DE2719121A1

DE2719121A1 - Revolving field DC generator - has closed, heat absorbing tubes in rotor, filled with volatile liquid and fitted with cooling fins

Info

Publication number: DE2719121A1
Application number: DE19772719121
Authority: DE
Inventors: Akira Kawamura
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1977-11-03
Also published as: JPS52132310A

Abstract

The machine has a rotor shaft on which a number of field poles is mounted. A yoke surrounds the rotor, and an armature core is inside the yoke. Armature winding is connected to a commutator. There is a large number of closed, heat absorbing tubes (12, 13). The tubes are embedded in the yoke (6). Their outer ends project into the atmosphere and are provided with cooling ribs (14). Each tube is evacuated and is partly filled with a volatile liquid, and heat transfer may take place by evaporation and condensation of the liquid.

Description

Drehfeld-GleichstromdynamomaschineRotating field direct current dynamo machine

Die Erfindung betrifft eine Drehfeld-Gleichstromdynamomaschine mit einem Rotor und einer Welle, auf der eine Anzahl von Feldpolen befestigt ist, mit einem den Rotor umgebenden Joch und einem Ankerkern, der an der Innenseite des Jochs angebracht ist, mit einer für den Ankerkern vorgesehenen Wicklung und mit einem Kommutator, dessen Lamellen elektrisch mit der Ankerwicklung verbunden sind.The invention relates to a rotating field direct current dynamo machine a rotor and a shaft on which a number of field poles are attached a yoke surrounding the rotor and an armature core on the inside of the yoke is attached, with a winding provided for the armature core and with a Commutator, the lamellas of which are electrically connected to the armature winding.

Im Unterschied zu einer üblichen Drehanker-Gleichstrommaschine ist die Kühlung einer Drehfeld-Gleichstrommaschine besser, da das zylindrische Joch im direkten Kontakt mit dem Ankerkern steht. Dies ist auch der Grund dafür, daß eine Drehfeld-Gleichstrommaschine kompakter und daher mit kleineren Abmessungen als eine Drehanker-Gleichstrommaschine konstruiert werden kann. Jedoch ist dabei von Nachteil, daß die Kühlung durch die natürliche oder verstärkte Luftzirkulation über das Joch begrenzt ist.In contrast to a conventional rotating armature DC machine, the cooling of a rotating field DC machine is better because the cylindrical yoke is in direct contact with the anchor core. This is also the reason that a rotating field DC machine more compact and therefore with smaller dimensions can be constructed as a rotating armature DC machine. However, there is disadvantageous that the cooling by the natural or increased air circulation is limited by the yoke.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehfeld-Gleichstromaynamomaschine mit verbesserter Kühlung und mit entsprechena kompakterer Bauweise zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide a rotating field direct current ama machine to create with improved cooling and a corresponding more compact design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anzahl von verschlossenen, wärmeabsorbierenden Rohren in dem Joch eingebettet sind und sich in axialer Richtung der Dynanaaaschine erstrecken, daß die äußeren Enden der wärmeabsorbierenden Rohre in die Atmosphäre ragen und mit Wärme abstrahlenden Kühlrippen versehen sind und daß jedes wärmeabsorbierende Rohr evakuiert und teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefüllt ist.This object is achieved according to the invention in that a number of sealed, heat-absorbing tubes are embedded in the yoke and extend in the axial direction of the Dynanaa machine that the outer ends of the heat-absorbing tubes protrude into the atmosphere and with heat-radiating cooling fins are provided and that each heat-absorbing tube is evacuated and partially with a vaporizable liquid is filled.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 5 ersichtlich.The further embodiment of the invention is made up of the features of Claims 2 to 5 can be seen.

Im folgenden wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert, wobei die Zeichnungen zeigen, in Figur 1 - eine Längsschn * tansicht1 einer Ausführungsform der Erfindung, und in Figur 2 - eine Querschnittsansicht der Dynamomaschine nach Figur 1 längs der Linie II-II.The following is based on an embodiment shown in the drawings the invention explained in more detail, the drawings show, in Figure 1 - a longitudinal section * tansicht1 an embodiment of the Invention, and in Figure 2 - A cross-sectional view of the dynamo machine according to Figure 1 along the line II-II.

Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie bei einem Drehfeld-Gleichstrommotor angewandt wird, dar, der ein äußeres zylindrisches Teil 6 umfaßt, das den äußeren Umfangsrahmen oder das Joch des Motors bildet, sowie einen Ankerkern 10, der aus einer Lage von Silizium-Stahlblechen oder aus einem gesinterten Magnetkörper besteht, der an der Innenseite des Joches 6 befestigt ist und einem Kommutatorhaltering 17, der einen Kommutator 16 hält und gleichfalls an der Innenseite des Joches 6 angebracht ist.The drawings illustrate an embodiment of the invention as they do is applied to a rotating field direct current motor, which has an outer cylindrical Part 6 which forms the outer peripheral frame or yoke of the motor, as well as an anchor core 10, which consists of a layer of silicon steel sheets or from a sintered magnetic body which is attached to the inside of the yoke 6 and a commutator holding ring 17 which holds a commutator 16 and also stops the inside of the yoke 6 is attached.

Der Ankerkern 10 ist mit einer Anzahl von Schlitzen 30 für die Aufnahme einer Ankerwicklung 11 versehen. Die Schlitze 30 sind in Axialrichtung des Motors um einen bestimmten Abstand abgeschrägt, um die Pulsationen der induzierten elektromotorischen Kraft, bewirkt durch die Drehung des Rotors, abzuschwächen.The anchor core 10 is provided with a number of slots 30 for receiving it an armature winding 11 is provided. The slots 30 are in the axial direction of the motor beveled by a certain distance to the pulsations of the induced electromotive The force caused by the rotation of the rotor is weakened.

Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Rotor vier Pole, die durch die Polschuhe 9a und 9b, Permanentmagnete 8a und 8b gebildet sind, die eine größere Axiallänge als der Ankerkern 1o aufweisen und auf einer magnetischen Nabe 7 befestigt sind, die auf einer Welle 1 montiert ist.In this embodiment, the rotor comprises four poles through the Pole shoes 9a and 9b, permanent magnets 8a and 8b are formed, which have a larger Have an axial length than the armature core 1o and fastened on a magnetic hub 7 which is mounted on a shaft 1.

Obgleich die Gesamtzahl der Leiter der Ankerwicklung 11 durch die Nennleistung des Motors bestimmt wird, ist im vorliegenaen Fall die Ankerwicklung aus einer Anzahl von Sätzen von Ankerspulen gebildet, deren Zahl durch die Zahl der Schlitze und die Zahl der Kommutatorlamellen des Kommutators 16 festgelegt ist, so daß jeder Schlitz Ankerspulenseiten enthält, deren Anzahl gleich der doppelten Zahl der Ankerspulensätze ist.Although the total number of conductors of the armature winding 11 by the The nominal power of the motor is determined, in this case the armature winding formed from a number of sets of armature coils, whose number is represented by the number the slots and the number of commutator segments of the commutator 16 are fixed, so that each slot contains armature coil sides, the number of which is equal to twice that Number of armature coil sets is.

Wie es im Stand der Technik bekannt ist, besteht der Kommutator 16 aus einer Anzahl von radialen Kommutatorlamellen, die mit Isolatoren überlappt sind. Der Qere Umfang des Kommutato - ;t in einem Isolationsring eingeformt, der von dem Kommutatorhaltering 17 aufgenommen wird.As is known in the art, commutator 16 consists from a number of radial commutator bars which are overlapped with insulators. The Qere extent of the commutato -; t molded into an isolation ring, which is received by the commutator retaining ring 17.

Endplatten 4 und 5 sind an den gegenüberliegenden Enden des Joches 6 befestigt und Lager 2 und 3 sind in ae Mittelteilen der Endplatten 4 und 5 vorgesehen, um die Welle 1 des Rotors drehbar abzustützen.End plates 4 and 5 are on opposite ends of the yoke 6 fixed and bearings 2 and 3 are provided in ae middle parts of the end plates 4 and 5, to rotatably support the shaft 1 of the rotor.

