DE1953110A1

DE1953110A1 - Elektrische Maschine mit ausgepraegten Laeuferpolen

Info

Publication number: DE1953110A1
Application number: DE19691953110
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Liebe; Dipl-Phys Wendt Maria Susanne
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-10-17
Filing date: 1969-10-17
Publication date: 1971-05-19
Also published as: JPS5531712B1; GB1259936A; AT298607B; SE381142B; NO126105B; US3629629A; DE1953110B2; CH515646A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 17.10.1969

Berlin und München Werner-von-^Siemens-Str. 50·

[ Belegexemplar

I Darf nicht geändert werden

Unser Zeichen: VPA 69/0139 D/Win

Elektrische Maschine mit ausgeprägten Läuferpolen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit ausgeprägten Läuferpolen, deren Läufer durch Luft gekühlt wird, welche die Pollücken axial durchströmt und radial über das Ständerblechpaket austritt. Diese den Läufer durchströmende Kühlluft ruft bekanntlich Ventilationsverluste hervor, die, insbesondere wenn es sich um Maschinen mit verhältnismäßig hoher Umfangsgeschwindigkeit handelt, im Leistungshaushalt der elektrischen Maschine eine entscheidende Rolle spielen und den Wirkungsgrad merklich 'verschlechtern können. Da .jedoch bsi' elektrischen Großmaschinen Wirkungsgradverbesserungen, auch wenn sie nur an sich eine geringe Größe haben, äußerst wichtig sind, besteht die Aufgabe, die durch die ausgeprägten Pole hervorgerufenen Ventilationsverluste zu verringern. .

Aus der deutschen Patentschrift 155 539 ist es bereits bekannt, zur Verringerung der Ventilationsverluste den ausgeprägte Pole besitzenden Läuferkörper einer elektrischen Maschine durch Zwischenstücke an'der Mantelfläche der Pollücken und an den Stirnflächen zu einem glatten Zylinder umzubilden. Die Stirnseiten der Maschine sind dabei durch die vor den Polwicklungen liegenden Zwischenstücke völlig geschlossen, so daß dort keinerlei Kühlluft in die Pollücke eintreten kann, während die Zwischenstücke an den Mantelflächen Ventilationslöcher aufweisen. Durch diese bekannten Maßnahmen zur Herabsetzung der Ventilationsverluste ist

also die Entwärmung der Läuferwicklungen weitgehend behindert. Um den Durchtritt der Kühlluft zu verbessern und doch nur ge-

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ringe Ventilatiqnsverluste zu habe.n, ist es weiterhin aus der deutschen Patentschrift 172 336 "bekannt, den Schenkelpolläufer - einer elektrischen Maschine durch eine das ganze Magnetsystem ' umschließende, zylindrische, von den Polschuhen durchsetzte Trommel abzudecken. Der Lufteintritt von den Stirnseiten der Pollücken her ist· dann zwar nicht beeinträchtigt, jedoch kann nun die Kühlluft nicht radial durch das"'Ständerblechpaket abgeführt werden. Außerdem wird durch diese sehr aufwendige Abdeckung der Läufermantelflächen nur eine geringe Herabsetzung der Ventilationsverluste erreicht.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, um bei einer genügenden Kühlung der Läuferwicklung mit Kühlluft, welche die Pollücken axial' durchströmt und radial über das Ständerblechpaket austritt, den Anteil der Ventilationsverluste wesentlich zu verringern. Gemäß der Erfindung sind die stirnseitigen Öffnungen der Pollücken jeweils durch ein senkrecht zur Maschinenachse stehendes, seitlich an den Polwicklungen anliegendes Schirmsegment teilweise abgedeckt. Diese in einfacher Weise am Läuferkörper zu befestigenden Schirm—, segmente, welche'mit diesem zusammen.rotieren, bedeuten einen geringen Aufwand. Da diese Schirmeegmente nicht 'die gesamte 'PoI-lücke, sondern nur einen Teil davon abdecken, wird durch sie die •Kühlluftführung nicht wesentlich gedrosselt. Es zeigte sich nun in überraschender Weise, daß diese Schirmsegmente, welche die Entwärmung des Läufers nicht wesentlich behindern, die Ventilationsverluste stark herabsetzen, weil sie die sogenannten Nullverluste verringern, d.h. sie verringern jenen Verlustanteil, der bei völliger Drosselung des Kühlstromes übrig bleibt. Diese Nullverluste werden vor.allem durch sekundäre, d.h. im Kurzschluß laufende Strömungsvorgange verursacht. Bei Maschinen mit ausgeprägten Polen am Läufer gehören dazu in erster Linie die von den freiliegenden Ecken der Polwicklungen angeregten Randvorgänge. Diese lassen sich aber durch die gemäß der Erfindung in den stirnseitigen Öffnungen der Pollücken vorgesehenen SchirmRegraente zum größten Teil unterdrücken.

