DE2116821A1 - Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren - Google Patents

Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren

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DE2116821A1
DE2116821A1 DE19712116821 DE2116821A DE2116821A1 DE 2116821 A1 DE2116821 A1 DE 2116821A1 DE 19712116821 DE19712116821 DE 19712116821 DE 2116821 A DE2116821 A DE 2116821A DE 2116821 A1 DE2116821 A1 DE 2116821A1
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DE
Germany
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pole
solid
cooling circuit
grooves
area
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Pending
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DE19712116821
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English (en)
Inventor
Gilbert Beifort Ruelle (Frankreich). M
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Cegelec SA
Original Assignee
Cegelec SA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/08Salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/225Heat pipes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • ??Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren Der asynchrone Anlauf eines elektrischen Motors kann durch Verwendung massiver Pole ohne besondere Ankerwicklung erfolgen.
  • In diesem Falle treten induzierte Ströme unmittelbar in der Masse der Pole auf und rufen dort das Auftreten des gewünschten Motordrehmoments hervor. Diese Ströme entwickeln in der Masse der Pole eine Wärmeenergie, die von der kinetischen Energie des Läufers der zu startenden Maschine und der Arbeit des Widerstandsmoments abhängt. Der auf das Widerstandsmoment zurückzuführende rmeenergieanteil kann gegebenenfalls durch verschiedene Kunstgriffe oder Einrichtungen vermindert werden, welche das Widerstandsmoment während des Motoranlaufs herabsetzen, beispielsweise durch einen Pumpmotor, durch Außerbetriebsetzung, Auspumpen des Rades usw. Der auf die kinetische Energie zurUckzuführende Wärmeenergieanteil bleibt voll bestehen und kann sogar manchmal durch hydraulische Pumpsätze hoher Leistung mit großem Trägheitsmoment ansteigen. Die in den Massivpolen auftretende Wärmeenergie wird durch Ströme hervorgerufen, deren Frequenz iGh von der des Speisenetzes im Moment des Motoranlaufs bis zu einer dem Synchronbereich unmittelbar benachbarten Frequenz progressiv ansteigt. Demzufolge ist die Wärmeenergie in der äußeren-Oberfläche der Pole lokalisiert und dringt natürlich nur äußerst langsam in die Tiefe des Polmetalls ein. Die Erwärmung der verschiedenen einander konzentrischen Metallschichten ist also sehr unterschiedlich. Die äußeren Schichten sind trotz der Belüftung im Luftspalt sehr heiß, während der größere Teil der Polmasse während der Dauer des Motoranlaufs verhältnismäßig kalt bleibt. Hieraus ergeben sich mechanische Spannungen thermischen Ursprungs, die mit Anwachsen der Trägheit der Motorsätze ganz beachtlich werden. Hierdurch können sich plastische Verformungen einstellen, und am Ende einer gewissen Betriebszeit können infolge der auf die verschiedenen aufeinanderfolgenden Wärme zyklen zurückzuführenden Ermüdung wesentliche Verformungen auftreten, Ja sogar Risse und Brüche des Metalls an der Poloberfläche.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorkehrungen dafür zu treffen, daß di am Polumfang sich entwickelnde Wärme zu dem mittleren Polbereich transportiert wird, Diese Aufgabe ist bei einem solchen Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er mindestens einen geschlossenen Kühlkreis besitzt, von dem sich wenigstens ein Teil im umfänglichen Polbereich und ein anderer Teil im Bereich des Polfußes befindet und in dem ein Wärmeträgerfluid enthalten ist, das während des Anlaufs des Motors unter Einwirkung von Einflußgrößen wie Beschleunigung, Geschwindigkeit und Erwärmung einen natürlichen Umstrom bildet. Die Anordnung eines solchen geschlossenen Kühlkreises mit in ihm strömenden Wärmeträgerfluid zwischen dem äußeren Umfang und dem Fuß der Massivpole kann von Pol zu Pol oder für die Gesamtheit aller Pole durch diese untereinander verbindende Durchbrüche erfolgen. In jedem Falle wird der von der Erfindung angestrebte Vorteil erzielt, die zulässige Wärmeenergie während des Motoranlaufs steigern und somit die natürlichen Grenzen in der Verwendung gewOhnlicher Massivpole auf höhere Werte führen zu können.
