DE2506184B2

DE2506184B2 - Durchzugsbelueftete gleichstrommaschine

Info

Publication number: DE2506184B2
Application number: DE19752506184
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki; Motegi Shoji; Hitachi Yamashita (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1976-12-02
Also published as: JPS50111506A; DE2506184A1; JPS5646342B2; DE2506184C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durchzugsbelüftete Gleichstrommaschine mit einem auf der Rotorwelle innerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Ventilator, mit einer Bürstenhalterung, deren Bürsten auf einem Kommutator schleifen und die eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem inneren, den Kommutator, die Wicklungen und den Ventilator enthaltenden Raum über Spalte an je einer Seite der Bürsten aufweist.

Eine derartige durehzugsbelüftete Gleichstrommaschine ist aus der US-PS 16 23 84b bekannt.

Bei dieser bekannten Gleichstrommaschine ist /wischen Bürsten und Bürstenhalterung ein Spalt vorhanden, durch den die Kühlluft einströmt. Der Innenraum, der den Anker, also auch den Kommutator, die Wicklungen und den Ventilator enthalt, steht nur über diesen Spalt mit der Atmosphäre in Verbindung. Wenn nicht mit einem enorm hohen Kühlluftdurchsatz gearbeitet wird, ist es bei dieser Maschine nicht zu vermeiden, daß am Kollektor über die Spalte zwischen den Bürsten und der Bürstenhalterung bereits erheblich erwärmte Kühlluft eintritt, so daß sich im Bereich der Bürsten am Kommutator Warmluftnester bilden und so eine gleichmäßige Kühlung nicht sichergestellt werden kann.

Bei einer anderen bekannten durchzugsbelüfteten Gleichstrommaschine (DT-PS 8 54 970) sind an den Bürstenhaltern Leitwände angebracht, so daß ein Teil der jeweils von außen zuströmenden Luft gezwungen wird, entlang der Bürstenhalter zum Kommutator und entlang des Kommutators zu strömen. Dabei werden aber die Bürsten selbst nur bedingt durch die Kühlluft erfaßt, ferner ergibt sich ein komplizierter Aufbau.

Bei einer bekannten Schleifringanordnung (DT-OS 21 23 278) sind zwischen den einzelnen Bürstenreihen in etwa radial gerichtete Absaugkanäle vorgesehen, deren Absaugöffnungen sich im Bereich der Bürstenfüße befinden und über die Luft, die entlang der Bürstenhalter zuströmt, in einen Sammelkanal mittels einer Unterdruckquelle abgeführt wird. Es erfolgt dabei keine axiale Strömung entlang des Kommutators und auch nicht entlang der Wicklungen. Da die bekannte Kühlung für Turbogeneratoren mit hoher Leistung und hoher Spannung verwendet werden soll, soll so jede Verschmutzung durch Graphitstaub und damit das Entstehen von Kriechwegen vermieden werden. Für kleinere Maschinen wäre der Aufwand zu groß und die fehlende Kühlung der Wicklung von Nachteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichstrommaschine der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei der bei einfachstem Aufbau eine völlig gleichmäßige Kühlung aller Teile erreichbar ist und Warmluftnester grundsätzlich vermeidbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer durchzugsbelüfteten

Gleichstrommaschine der eingangs genannten An dadurch gelöst, daß der innere Raum zusätzlich über

eine Öffnung in der Wandung des Maschinengehäuses mit der Atmosphäre verbunden ist.

Der mit der Erfindung gegenüber dem oben ίο aufgezeigten Stand der Technik eriJelbare technische Fortschritt besteht in einer ausreichenden und völlig gleichmäßigen Kühlung der gesamten Gleichstrommaschine und vor allem der Bürsten und dann der Bürstenhalter auch von außen bei einem Minimum an Kühlluftdurchsatz und ist mit einem Minimum von Verlustleistung erreichbar. Dieser wesentliche Vorteil wird dann noch mit einem Minimum an Aufwand erreicht, da keinerlei zusätzliche Einrichtungen od. dgl. notwendig sind.

Jo Ausführungsformen der erfindungsgemäßen durchzugsbelüfteten Gleichstrommaschine werden anhand der Zeichnung beschrieben. Fs zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Gleichstrommaschine in einer ersten Ausführungsfo^rm,

*5 F i fc. 2 eine Schaubilddarstellung der Beziehung zv.'isehen der Temperatur der Bürsten und dem Ventilations-Luftvolumen einer Gleichstrommaschine nach dem Stande der Technik und der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Maschine gemäß Fig. 1.

y> F i g. 3 einen Teilaxialschnitt in etwas vergrößertem Maßstab durch die wesentlichen Teile einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 einen Teilaxialschnitt in etwas vergrößertem Maßstab durch wesentliche Teile einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und