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Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Schirmsegmente den unteren, radial innenliegenden Teil der Pollücke abdecken und ihre Ober- ■> kante ungefähr in halber Polhöhe -liegt. Dadurch konnten die Ventilationsverluste eines Schenkelpolläufers üblicher Ausführung auf ungefähr die Hälfte des Wertes herabgesetzt v/erden, den sie bei einer gleichen Maschine ohne Schirmsegniente haben "würden. Die Eintrittsoffnungen für die Kühlluft blieben dabei genügend groß. .'

Die Ventilationsverluste lassen sich außerdem mit Vorteil noch weiterhin dadurch verringern, daß zusätzlich zu den an den stirnseitigen Öffnungen der Pollücken mit der Po] stirn fluchtenden bzw. nur wenig in den Polkanal zurückgesetzten. Schirmsegmente symmetrisch zur Maschinenmitte noch weitere, querverlaufende, den unteren Teil der Pollücke abdeckende, seitlich anliegende Schotts ■angeordnet sind. Diese Querwände haben'etwa die gleiche Höhe wie die gemäß der Erfindung vorgesehenen Schirmsegmente. Sie unterteilen die Pollücken, wodurch eine günstige Beeinflussung der Strömungsvorgänge innerhalb der Pollücke herbeigeführt wird, ohne daß eine-Verschlechterung'der Kühlluftführung und Entwärmung eintritt. '

Es empfiehlt sich, die Schirmsegmente oder Schotts aus unmagnetischem Material, wie z.B.' Messing, Kunststoff oder unmagnetischem Stahl herzustellen. Da die Kühlungsverhältnisse einer elektrischen G-roßmaschine häufig erst am Aufstellungsort festgestellt v/erden können, ist es weiterhin zweckmäßig, die Schirmsegmente bzw. Schotts herausnehmbar, insbesondere in axialer Richtung verstellbar am Läuferkörper zu befestigen. Sie sind dann noch nachträglich in ihrer Lage verändex'lich und können dadurch z.B. veränderten Betriebsbedingungen der Maschine wieder angepaßt werden, um -eine optimale Senkung der Ventilationsverluste zu erreichen.

Die Anwendung der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei elektrischen Maschinen großer Leistung, bei denen nur.der Läufer durch angesaugte, die P'ollücken durchströmende Kühlluft gekühlt werden soll und bei denen für den Ständer eine direkte Plüssig-

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keits- oder Gaskühlung innerhalb der Leiter oder des Blechpaketes vorgesehen ist. ·

• Im folgenden-sei die. Erfindung an Ha-nd—des in den Uigur en—%- bis- 3-schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert.

Pig. 1 zeigt eine Ansicht .auf die Stirnfläche des Läufers einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Polen, Fig. 2 einen in • einer Pollücke verlaufenden Längsschnitt und Pig. 3 eine Aufsicht auf einen Läuferpol.

Die ausgeprägten Pole 1 des Läufers einer elektrischen Schenkelpolmaschine, z.B. eines '.fesserkraftgenerators, tragen die Polwicklungen 2, die aus Kupferflachleitern bestehen, von denen einige als Kühlrippen 3 herausgezogen sind.