  • Unter Ausnützung der auf die Beschleunigung des Motors zurückzuführenden Trägheitskräfte ist nach einer ersten Ausfthrungsform des Massivpols nach der Erfindung mindestens ein geschlossener Kühlkreis in einer zur Achse des Motors senkrechten Ebene oder zumindest Bo angeordnet, daß seine Projektion auf eine solche Ebene eine wesentliche Fläche bildet. Diese Trägheitswirkung ist äußerst wirksam in dem Falle, in welchem die Differenz der Radien zwischen dem äußeren Umfang und dem Fuß des betreffenden Pols groß ist. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn das Wärmeträgerfluid eine Flüssigkeit ist, die beim Motoranlauf im umfanglichen Polbereich verdampft. Die flüssige Phase wird unter der Einwirkung der Fliehkraft auf den größten Radius des geschlossenen Kühlkreises gedrängt, und die sich dort einstellende Dampfphase wird in Richtung auf den kleinsten Durchmesser getrieben, wo sie kondensiert. Man erreicht mithin durch einen solchen Zyklus der Verdampfung am Umfang und Kondensation am Fuße der Pole einen natürlichen Umstrom der Kühlflüssigkeit. Eine solche Ausführungsform eignet sich besonders für große Wechselstrommotore für Pumpstationen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform des Massivpols nach der Erfindung enthält der geschlossene Kühlkreis Kanäle, die durch die üblicherweise in der Poloberfläche vorgesehenen Nuten gebildet sind, welche von einem auf ihr hermetisch befestigten Blech abgedeckt sind. Hierbei benutzt man also die üblicherweise in der Poloberfläche vorgesehenen Nuten dazu aus, durch Abdeckung derselben Kanäle zu bilden, die sich als Kühlkreis über eine größere Poloberfläche erstrecken können, ohne dabei gewisse Teile des Pols mechanisch ZU schwächen und ohne eine bestimmte magnetische Sättigung des Polkerns hervorzurufen. Vorzugsweise können hierbei die üblicherweise in der Poloberfläche vorgesehenen Nuten durch auf der Polschulterunterseite und an den Polflanken angeordnete Nuten verlängert sein, wobei das Nutenabdeckblech sich über die-gesamte Poloberfläche erstreckt. Hierbei enthält vorteilhafterweise der geschlossene Kühlkreis die beiden Polflanken verbindende Kanäle, welche im Pol unter Vermeidung dessen magnetischen Sättigung in verschiedenen Polhöhen verteilt angeordnet sind.
  • In der Zeichnung sind Massivpole der erfindungsgemäßen Art in zwei beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht, bei denen auf dem dem Pol mindestens ein geschlossener Kühlkreis vorgesehen ist, was Zwischenpolverbindungen und damit Schwierigkeiten bei der Montage und Demontage vermeiden läßt. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsform, bei welcher der eschlossene Kühlkreis durch Bohrungen erhalten ist, und Fig. 2 und 3 eine weitere Ausführungsform, bei der man für den Kühlkreis bereits in der Poloberfläche bestehende Nuten ausnutzt.
  • Fig. 1 zeigt einen ein Wärmeträgerfluid enthaltenden geschlossenen Kühlkreis im Inneren eines im Schnitt dargestellten Pols 1 eines Läufers 2. Dieser Pol 1 trägt Wicklungen 3. Der Kühlkreis 4 gemäß der Erfindung enthält zwei radial voneinander entfernt liegende Teile, von denen der Teil 5 am Polumfang, der Teil 6 im Polinnern vorgesehen ist. Der Pfeil 7 verdeutlicht die Läuferdrehrichtung und der Pfeil 8 die Kühlstromrichtung im Kühlkreis 4. Der Kühlkreis 4 wird beispielsweise durch sich kreuzende Bohrungen erzielt, deren wander äußeren Oberfläche des Pols offen auslaufenden Enden anschließend wieder zugemacht werden. Der Teil 5 nahe am Umfang des Pols läßt sich beispielsweise dadurch herstellen, daß ein Kanal ausgedreht und durch Schweißen oben geschlossen wird.
  • Ein solcher Pol hat folgende Wirkungsweise: Unter dem Einfluß der Winkelbeschleunigung während des Motoranlaufs tritt ein Arbeitsdruck auf, der die Kühlflüssigkeit umströmen läßt.
  • Es läßt sich leicht zeigen, daß dieser Druck gleich dem Produkt der Volumenmasse der KühlflüssiPkeit und der Beschleunigung und zweimal die projizierte Fläche jeder Windung auf eine zur Motorachse senkrechte Ebene ist. Der Umstrom der Kühlflüssigkeit bewirkt somit einen Wärmetransport von dem Umfang der Polflächen, wo die Wärmeenergie erzeugt wird, in Richtung auf die vom Teil 6 des Kühlkreises 4 durchzogenen inneren Bereiche, die sonst wShrend der gesamten Dauer eines Motoranlaufs kalt bleiben würden.