F i g. 5 einen Teilaxialschnitt in etwas vergrößertem Maßstab durch die wesentlichen Teile einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 1 sind an beiden Enden des Maschinengehäuses 20 Lagerschilder 1 und 2 vorgesehen, in denen Lager 4 und 5 einer Rotorwelle 3 angeordnet sind. An der Seite des Lagerschildes 1 ist der Raum, in dem die Bürsten 8 angeordnet sind, in einen äuß°ren Raum 12Λ an der Seite der »Köpfe« der Bürsten 8 und einen inneren Raum 125, der nach der Seite des Kommutators 7 liegt unter Benutzung einer Trennwand 30 unterteilt die gleichzeitig als Bürstenhalterung 6 dient. Die zwei Räume 124 und 12ß werden miteinander lediglich durch die Spalte 9 in Verbindung gehalten, die zwischen dem inneren Umfang der Bürstenhalter 6 und je einer Seitenfläche jeder Bürste 8 vorgesehen sind. Ein Endteil der Trennwand 30, der an der Seite der Feldspule 13 liegt, ist mit einem Ende des Maschinengehäuses 20 verbunden. Eine Abdeckung 10 deckt den äußeren Raum HA nach außen ab. Der innere Raum MB steht über den Luftspalt 16, der zwischen der Wicklung 13. den inneren Feldpolen 14 und dem äußeren Umfang der Ankerwicklung ausgebildet ist, mit dem inneren Raum 17 vor dem Lagerschild 2 und weiter über eine Abluftöffnung 18 im Maschinengehäuse mit der Atmosphäre in Verbindung. Im Raum 17 befindet sich der mit der Rotorwelle 3 drehfest verbundene Ventilator 19.

Der Lagerschild 1 enthält eine Lüftungsöffnung 21. die den äußeren Raum 12Λ mit der Atmosphäre unmittelbar in Verbindung bringt, und eine zusätzliche Öffnung 22, die den inneren Raum 12Ö in Verbindung

mit der Atmosphäre hält Ferner sind Stromzuleitungen 23 zu den Bürsten 8 vorhanden. In der Abdeckung 10 ist keine Lüftungsöffnung angeordnet

Läuft nun die Weile 3 und damit der Ventilator 19 um, so wird ein Kühlluftstrom B durch die Lüftungsöffnung 21 in den äußeren Raum 12Λ und durch die Spalte 9 gegen Teile der Bürsten 8 und des Kommutators 7 gerichtet So werden die seitlichen Flächen der Bürsten β, die Teile der Bürsten 8 und des Kommutators die in SchleifberChrung miteinander sind, und andere Teile in ihrer Umgebung durch den Luftstrom Bgekühlt

Ein Kühlluftstrom Cwird durch die Öffnung 22 in den inneren Raum 12S eingesaugt Er strömt längs der äußeren Oberflächen der Bürsten, die von der Bürstenhalterung 6 gehalten werden, und des äußeren Umfangs des Kommutators 7. Der auf den Kommutator 7 auftreffende Luftstrom B wird aufgeheizt Der Luftstrom C bewirkt nun, daß der Luf»strom B seine Wärme an ihn abgibt und mit ihm zu einem Luftstrom D wird, der durch den Luftspalt 16 und die Abluftöffnung 18 abströmt, also in die Atmosphäre. Vorzugsweise ist die Öffnung 22 in ihren Außen-Abmessungen etwas größer als der äußere Durchmesser des Kommutators, um so die Wirksamkeit, mit der der Luftstrom Can dem äußeren Umfang des Kommutators 7 vorbeiströmt, /u erhöhen.

Aus der vorgegangenen Beschreibung ergibt sich, daß die Wirkung fur das Kühlen der Bürsten 8 verdoppelt wird, weil diese nicht nur längs ihres inneren U: lfangs bzw. ihrer Innenfläche durch den Luftstrom B gekühlt werden, sondern auch längs ihrer Außenfläche durch den Kuhlluftstrom C. Die Wirksamkeit, mit der der Kommutator 7 gekühlt wird, ist ebenfalls vergrößert, weil er sowohl durch den Kühllufistrom B als auch den Kühlluftstrom C gekühlt wird. Weiterhin werden die Wicklung 13 der Feldpole 14 und die Ankerwicklung 15 durch den Luftstrom D gekühlt. So können sämtliche Luftströme ohne Verluste ausgenutzt werden.

Die Erfindung wurd.» so erläutert, daß Luftströme durch die öffnungen 21 und 22 eingeführt und die gleichen Luftströme durch die Lüftungsöffnung 18 abgeführt werden. Es sei jedoch darauf verwiesen, daß die gleiche Kühlwirkung gemäß der Erfindung erreicht werden kann, wenn man einen Luftstrom durch die Lüftungsöffnung 18 einführt und diesen Luftstrom durch die Öffnungen 21 und 22 in Form zweier Luftströme abführt. Wenn dies der Fall ist, bewegt sich ein Luftstrom E, der durch die Lüftungsöffnung 18 in die Gleichstrommaschine eingesaugt wird, auf dem gleichen Wege wie der Luftstrom D, aber in entgegengesetzter Richtung; er teilt sich auf in einen Luftstrom fin einer Richtung entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Luftstromes B und einen Luftstrom G in einer entgegengesetzten Richtung zu der Bewegungsrichtung des Luftstromes C Da die Spalte 9 einen großen Widerstand für den Luftstrom bildet, neigt der Luftstrom F dazu, relativ kleinen Durchsatz zu haben. Um diesen Nachteil zu beheben, kann der Durchlaß-Querschnitt der öffnung 22 verringert werden, um ihren Widerstand gegenüber einem Luftstrom zu vergrößern. Auf diese Weise wird sich der Durchsatz des Luftstroms F erhöhen. Es dürfte klar sein, daß selbst, wenn die Luftströme Bund Cin die Gleichstrommaschine über die öffnungen 21 und 22 eingeführt werden, die Luftmenge, die durch die Spalte 9 strömt, durch

