DE1801079A1 - Elektrische Schenkelpolmaschine - Google Patents

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Berlin und München

1. OKT. 1968

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Elektrische Schenkelpolmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schenkelpolmaschine, deren Läufer durch in den Pollücken geführte Luft gekühlt wird. Bei derartigen Maschinen mit ausgeprägten Polen können die Ventilationsverluste, insbesondere wenn es sich um Maschinen "iiiit verhältnismäßig hoher Nenndrehzahl handelt, im Leistungshaushalt eine entscheidende Rolle spielen und den Wirkungsgrad merklich verschlechtern. Da jedoch bei elektrischen Großmaschinen v/irkungsgradverbesserungen, auch wenn sie nur an sich eine gelinge Größe haben, äußerst wichtig sind, besteht die Aufgabe, die durch die ausgeprägten Pole hervorgerufenen Ventilationsverluste zu verringern.

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Gemäß der Erfindung ist vor der Stirnfläche des Läufers ein ringförmiger Schirm aus unmagnetischem Material angeordnet, der die Pollücke und den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer der Maschine seitlich ganz oder größtenteils abdeckt. Dadurch wird erreicht, daß zwischen der mit dem Po?system rotierenden Luft und der vor den Stirnflächen der Maschine befindlichen, im wesentlichen stehenden Luft kein Impulsaustausch stattfinden kann. Die durch diesen Impulsaustausch bedingten Verluste, die ein wesentlicher Teil der Ventilationsverluste sind, werden dadurch unterdrückt, so daß die gesamten Ventilationsverluste bedeutend geringer werden.

Um die auf diese Weise größtmögliche Herabsetzung der Ventilationsverluste zu erhalten, wird man normalerweise den erfinduru gemäß vorgesehenen Schirm vor beiden Stirnflächen der Maschine anordnen. Ist es aber aus besonderen kühlungstechnischen Gründen erforderlich, die gesamte Kühlluft von der einen Stirnseite der Maschine her axial zuzuführen und durch radial gerichtete Kanäle abzuleiten, so erhält man auch eine spürbare Herabsetzung der Veatilationsverluste, wenn der ringförmige Schirm nur vor einer Stirnseite des Läufers angeordnet ist. Mit Rücksicht auf die Belüftung wurde bisher bei Schenkelpolmaschinen, deren Läufer durch in den Pollücken geführte Luft gekühlt wird, eine derartige Abschirmung vor den Stirnflächen des Schenkelpolläufers nicht angebracht. Erst der Eifinder erkannte, daß ein wesentlicher Anteil der Ventilationsverluste durch d<§n Impulsaustausch zwischen der mit dem rotierenden Polsystem umlaufenden Luft

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und der davor befindlichen stehenden Luft verursacht ist, so daß eine Abschirmung vor den Stirnflächen des Läufers eine wesfintliche Herabsetzung der Ventilationsverluste zur Folge hat, ohne daß die Zuführung der für die Kühlung des Schenkelpolläufers erforderlichen Kühlluft'behindert wird. Der ringförmige Schirm läßt sich nämlich in konstruktiver Hinsicht ohne Beeinträchtigung seiner V/irkung so ausbilden, daß neben dem Schirm oder im Schirm selber genügend große Öffnungen für den Eintritt der Kühlluft in das rotierende Pol system vorhanden sind.

In Durchführung des Erfindungsgedankens ist es weiterhin zweckmäßig, im Luftspalt am Ständer der Maschine eine zylindrische Abdeckung zu befestigen, die sich von dem Blechpaket bis zu dem ringförmigen Schirm erstreckt. Dadurch wird der dem rotierenden Polsystem zugeLehrte Teil des Ständerwickelkopfes abgedeckt, so daß auch entlang dieser Mantelfläche kein Impulsaustausch zwischen rotierender und stehender Luft auftreten kann. Durch den ringförmigen Schirm und durch die zylindrische Abdeckung ist mithin die mit dem rotierenden Polsystem umlaufende Luft völlig gegenüber der außenliegenden stehenden Luft abgeschirmt.