  • Man erhält somit die Möglichkeit, die Temperatur der heissen Zone zu mindern und die der kalten Zone zu steigern, womit man also den Temperaturabstand an der Außenseite und in der Mitte des Pols herabsetzt und somit mechanische Spannungen thermischen Ursprungs mindert, die nämlich diesem Temperaturabstand proportional sind.
  • Dieser Trägheitswirkung fügt sich noch eine zusätzliche Wirkung hinzu, die auf die Dichtedifferenz des Wärmeträgerfluids Strömen zwischen seinen beiden radialen zurückzuführen ist, das nämlich in der zentripedalen Richtung heißer und somit weniger dicht als in der zentrifugalen Bahn ist. Dicse Wirkung wird gesteigert, und man nutzt außerdem Verdampfungs- und Kondensationswärmen aus, wenn das Wärmeträgerfluid - wic bereits gesagt - eine Flüssigkeit ist, die in dem Bereich 5 des Kilhlkreises 4 verdampft.
  • Wenn man von der Gesamtheit der Trägheitswirkung keinen vollen Gebrauch machen will, können die Teile 5 und 6 des Kühlkreises 4, anstatt in einer zur Motorachse senkrechten Ebene zu liegen, schräg oder im Grenzfalle axial angeordnet sein.
  • Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2 und 3 wiedergegeben, wobei Fig. 2 einen Teilquerschnitt eines Pols und Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt längs A-A der Fig. 2 zeigt.
  • Auf einem Massivpol 1 sind die üblicherweise vorgesehenen Nuten 9 auf der Polschulterunterseite durch Nuten 10 und an den Polflinken durch Nuten 11 verlängert. Die Gesamtheit aller dieser Nuten ist durch ein Blech 12 abgedeckt, das allein in Fig. 2 zwecks Vereinfachung der Darstellung im Schnitt gezeichnet und am Fuß des Pols bei 13 beispielsweise durch Schweißen hermetisch befestigt ist. Der vorn diesen Nuten 9 bis 11 gebildete Kühlkreis ist über Kanäle 14, 15, 16 geschlossen, die ausgebohrt und im Polkern in verschiedenen Höhen verteilt angeordnet sind, um in ihm die magnetische Sättigung nach Möglichkeit zu vermeiden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen geschlossenen Kühlkreis (4) besitzt, von dem sich wenigstens ein Teil (5) im umfänglichen Polbereich und ein anderer Teil (6) im Bereich des Polfußes befindet und in dem ein Wärmeträgerfluid enthalten ist, das während des Anlaufs des Motors unter Einwirkung von Einflußgrößen wie Beschleunigung, Geschwindigkeit und Erwärmung einen natürlichen Umstrom bildet.
  2. 2. Massivpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein geschlossener Kühlkreis (4) in einer zur Achse des Motors senkrechten Ebene oder zumindest so angeordnet ist, daß seine Projektion auf eine solche Ebene eine wesentliche Fläche bildet.
  3. 3. Massivpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgerfluid eine beim Motoranlauf im umfEnglichen Polbereich (5) verdampfende Flüssigkeit ist.
  4. 4. Massivpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kühlkreis Kanäle enthält, die durch die üblicherweise in der Poloberfläche vorgesehenen Nuten (9) gebildet sind, welche von einem auf ihr hermetiseh befestigten Blech (12) abgedeckt sind.
  5. 5. Massivpol nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die üblicherweise in der Poloberfläche vorgesehenen Nuten (9) durch auf der Polschulterunterseite angeordnete Nuten (10) und durch an den Polfianken ausgesparte Nuten (11) verlängert sind und das Nutenabdeckblech (12) sich über die gesamte Poloberfläche erstreckt.
  6. 6. Massivpol nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kühlkreis die beiden Polflanken verbindende Kanäle (14, 15, 16) enthält, welche im Pol unter Vermeidung dessen magnetischen Sättigung in verschiedenen Polhöhen verteilt angeordnet sind.
    L e e r s e i t e
DE19712116821 1970-04-07 1971-04-06 Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren Pending DE2116821A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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FR7012616A FR2086746A5 (de) 1970-04-07 1970-04-07
FR7032508A FR2105447A6 (de) 1970-09-07 1970-09-07

Publications (1)

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DE2116821A1 true DE2116821A1 (de) 1971-11-18

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ID=26215664

Family Applications (1)

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DE19712116821 Pending DE2116821A1 (de) 1970-04-07 1971-04-06 Massivpol von im asynchronen Bereich anlaufenden elektrischen Motoren

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DE (1) DE2116821A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CH541892A (fr) 1973-09-15
CA920193A (en) 1973-01-30

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