DE2233860C2 - Luftgekühlte rotierende elektrische Maschine - Google Patents

Description

F i g. 3 eine Asynchronmaschine offener Bauart in der gleichen Darstellung wie F i g. 1,

Fig.4, 5 und 6 die Statorhüllen der Maschinen der F i g. 1 und 2 im Detail,

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig.5, die ihrerseits einen Schnitt entlang der Linie V-V der F i g. 4 zeigt,

Fig.6 eine axiale Endansicht eines Details de- in F i g. 4 und 5 gezeigten Hülle,

Fig.7, 8. 9, 10 und 11 verschiedene Proiilformcn im Radialschnitt, die für eine Hülle gemäß der Erfindung verwendet werden können.

In den Zeichnungen bezeichnet 1 einen lamellierten Rotorkern eines Asynchronmotors, 2 die Rotorwicklung, 3 einen lamellierten Statorkern, 4 die Stalorwicklung, 5 einen axial verlaufenden Kühlkanal durch den Rotorkern und 6 die Rotorwelle mit zugehörigem Lager 7. Die Lager 7 sind in je einem Lagerschild 8 befestigt, die je über einen Stützring 9 an einer den stator umgebenden Hülle 10 befestigt sind. Die Hülle JO isi mil angeschweißten Füßen 11 versehen. Die Rotorwelle 6 trägt einen inneren Ventilator 12 und einen äußeren Ventilator 13. 14 ist eine Führungshaube für den äußeren Ventilator 13. Die Hülle besteht aus einem einheitlichen zusammenhängenden Blechrohr mit hohlen axialen Kühlrippen 15, von denen jede eine maximale tangentiale Abmessung a hat, sowie mit zwischen den Rippen liegenden Partien der Breite b, die in wärmeleitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche des Statorkerns stehen. Die radiale Höhe einer Kühlrippe wird mit h bezeichnet. Damit die Kühlrippen eine ausreichende wärmeabgebende Fläche erhalten, muß h größer sein alsa.

In Fig. 1 ist der äußere von dem äußeren Ventilator 13 getriebene Kühlluftstrom mit vollausgezogenen Pfeilen angedeutet. Ein Kühlmittel, das in der Maschine eingeschlossen ist. z. B. Wasserstoff oder Luft, wird mit Hilfe des inneren Ventilators 12 in dem mit gestrichelten Pfeilen gezeigten Kreislauf getrieben. In Fig.2 deutet das Symbol -t- den äußeren Kühlluftstrom an und das durch einen Punkt dargestellte Symbol den inneren. Bei jeder Kühlrippe grenzen die inneren Flächen zusammen mit einem entsprechenden Teil der äußeren Zylinderfläche des Statorkerns einen Kühlkanal 17 für den inneren Kühimittelstrom ab. An den Enden der Hülle ist jede Kühlrippe radial nach innen auf ähnliche Weise verschlossen, wie der an den Statorkern anliegende Teil der Hülle, jedoch mit der Besonderheit, daß das Verschließen an den Hüllenenden mit Hilfe von besonderen hohlzylinderförmigen Schirmen 18 geschieht, die an der Innenseite der Hülle anliegen. Diese bestehen vorzugsweise aus Kunststoff oder anderem isolierenden Material. Zwischen dem einen Schirm 18 und dem en:sprcchenden Ende des Statorkerns liegt dann ein nicht verschlossener Teil der Kühlrippe 15, wobei sich eine Einlauföffnung 19 für den inneren Kühlmittelstrom bildet. Auf entsprechende Weise bildet sich eine Ausströmöffnung 20 für das durch den Kühlkanal 17 strömende Kühlmittel axial außerhalb des anderen Endes des Statorkerns.

An den Enden der Hülle sind die Kühlrippen auch in axialer Richtung verschlossen, z. B. indem die hohlen Wände der Kühlrippe tangential zusammengepreßt und zusammengeschweißt werden. Solche zusammengeschweißten Endpartien sind mit 21 bezeichnet und werden in F i g. 4 und 6 im Detail gezeigt.