Den gemäß der Erfindung vorgesehenen ringförmigen Schirm vor den Stirnf läche.i des Läufers der elektrischen Schenkelpolmaschine kann man mit Vorteil am Ständer der Maschine, insbesondere an der in der Luftspaltbohrung vorgesehenen zylindrischen Abdeckung befestigen. In diesem Fall überdeckt der ringförmige Schirm den

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!luftspalt der Maschine ganz, so daß die im luftspalt der Maschine befinaliche Kühlluft nicht mit der AuBenluft in Berühi-ung treten kann. Außerdem unterliegt der aia Ständer der Marschine befestigte stillstehende ringförmige Schirm nur geringen mechanischen Beanspruchungen,, so daß er a.B, aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen kann. Es ist Lediglich dafür zu sorgen, daß der Schirm genügend steif gegen ©Yen·= tuelle Schwingungen ausgebildet ist, falls der Abstand zu den Stirnflächen des Polkörpers sehr gering gehalten werden Die Breite des verbleibenden Kingspaltes zwischen äem. körper des Schcnkolpolläufers und dem ringförmigen Schirm ist so zu bemessen, daß die vom rotierenden Schenkelpolläufer angesaugte Kühlluft in einer zur Kühlung ausreichenden Menge ein·=·. treten kann, falls die Zuführung der Kühlluft nicht durch besondere Öffnungen in der Habe .des Rotors vorgesehen ist»

Befestigt man den ringförmigen Schirm an der Nabe des Läufers, so empfiehlt es sich, ihn aus einem unmagnetischen Metall zu bilden, da er infolge der Rotation höh'eren mechanischen Beanspruchungen unterliegt. Der ringförmige Schirm ist so zu bemessen, daß gegenüber dem Ständerwickelkopf, der in Richtung auf den Luftspalt zweckmäßigerweise auch abgedeckt sein wird, nur ein möglichst enger Spalt verbleibt, so daß zwischen der Außenluft und der im Luftspalt der Maschine vorhandenen Luft nur eine geringe Wechselwirkung möglich ist.

Es ist vorteilhaft, den ringförmigen Schirm, sofern er auf der Nabe des Läufers befestigt ist und mit diesem rotiert, auch als

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Lüfter auszubilden. Man kann ihn z.B. auf eier dem Poleystem zugewandten Seite mit Lüfterflügeln versehen, so daß er die benötigte Kühlluft in die Pollücken des auageprägten Polsystems fördert. Es kann unter Umständen auch vorteilhaft sein, auf der Außenfläche des rotierenden ringförmigen Schirmes einige - in diesem Fall allerdings sehr kleine - Lüfterflügel anzuordnen, die ihrerseits wieder abgedeckt sind, uai somit einen Kühlluftstrom direkt auf den Ständerwickelkopf zu lenken. Die eigentiche Wirkung des ringförmigen Schirmes, nämlich die Verhinderung eines Impulsaustausches zwisehen der Außenluft und der im Polsystem umlaufenden Kühlluft wird dadurch in keiner Weise beeinträchtigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis schematisch dargestellt.

Bei einer elektrischen Schenkelpolmaschine ist der Ständer 1 der Maschine u nd die Ständerwicklung 2 durch in KUhlkanälen geführtes V/asser gekühlt. Der Läufer 3 mit den ausgeprägten Polen 4 wird dagegen mit Hilfe von in den Pollücken geführter Luft gekühlt, die,durch das rotierende Polsystem angesaugt, an den Stirnseiten der Maschine eintritt und nach dem Durchlaufen der Pollücken über den Luftspalt 5 der Maschine durch radial gerichtete Kühlschlitze 6 im Ständerblechpaket abgeführt

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Der äußere Durchmesser des Schirmes 8 ist so gewählt, daß zu . einer zylindrischen Abdeckung 10 des Standerwickelkopfes nur ein sehr enger Spalt verbleibt". Dadurch überdeckt der Schirm 8 den Luftspalt 5 zum größten Teil und der enge Spalt zu der Abdeckung 10 verhindert weitgehend eine Wechselwirkung zwischen der Außenluft und der im Luftspalt 5 vorhandenen Luft» Außerdem trennt der Schirm 8 die im Polsystem mitrotierende Luft von der'Außenluft, so daß ein Impulsaustausch zwischen diesen Luftmassen nicht möglich ist. Dadurch werden aber die Ventilationsverluste bedeutend herabgesetzt, zumal der Schenkelpolläufer jetzt an seinen Stirnflächen eine glatte Außenfläche bildet. Die durch den Schirm 8 erzielte Verringerung der Ventilationsverluste ist bedeutend, jedoch je nach der axialen Länge der Maschine unterschiedlich.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zeigt eine elektrische Schenkelpolmaschine, bei der sowohl der Ständer 1 als auch der Läufer 3 durch Luft gekühlt wird. Der ringförmige Schirm 8 aus unrnagnetischem Metall ist wiederum an der Nabe 7 des Läufers 3 befestigt und die für die Kühlung des Polsystems erforderliche Kühlluft wird durch öffnungen 9 im Nabenkörper zugeführt. Der Ständerwickelkopf 11 ist gegenüber dem Luftspalt 5 der Maschine durch die zylindrische Abdeckung 10 abgeschirmt, an die der ringförmige Schirm 8 mit engem Spalt herangefühtt ist. Zur zusätzlichen Kühlung des Stand erv/ickelkopf es 11 ist der ringförmige Schirm 8 auf seiner Außenfläche mit kleinen Lüfterflügeln 12 versehen, die ihrerseits nach außen durch die Ab-

