DE2552920A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Description

Elektrische Maschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, bestehend aus einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator aus in axialer Richtung verlaufenden Blechen zusammengesetzt ist, und betrifft insbesondere die Kühlung dieser Maschine.

Die konventionellen elektrischen Maschinen bestehen im wesentlichen aus einem Stator, in dem ein Rotor drehbar über Lager und Lagerträger im Stator oder im Statorgehäuse gelagert ist. Sowohl der Stator als auch der Rotor sind in der Regel lamelliert ausgebildet, d. h. sie bestehen aus Blechen, die fest zusammengepreßt und senkrecht zur axialen Richtung angeordnet sind. Ferner sind Stromleiter im Stator und im Rotor vorgesehen.

Elektrische Motoren dieser Art haben eine beschränkte Leistungsfähigkeit, die in erster Linie von der Wärme abhängig ist, die sowohl im Rotor als auch im Stator erzeugt wird und die auf irgendeine Weise abgeführt werden muß. Die Wärme, die in dem Stator erzeugt wird, bereitet dabei weniger Schwierigkeiten, weil der Stator leicht zu kühlen ist, z. B. durch die Anordnung von KUhlrohren für Wasserkühlung um den Stator herum. Beim Rotor jedoch muß fast die gesamte erzeugte Wärme durch Strahlung von seiner zylindrischen Mantelfläche auf die zylindrische Bohrungsfläche des Stators übertragen werden. Nur ein geringer Anteil, etwa 10 - 20 %, der Rotorwärme wird über die Rotorwelle oder die Endflächen des Rotors abgeleitet. Der Grund dafür, daß so wenig Wärme über die Rotorenden abgeführt wird, liegt natürlich darin, daß die Bleche gegeneinander isoliert sind, so daß ein wirkungsvoller Wärmetransport zwischen den Blechen nicht vorkommen kann.

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Eine Kühlung des Rotors durch die die Mantelfläche umgebende Luft ist normalerweise nicht möglich. Dies hängt davon ab, daß der Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator, der in der Regel so klein wie möglich gehalten wird, nur von der Größe einiger Zehntel eines Millimeters ist, was bedeutet, daß nicht genügend Kuhlluft durch diesen engen Spalt hindurch streichen kann.

Der überwiegende Teil der Rotorwärme muß folglich über die zylindrische Mantelfläche des Rotors abgestrahlt und durch die Statorzähne aufgenommen werden. Ein Wärmetransport zwischen den Statorzähnen liegt nicht vor, weil die wärmeerzeugenden Wicklungen in der Regel von einer Isolation aus Kunststoff umgeben sind. Die Wärme, die von den Statorzähnen aufgenommen wird, muß über die Eisenbleche an die Umgebung geleitet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der durch eine verbesserte Kühlung, auch des Rotors, die Leistungsfähigkeit erhöht werden kann.

Zur Lösung dieses Problems wird nach der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, besondere Kühlvorrichtungen zwischen den Statorblechen in der Nähe der Statorbohrung anzuordnen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können diese Kühlvorrichtungen aus Stäben aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. Aluminium, bestehen.

Durch die Anordnung von besonderen Kühlvorrichtungen zwischen den Statorblechen kann die von der Mantelfläche des Rotors abgestrahlte Wärme leichter aufgenommen und nach außen abgeführt werden. Vorteilhafterweise stehen die Stäbe seitlich über den Statorkern vor und die Enden werden durch Luft gekühlt.

Es ist auch möglich, die Kühlvorrichtungen als Rohre oder Kanäle

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I.

für einen durch diese hindurchfUhrenden Luftstrom auszubilden, wobei diese Kanäle gegenüber dem Rotor abgeschlossen sind. Diese Kanäle können durch Rohre gebildet werden, die über das Statorblechpaket vorstehen, sie können aber auch aus einfachen Ausnehmungen im Statorkern bestehen, die durch Blechstreifen od. dgl. gegenüber dem Rotor abgedeckt sind.

Vorzugsweise kann ein Ende jedes Rohres im Bereich der Statorenden nach innen zur Statorbohrung und das andere Ende nach außen von der Statorbohrung wegweisend offen sein. Auf diese Weise wird ein kontrollierter Luftstrom durch den Stator erzeugt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher besehrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 in der unteren Bildhälfte die Endflächen des Stators einer konventionellen elektrischen Maschine und in der oberen Bildhälfte die Endfläche des Stators nach der Erfindung,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel naoh der Erfindung.

Wie bereits erwähnt, ist in Fig. 1 in der unteren Bildhälfte die Endfläche eines konventionellen Stators gezeigt. Der Stator ist durch die Bleche 1 gebildet, zwischen denen die Wicklungen 2 angeordnet sind. Die Wärme vom Rotor 3» der ebenfalls aus Blechen aufgebaut ist, wird an die Mantelfläche des Stators geleitet und strahlt dann durch den Luftspalt 4 gegen die Statorzähne 5 ab, wie durch Pfeile dargestellt ist. Eine Wärmeabsorption zwischen den Zähnen erfolgt nicht und die Wärme, die von den Endflächen der

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Zähne aufgenommen wird, muß über die Einschnürung 6 nach außen auf das Statorjoch übertragen werden. Diese Einschnürung 6 der Statorzähne beeinflußt den Wärmetransport sehr ungünstig.