Die Hülle 10 besteht aus einem Stahlblech, dessen Dicke von der Größenordnung 2 mm ist und d;is zu einem geeigneten Profil gewellt ist. Die in wärmeleitendem Kontakt mit dem Statorkern angeordneten Blechpartien 16 der Hülle sind direkt auf den Lamellen des Statorkerns festgeschweißl. und /war mitteis Lichtbogenschweißung mil Schutzgas, sogen. dasmeiallbogenschweißung mit Hilfe einer Reihe axial nacheinander angeordneter Schweißpunkte. Ein mit Regelkreis und Sollwertgeber für den Strom versehener Schweißgleichrichter wird verwendet. Dadurch, daß die feste

ίο Elektrode direkt auf der Hülle befestigt wird und die vorgeschobene, schutzgasumgebene Elektrode gegen das Blech gedrückt wird, kann ein Durchschmelzcn des Blechmaterials der Hülle stattfinden. Dabei erhält man einen Befestigungspunkt in Form einer Schmelzzone, in

is der Lamellen- und Blechmaterial zusammenschmelzen, und man erreicht eine große Zuverlässigkeit der Schweißverbindung ohne Risiko einer Beschädigung des Statorkerns. Die beim Festschweißen der gewellten Hülle entstehende Temperaturerhöhung des Blechpakets ist so niedrig, daß man ohne Gefahr einer Überhitzung der Isolierung die Hülle an einem fertiggewickelten Stator festschweißen kann. Dies ist sehr vorteilhaft, da das Umwickeln eines mit Hülle versehenen Stators schwierig ist.

Die Stützringe 9 sind an der Hülle auf dieselbe Weise festgeschweißt wie der Statorkern. und sie tragen je einen Lagerschild 8.

Die in Fig. 3 gezeigte Maschine unterscheidet sich von der oben beschriebenen praktisch nur dadurch, daß

3d die zusammengedrückten Partien 21 der Kühlrippen fehlen. Außerdem ist der linke Lagerschild mit Einlauföffnungen 22 verschen. Zwischen den Rippen passierende Kühlluft ist wie in F i g. 1 mit vollausgezogcnen Pfeilen angedeutet, und die gestrichelten Pfeile bezeichnen

j5 Kühlluft, die an den inneren Flächen der Kühlrippen entlangströmt.

In Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, eine wellenförmige Blechhülle an einem Statorkern zu befestigen, indem

4u man die Hülle an einem Blech/.ylinder 23 festschweißt, der in Fig. 8 gezeigt ist. Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei massiven Kühlrippen kann es bei den Kühlrippen gcmü3 der Erfindung vorteilhaft sein, diese mit radial nach außen zunehmender Breite auszuführen, wie dies z. B. Fig.9 und 10zeigt.

Mit der in Fig. IO gezeigten Ausführung erreicht man eine große wärmeabgirbondc Flüche der Kühlrippen sowie eine bessere Führung des axial gerichteten äußeren Kühlliiltstromes. Das letztere kann auch erreicht werden, indem man. wie in Fig. Il gezeigt, die Hülle mit einem festgeschweißten, an den Rippen anliegenden zylindrischen Schirm 24 versieht, der sich über einen überwiegenden Teil der Hüllcnlänge erstreckt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Luftgekühlte rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor mit Welle und Lager, mit einem den Rotor umgebenden Statorkern mit zylindrischem Jochring, mit einem Rotorkühlkanal, mit einer den Statorkern umgebenden Hülle aus Blech, das so geweih ist, daß es eine große Anzahl zusammenhängender, axial verlaufender, hohler Kühlrippen bildet, die direkt miteinander mittels zwischenliegender, in wärmeleitendem Kontakt mit der äußeren zylindrischen Seite des Statorkerns angeordneter Blechpartien verbunden sind und mit ihren inneren Flächen je einen axial verlaufenden, mit dem Rotorkühlkanal in Verbindung stehenden Kühlkanal begrenzen, mit Füßen, die mit der Hülle verbunden sind, und mit einer Schweißverbindung zwischen der Hülle und dem Jochring des Statorkerns, wobei sowohl diese Schweißverbindung als auch die Verbindung zwischen Hülle und Füßen das volle Maschinendrehmoment aufzunehmen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Wechselstrommaschine mit einem lameliierten, eine Nutcnwicklung tragenden Statorkern ist und daß die genannte Schweißverbindung zwischen Hülle und Jochring des Statorkerns dadurch gebildet wird, daß die genannten Blechpartien 16 in mehreren, zwischen den Enden des Statorkerns angeordneten lichtbogengeschweißten Befestigungszonen durchgeschmol/.cn und mit dem Statorkern zusammengeschmolzen sind.

   Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte rotierende elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine solche elektrische Maschine ist bekannt aus der AT-PS 1 70 537.