Die Kühlung des Läufers der elektrischen Schenkelpolmaschine erfolgt durch Kühlluft, welche an den stirnseitigen öffnungen der Pollücken 4 eintritt, diese axial durchströmt und dann radial über das nicht dargestellte Ständerblechpaket abfließt. Gemäß der Erfindung ist der untere, radial innenlie-gende Teil der stirnseitigen Öffnungen der Pollücken 4 jeweils durch senkrecht zur Maschinenachse stehende Schirmsegmente 5 abgedeckt. Die Oberkante 6 der Schirmsegmente 5 liegt etwa in halber Polhöhe. Seitlich liegen die Schirmsegmente 5 an den PοIv/icklungen 2 an, wozu - gegebenenfalls die Kühlrippen 3 abgefräst sein können. In Rieh-... tung der Maschineniängsachse gesellen liegen die Schirräsegmente 5 nicht ganz fluchtend mit der Stirnfläche der Polwicklungen 2, sondern um die Breite der Kühlrippen 3 in die Pollücke 4 zurückgesetzt. Dadurch ist die Kühlung der Stirnflächen der Polwicklungen 2 nicht beeinträchtigt und für .den Eintritt der Kühlluft in die Pollücken 4 steht noch ein genügender Querschnitt zur Verfugung.

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Außerdem sind in der Pollücke 4 mehrere querverlaufende, an . ι den Seiten der'Polwicklungen 2 anliegende, den unteren Teil der Pollücke 4 abdeckende Schotts 7 angeordnet. Diese Schotts 7 liegen symmetrisch zur Maschinenmitte und unterteilen jede -Pol-Lücke—4-in-kleine Abschnitte, deren Länge, von" Fail zu. PaIL - -* festgelegt wird, z.B. so,daß der mittlere Abschnitt ungefähr doppelt so groß ist wie die seitlichen.-Die Schotts 7 haben etwa die gleiche Höhe wie jeweils die Schirmsegmente 5. Sie beeinflussen die Ventilationsvörgänge im Innern der Pollücke

den ·

und setzen daher zusätzlich zu/Schirmsegmenten 5 die VentilationsverLuste weiter herab.

Die Schirmsegmente 5 und die Schotts 7 sind am Läuferkörper herausnehmbar befestigt und laufen mit diesem um. Zu ihrer Befestigung dienen nicht dargestellte, radial gerichtete Bolzen. Diese sind z.B. mit. einem Hammerkopf in einer axial verlaufenden Hut am Läuferkörper 8 gehalten, so daß "die Schirrasegraente 5 bzw. Schotts .7 auch in ihrer genauen axialen Lage verändert und noch nachträglich eingestellt werden können.

10 Ansprüche
3 Figuren

- 6

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Claims

Patentansprüche

1 .· Elektrische Maschine mit ausgeprägten lauferpölen, deren läufer durch Luft gekühlt wird, die axial die Pollücken durchströmt und radial über das Ständerblechpaket austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die stxrnsextigen Öffnungen der Pollücken (4) jeweils durch senkrecht zur Masehinenachse stehene, seitlich an den Polwicklungen (2) anliegende Sehirmsegmerite (5) teilweise abgedeckt Bind.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmsegmente (5) jeweils den unteren, radial innenliegenden Teil der stifnseitigen Öffnungen der Pollücken (4) abdecken. ■ ." :
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Polwicklung (2) mit herausgezogenen Kühlrippen (3) die Schirmsegmente (5) in axialer dichtung um die Breite der Kühlrippen (3) in die Pblliicke (4) zurückgesetzt sind. '-- '
4« Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante; (6) der Schirmsegmeirte (5) ungefähr in halber Polhöhe liegt. : · "· ' "
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Pollücken (4) symmetrisch zur Maschinenmitt.e noch weitere, querverlaufende, an den Polwicklungen (2) anliegende, den unteren Teil der Pollücke (4) abdeckende Schotts (7) angeordnet sind« .
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schotts (7) angenähert die gleiche Eöhe wie die Schirmgegmente (5) in den stirnseitigen Öffnungen der Pollücken (4) haben. ,.

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VPA 69/0139 ' ( VPA 9/381/0701 )
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die.Schirmsegmente (5) und/oder Schotts (7) aus unmagnetischem Material bestehen.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmsegmente. (5) und/oder Schotts (7) herausnehmbar am Läuferkörper (8) befestigt sind.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmsegmente (5) und/oder Schotts (7) in axialer Richtung verstellbar am Läuferkörper (8) befestigt sind. (
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Schirmsegmente (5) und/oder Schotts (7) radial gerichtete Bolzen dienen, die in Nuten des Läuferkörpers (8) gehalten sind.

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BAO ORIGINAL.

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