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geeignetes Bemessen der Größe der öffnungen 2t und

65 22 eingestellt werden kann.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß mit der Belüftungsausbildung des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 die Temperatur der Bürsten um ungefähr 20 % verringert werden kann im Vergleich zu der Temperatur der Bürsten üblicher Gleichstrommaschinen, wenn die anderen Bedingungen gleich bleiben. Die Temperaturen in unterschiedlichen Teilen eiaer Bürste können ebenfalls verringert werden, wenn die Belüftungsanordnung gemäß der Erfindung in einer Gleichstrommaschine angewendet wird. Für z. B. eine Bürstenstromdichte von 15 A/cm² und einen Luftdurchsatz von 5,75 m^/min betragen die Temperaturen des Kopfes der Bürste, des unteren Teiles der Bürste auf der Kommutatorseite und der Stromzuleiiungen zu den Bürsten bei einer bekannten Gleichstrommaschine 100° C, 140° C und 90° C. Die entsprechenden Werte waren unter den gleichen Betriebsbedingungen bei der Gleichstrommaschine gemäß der Erfindung 80° C, 110° C und 60° C.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist die Abdei. Rung 10 fur die Köpfe der Bürsten 8 an einer Seite an dem Lagerschild 1 befestigt, um den Kühlluftstrom B zu steuern. Die Anwendung der Abdeckung 10 erhöhl den äußeren Durchmesser des Abschnitts der Gleichstrommaschine an der Außenseite der Bürsten. Um eine besonders gedrängte Bauart zu erzielen, kann lediglich eine Kappe 10Λ als Abdeckung für die Köpfe der Bürsten 8 dienen. Sie ist mit einer Lüftungsöffnung 24 versehen, um den Innenraum der Kappe iOA in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre zu halten. Ein Filter 25 ist in die Lüftungsöffnung 24 eingesetzt. Da keine große Abdeckung 10 verwendet wird, ist es hier möglich, den Außendurchmesser desjenigen Abschnitts der Gleichstrommaschine zu verkleinern, in dem die Bürsten 8 angeordnet sind. Der Kühlluftstrom B wird in die Gleichstrommaschine durch die Lüftungsöffnung 24 eingeführt, die in der Kappe 10/4 vorgesehen ist. und trifft nach Durchströmen der Spalte 9 auf den Kommutator 7. Fs kann derselbe Kühleffekt erreicht werden wie in der ersten Ausführungsform. Vorzugsweise ist die Kappe 10.4 aus Kunstharz, Gummi oder anderem Isolierstoff hergestellt, um elektrische Schläge zu vermeiden.

Fig.4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Gleichstrommaschine in offener Bauart. Diese hat keine Abdeckung 10 oder Kappe 1OA Bei dieser werden Kühlluftströme direkt durch die Spalte 9 zwischen der Bürstenhalterung 6 und den Bürsten 8 hindurch eingeführt.

F i g. 5 zeigt eine vierte Ausfühmngsform der Erfindung, bei der eine vertikale Trennwandplatte die den außerhalb der Bürstenhalterung 6 liegenden äußeren Raum 12/\ von der Wicklung 13 trennt, an einer Abdeckung 28 befestigt ist (in der ersten Ausfühmngsform nach F i g. 1 ist der Endteil oder vertikale Teil der von der Bürstenhalterung 6 gebildeten Trennwand am Maschinengehäuse 20 befestigt). Die Abdeckung 28 ist mit einer Lüftungsöffnung 27 versehen, in die ein Filter 26 eingebaut ist.

Bei der Ausfühmngsform gemäß Fig. 5 erfolgt das Kühlen der Bürsten und des Kommutators mit der gleichen guten Wirkung wie bei den vorher erwähnten Ausführungsformen. Ein zusätzlicher Vorteil liegt in der Leichtigkeit, mit der Wanungsarbeiten durchgeführt werden können, weil die Bürstenhalterung6 unabhängig vom Maschinengehäuse 20 ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

^% Durchzugsbelüftete Gleichstrommaschine mit einem auf der Rotorwelle innerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Ventilator, mit einer Bürstenhalterung, deren Bürsten auf einem Kommutator schleifen und die eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem inneren, den Kommutator, die Wicklungen und den Ventilator enthaltenden Raum über Spalte an je einer Seite der Bürsten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Raum (12fl) zusätzlich über eine öffnung (22) in der Wandung des Maschinengehäuses mit der Atmosphäre verbunden ist.