   Bei der aus der AT-PS 1 70 537 bekannten elektrischen Maschine übernimmt die der Kühlung dienende Wellblechhülle zugleich die Funktion des tragenden Gehäuses. Bei dieser Maschine besteht der Staiorkern jedoch zumindest teilweise aus massivem Eisen. Der Statorkern ist mit seinem massiven Jochring von innen her mit der Wellblechhülle verschweißt. Dabei liegen die Schweißstellen an den Stirnseiten des lochringes. so daß die Schweißverbindung aus einer Anzahl von Schweißstellen besteht, die geometrisch auf zwei umlaufenden Ringen liegen, wobei je ein Ring an jedem stirnscitigen Ende des Statorkernjochringes liegt. Diese bekannte Konstruktion ist für Weehselstrommaschinen mit einem lameliierten Jochring nicht verwendbar. Bei einem lameliierten Jochring sind die in axialer Richtung aneinandergrenzenden Lamellen trotz der axialen Zusammenpressung des lochringes geringfügig gegeneinander verschiebbar. Durch das Maschinendrehmoment werden Kräfte auf die Lamellen ausgeübt, die in Richtung der genannten gegenseitigen Verschiebbarkeit wirken. Da die auffangenden Reaktionskräfte von Wellblechmantel, welcher das auf dem Fundament verankerte Ständergehäuse bildet, nur an ilen äußersten stirnseiiigen Lamellen angreifen winden, könnten sich die dazwischenliegenden Lamellen des genuteten Statorkerns verschieben und ein Biegemoment auf die in den Nuten liegende Wicklung ausüben, welches die Isolierung der Wicklung beschädigen würde. Die bekannte Konstruktion ist auch nicht bei Statorkernen anwendbar, in weiche die Statorwicklung eingelegt werden muß, bevor die Weliblechhülle mit dem Statorkern verbunden werden kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Statorwickiüng mit Wickelmaschinen aufgebracht wird. In diesen Fällen würde einerseits die Wicklung den Zugang zu den Schweißstellen am Jochring behindern, und andererseits würde die Wicklung durch die Schweißhitze zerstört werden.

   ίο Bei anderen, z. B. aus der CH-PS 3 37 266 bekannten Konstruktionen werden die hohlen Kühlrippen einer Wellblechhülle ausschließlich als Kühlanordnung verwendet und haben keine nennenswerte Bedeutung für die mechanische Festigkeit und Tragfähigkeit der elektrischen Maschine. Der Zusammenhalt des Blechpakets, die Übertragung der statischen und dynamischen Kräfte auf das Fundament und die Aufnahme der auf den Achszapfen wirkenden Kräfte erfolgt bei diesen bekannten Maschinen durch das eigentliche Statorgehäuse. Es sind mehrere starke, längsgehende Baiken vorhanden, die mit zwei radial äußeren Ringen und mit den Preßringen des Statorkerns verschweißt sind.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Verwendung der Wellblechhülle als tragendes Gehäuse auch bei einer Wechselstrommaschine mit einem genuteten und vollständig lamellierten Statorkern verwendet werden kann, und zwar auch dann, wenn die Wicklung vor Verschweißung des Stalorkerns mit der Wellblechhülle eingelegt werden muß.

   Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches vorgeschlagen, welche die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale hat.

   Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Wellblechhülle in verschiedenen Zonen zv/ischen den axialen Enden des Siatorkerns durchgeschmolzen und mit dem Statorkern zusammengeschmolzen wird, ist eine gegenseitige Verschiebung benachbarter Lamellen durch das von der Maschine entwickelte Drehmoment nicht mehr möglich. Dadurch, daß die Schweißverbindung durch ein Durchschmclzen der Wellblechhülle in bestimmten Zonen hergestellt wird, kann die Schweißoperation von der Außenseite der Wellblechhülle vorgenommen werden, so daß eine bereits in den Nuten des Stitorkerns liegende Wicklung weder den Schweißvorgang räumlich behindert, noch die Gefahr besteht, daß die Wicklung durch die Schweißhitze beschädigt wird.
   Dank der Erfindung kann auch bei einer Wechselstrommaschinc mit lamclliertem Statorkern das Statorgehäuse aus einem Wellblechmantel bestehen, der einerseits eine in kühltechnischer Hinsicht günstige Rippenform hat und andererseits eine solche Blechstärke hat, daß das volle Drehmoment vom Statorkern über die gewählte Schweißverbindung auf die Wellblechhülle und von dieser über die Füße auf das Fundament übertragen werden kann.

   Anhand der in den Figuren dargestellten Ausfüh-W) rungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. F.s zeigt

   Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht und teilweise im Schnitt gemäß der Linie Il in F i g. 2.

   b^r> F ig· 2 einen Querschnitt des Stators längs der Linie M-Il in F i g. I. Es handelt sich in beiden Figuren um eine Drehsiromniaschinc mit Kurzschlußläufer in gekapselter Bauart,