, heat-emitting surface increased.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt F i g. 4, bei der das Kühlmittel zusätzlich durch einen nicht dargestellten Fremdlüfter gefördert wird. Daher ist der Raum 16 vor den Eintrittsöffnungen 13 durch die dicht vor der Stirnfläche 12 des äußeren Schleifringes 5 endende Abdeckung 17 begrenzt. Das von dem Fremdlüfter geförderte Kühlmittel wird also unmittelbar den Eintrittsöffnungen 13 zugeführt und gelangt damit in die Innenräume 7 der Schleifringe, aus denen es durch die Austrittsöffnungen 14 α bzw. 14 b wieder austritt. Der Raum vor den Eintrittsöffnungen 13 ist also von dem Raum vor den Austrittsöffnungen des gasförmigen Kühlmittels in der Stirnfläche 12 des äußersten Schleifringes 5 getrennt, so daß der Druckverlust des geförderten Kühlmittels möglichst gering ist.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 4, in which the coolant is additionally conveyed by an external fan, not shown. The space 16 in front of the inlet openings 13 is therefore delimited by the cover 17 which ends just in front of the end face 12 of the outer slip ring 5. The extracted from the external fan coolant is thus fed directly to the inlet openings 13 and passes so that exits into the interior 7 of the slip rings, from which it α through the outlet openings 14 and 14 b. The space in front of the inlet openings 13 is thus separated from the space in front of the outlet openings of the gaseous coolant in the end face 12 of the outermost slip ring 5, so that the pressure loss of the conveyed coolant is as low as possible.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Slip ring arrangement for electrical machines with insulated side by side Slip rings, in which channels are worked into the slip rings, emitted by a gaseous one Coolant is flowed through, the inlet openings of the channels on one end face and the outlet openings are on the edge of the slip rings, characterized in that that in the slip rings (3,4,5) an annular interior space (7) as channels with the inlet openings (8, 9, 10) and the outlet openings (14 a) leading bores are provided, the inlet openings having points distributed along the circumference lying insulated pipes (11) are connected, each to the outer end face (12) of the outermost slip ring (5) lead, and the outlet openings on the edge of the slip rings each are located on both end faces and the bores connecting them to the interior are radial and run obliquely outward in the axial direction.

2. Slip ring arrangement for electrical machines with slip rings arranged in isolation next to one another, in which channels are worked into the slip rings through which a gaseous coolant flows, the inlet openings of the channels on one end face and outlet openings provided with radial bores in the center of the grinding surfaces of the slip rings are, characterized in that in the slip rings (3, 4, 5) an annular interior space (7) with to the inlet openings (8, 9, 10) and outlet openings (14 b) leading bores are provided as channels, the inlet openings with are connected at several points distributed along the circumference insulated pipes (11), each leading to the outer end face (12) of the outermost slip ring (5), and all outlet openings (14 b) are located in the middle of the grinding surface.

3.. Slip ring arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the tubes (11) protrude over the end face (12) of the outermost slip ring (5) in the axial direction and that the inlet openings (13) of the tubes with respect to the end face (12) of the outermost Slip ring (5) are beveled.

4. Slip ring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that in the interior (7) of the slip rings (4,5) along the circumference distributed radially aligned Fan blades (15) are arranged.

5. Slip ring arrangement according to one of the preceding claims, the gaseous Coolant can be supplied from an external fan, characterized in that the space (16) is in front of the inlet openings (13) of the tubes (11) leading to the interior space (7) through a cover (17) from the space in front of the outlet openings (14) for the gaseous coolant in the end face (12) of the outermost slip ring (5) is separated.

In electrical machines, e.g. synchronous or asynchronous motors, for power transmission common slip rings heat up during operation. The warming will be in the first place due to the friction between the rotating slip ring and the one that is usually placed under spring pressure Brushes as well as losses caused by the transition between these two current-carrying parts. It will depend on various factors

ίο influences how slip ring and brush material, Surface of the slip ring, etc., and must not exceed a certain height.

It is known to artificially ventilate the slip rings and thereby cool them. In addition to blowing a gaseous coolant onto the slip ring surface, it is already known (German Auslegeschrift 1 026 844) to work channels into the slip rings which are provided with openings for supplying and removing a gaseous coolant. The inlet openings of the channels are on the face and the outlet openings are on the edge of the slip rings or in the middle of the grinding surface. By arranging the channels leading to these openings radially outwards and optionally by their inclination in the direction of rotation, the coolant is driven through the channels so that the heat generated in the slip ring is dissipated at these points. So that the cooling is sufficient, a plurality of channels must be provided along the circumference of the slip ring. This is very time-consuming. Furthermore, adjacent slip rings prevent the supply of cold coolant.
In the case of air-cooled commutators according to German patent specification 275 201, it is known to divide the commutator axially into several sections in terms of cooling and to supply the cooling air to each section via separate cooling channels from the outer end face.

To avoid the risk of a circular flow between the inlet and outlet openings, it is also known (British Patent 831 794), each next to an end face of the slip rings Provide covers through which a channel is created that runs next to the slip rings, which is used to guide the gaseous coolant. The coolant is supplied through holes in fed to the shaft and via further bores in the shaft arranged radially offset from the former discharged again. This construction is also complex and also requires machining the wave; the means for cooling the slip rings are therefore not limited to the slip ring arrangement.

With electrical commutators, too, there is the problem of unimpeded dissipation of the resulting Electricity heating. There are arrangements for this from British patents 734,696 and 821 444 known, but not the individual commutator bars that are only comparable to the slip rings are hollow or provided with cooling channels, but for cooling air guidance is only the Space between the individual commutator bars used. Furthermore, the cooling air duct and -distribution still below the commutator, d. H. between the commutator bars and the shaft, existing support body or existing cavity is exploited. This means that the