In der oberen Bildhälfte von Fig. 1 sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und zur Vereinfachung in ein und demselben Stator angeordnet. Der Stator besteht aus axial verlaufenden Blechen J, die in Richtung auf den Rotorraum umgebogen sind. Um die Zeichnung nicht unnötig kompliziert zu machen, sind die Wicklungen der Einfachheit halber weggelassen.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind Stäbe 8, Rohre 9 und 10 oder einfache Platten 11 zwischen den Enden der Statorbleche 7 in der Nähe der Statorbohrung vorgesehen. Die Stäbe 8 stehen nach außen über die Statorendflächen vor und werden von Luftströmen 12 umspült. Die"Wärme, die teilweise im Stator, teilweise im Rotor erzeugt worden ist und die auf den Stator abgestrahlt wurde, wird dabei in axialer Richtung aus dem Stator heraus abgeführt. Es ist zu beachten, daß die gesamte Innenfläche des Stators gegenüber dem Rotorraum durch wärmeableitende Elemente bedeckt ist, so daß die die Wärmestrahlung aufnehmende Fläche sehr groß ist.

Anstelle der Stäbe 8 können auch Rohre 9 angeordnet werden. Diese Rohre 9 können natürlich als Wärmeübertrager dienen und an den Außenflächen in gleicher Weise wie die Stäbe 8 gekühlt werden. Eine effektivere Kühlung wird jedoch erreicht, wenn Luft durch die Rohre hindurchgeblasen wird, wie es durch den Pfeil 13 angedeutet ist.

Die Rohre können an den Enden geschlossen sein und dafür eine Öffnung l4 in Richtung auf den Rotorraum aufweisen, wie es in Bezug auf das Rohr 10 dargestellt ist. Wenn ein Luftstrom erzeugt werden soll, muß in diesem Fall die zweite Öffnung 14 am anderen Ende des Rohres nach außen vom Rotorraum wegweisend angeordnet sein. Durch solch eine Anordnung tritt eine natürliche Wärmeübertragung - hervorgerufen

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durch die GebläseflUgel - ein. Wenn gewünscht, können die Öffnungen bei benachbarten Rohren abwechselnd nach innen und außen gerichtet sein, eo daß die Rohre abwechselnd gegeneinander durchflossen werden.

Die vielleicht einfachste Ausführung der Erfindung besteht darin, die Öffnungen der Endflächen des Statorkerns durch Platten 11 abzudecken. Durch das Einblasen von Luftströmen I5 durch die so gebildeten Kanäle kann dieselbe Wirkung erreicht werden wie mit den Rohren 9 und 10. Die Innenfläche der Kanäle ist vorzugsweise durch Kunststoff 16 gebildet, der als Bindemittel für die Statorbleche dient.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem wärmeleitende Stäbe 8 zur Kühlung verwendet werden. Die Rotorwelle ist hier mit VJ, die mit Öffnungen für den Luftstrom versehenen Lagerträger mit l8, die Kühlflügel mit I9 und die Wicklungen mit 20 bezeichnet.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind beachtlich. Erstens wird die Wärmeabstrahlung vom Rotor auf den Stator durch eine größere wärmeaufnehmende Oberfläche und eine bessere Kühlung dieser Fläche verbessert. Zweitens wird der Wärmetransport dadurch wesentlich verbessert, daß die Wärme in axialer Richtung aus dem Inneren des Stators abgeführt wird. Auf diese Weise kann ein höherer Wirkungsgrad aus einer vorgegebenen elektrischen Maschine verglichen mit einer entsprechenden konventionellen Maschine erzielt werden, weil die beeinflussenden Faktoren, in erster Linie die Temperatur in den Lagern und in den Wicklungsisolationen, sehr viel niedriger sind.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die dargestellten AusfUhrungsbeispiele, sondern kann innerhalb des Erfindungsgedankens auf verschiedene Weise abgewandelt werden.

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Claims (5)

1. SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, I9. Nov. 1975

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   Patentansprüche

   Elektrische Maschine, bestehend aus einem Stator und einem
   ^—S Rotor, wobei der Stator aus in axialer Richtung verlaufenden Statorblechen zusammengesetzt ist, gekennzeichnet durch Kühlvorrichtungen (8, 9* 10, 11), die zwischen den Statorblechen (7) in der Nähe der Statorbohrung angeordnet sind.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtungen aus Stäben (8) aus wärmeleitendem
   Material, wie z. B. Aluminium bestehen.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtungen aus Rohren (9, 10) bestehen.
4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtungen aus in axialer Richtung verlaufenden

   • Kanälen im Bereich der Innenfläche des Stators bestehen, die durch Platten (11) od.dgl. zum Rotorinnenraum hin abgeschlossen sind.
5. 5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtungen (8, 9* 10, 11) über die Statorendflächen in axialer Richtung vorstehen.

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