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deckung 13 abgeschirmt sind. Durch die Rotation des ringförmigen Schirmes 8 wird somit ständig ein Kühlluftstrom zu dem Ständerwickelkopf 11 geleitet, ohne daß die spezifische Wirkung des ringförmigen Schirmes 8, nämlich die Abtrennung der mit dem rotierenden Polsystem umlaufenden Jjuft von der Außenluft beeinträchtigt ist."

Figur 3 zeigt ebenfalls eine luftgekühlte elektrische Schenkelpolmaschine, bei v/elcher der ringförmige Schirm 8 am Läufer 3 befestigt ist"und mit diesem rotiert. Damit die Rotation des ringförmigen Schirmes 8 für die Kühlluftförderung ausgenutzt v/erden kann, ist der Schirm 8 auf seiner Innenseite mit Lüfterflügeln 14 versehen. Diese steigern die Ansaugung der für die Kühlung^, des rotierenden Polsystems erforderliehen Kühlluft beträchtlich. Da im vorliegenden Pail infolge des für den Durchtritt der Kühlluft erforderlichen Querschnitts zwischen der Stirnfläche der ausgeprägten Pole 4 und dem "ringförmigen ^ Schirm 8 ein verhältnismäßig großer Abstand besteht, ist es unbedingt erforderlich, daß der Ständerwickelkopf 11 durch die im Luftspalt 5 vorgesehene Abdeckung 10 begrenzt ist. Man hat jedoch in dieser Abdeckung 10 einige verhältnismäßig kleine Öffnungen 15 vorgesehen, so daß ein geringer Anteil des durch die LüfterflUgel 14 angesaugten Kühlluftstromes durch die Öffnungen 15 direkt zu dem Ständerwickelkopf 11 austritt und diesen kühlt. Die restliche Kühlluft verläuft in den Pollücken und tritt dann Über den Luftspalt 5 und die radial gerichteten Kühlschlitze 6 im Ständerblechpaket aus.

Ansprüche - 7 -

_;5 Figuren

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BAD ORIOfNAL

Claims (7)

1. $8/0056

   Patentansprüche

   1 JElektrische Schenkelpolmaschine, deren Läufer dtt^elx in &®n Pollücken geführte Luft gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet_? daß vor der Stirnfläche des Läufers (3) ein ringförmiger.. Schirm (8) aus unmagnetischem Material angeordnet ist, der die Pollücke und den Luftspalt (5) zwischen Läufer (3) und Ständer (i) der Maschine seitlich ganz oder größtenteils abdeckt.
2. 2. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftspalt am Ständer eine.zylindrische Abdeckung (10) befestigt ist, die sich von dem Blechpaket Bi>s zu dem ringförmigen Schirm (8) erstreckt.
3. 3 ο Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (8) an der zylindrischen Abdeckung (1O) befestigt ist.
4. 4. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (8) auf der Nabe (7) des Läufers (3) befestigt und bis auf einen engen Spalt an die Abdeckung (1O) herangeführt ist.
5. 5. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Nabe (7) rotierende Schirm (8) als Lüfter (12,14) ausgebildet ist.

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   BAD ORIGINAL

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6. 6 ο Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dal' der Schirm (8) aus einem unmagnetischen Metall besteht.
7. 7. Elektrische Schenkelpolmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zylindrischen Abdeckung (1O) Öffnungen (|5) für den Durchtritt der Luft zur Kühlung des Ständerwickelkopfes (11) vorgesehen sind.

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