Eine Bürstenhalterung 18, hergestellt aus einem Isolationsmaterial und ein Schleifringhalter 20 sind an der Welle 1 in einem Raum zwischen dem Kommutator 16 und der Endplatte 5 befestigt. Falls es erwünscht ist, können die Bürstenhalterung 18 und der Schleifringhalter 20 als eine integrale Einheit ausgebildet sein. Schleifringe 21 und 22 sind am Umfang des Schleifringhalters 20 angebracht und stehen im Kontakt mit den Bürsten 24 und 25, die durch einen Bürstenhalter 23 getragen werden und gegen die Schleifringe mit Hilfe von nicht dargestellten Federeinrichtungen gedrückt werden.A brush holder 18 made of an insulating material and a slip ring holder 20 are on the shaft 1 in a space between the commutator 16 and the end plate 5 attached. If desired, you can use the brush holder 18 and the slip ring holder 20 can be designed as an integral unit. Slip rings 21 and 22 are attached to the periphery of the slip ring holder 20 and are in contact with the brushes 24 and 25 carried by a brush holder 23 and pressed against the slip rings with the aid of spring devices, not shown will.

Die Bürstenhalterung 18 ist mit einer Anzahl von Bürsten 19a und 19b ausgerüstet, deren Zahl gleich der Zahl der Feldpole ist. Diese Bürsten erstrecken sich in der Axialrichtung des Motors und drücken gegen die Seitenflächen der Kommutatorlamellen mit Hilfe von nicht gezeigten Federeinrichtungen. Werden die Schleifbürsten 24 und 25 an eine nicht dargestellte Gleichstromquelle angeschlossen, fließt ein Ankerstrom durch die Bürsten 24, 25, die Schleifringe 21, 22, die Leiter L1, L3, die strichpunktiert eingezeichnet sind, und die Bürsten 19a und 19b, wobei die Ankerwicklung ein Drehfeld erzeugt, das den Rotor in Drehung versetzt.The brush holder 18 is provided with a number of brushes 19a and 19b equipped, the number of which is equal to the number of field poles. These brushes extend in the axial direction of the motor and press against the side surfaces of the commutator bars with the help of spring devices, not shown. Are the grinding brushes 24 and 25 connected to a direct current source, not shown, an armature current flows through the brushes 24, 25, the slip rings 21, 22, the conductors L1, L3, the dash-dotted lines are shown, and the brushes 19a and 19b, the armature winding having a rotating field generated that sets the rotor in rotation.

In Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen oder das Joch 6 eine Anzahl von axialen Löchern und abgeschlossenen, wärmeabsorbierenden Rohren 12 und 13 auf, die beispielsweise aus Kupfer bestehen, und eine geeignete Axiallänge besitzen, um in diese Löcher eingeschoben werden zu können. Beide Enden jedes wärmeabsorbierenden Rohres sind abgeschlossen und jedes Rohr ist evakuiert und mit m * ,e* flüssigkeitsabsorbierenden Material 32, zum Beispiel einem Docht- oder Filzmaterial, ausgelegt und teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit, wie Wasser, Alkohol oder dergleichen, gefüllt. Die inneren Enden der wärmeabsorbierenden Rohre 12 und 13 schließen nahe dem Zentrum oder nahe einem Ende des Ankerkerns 10 ab, während die äußeren Enden sich in die Atmosphäre erstrecken und eine Anzahl von Wärme abstrahlenden Kühlrippen 14 aufweisen, die an den vorspringenden Enden befestigt sind.In an embodiment of the invention, the frame or the yoke 6 has a Number of axial holes and closed, heat-absorbing tubes 12 and 13, which are made of copper, for example, and have a suitable axial length, to be able to be pushed into these holes. Both ends of each heat absorbent Tube are closed and each tube is evacuated and with m *, e * liquid-absorbing material 32, for example a wick or felt material, laid out and partially with a vaporizable liquid such as water, alcohol or the like filled. The inner ones Ends of the heat absorbing tubes 12 and 13 close near the center or near one end of the armature core 10, while the outer ends are released into the atmosphere extend and have a number of heat radiating cooling fins 14, the attached to the protruding ends.

Die Länge und die Anzahl der Rohre 12 und 13 wird durch die anfallende Wärmemenge in dem Ankerkern 1o während des Betriebes des Motors bestimmt und die Rohre 12 und 13 werden vorteilhafterweise in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet, wie dies aus Figur 2 ersichtlich ist.The length and number of tubes 12 and 13 is determined by the resulting Amount of heat in the armature core 1o determined during operation of the engine and the Pipes 12 and 13 are advantageously at equal angular distances from one another arranged, as can be seen from FIG.

Während des Betriebes des Motors steigt die Temperatur des Ankerkerns 1o infolge der Hysteresis-, Wirbelstrom- und Kup ferverluste an und die im Ankerkern erzeugte Hitze wird dem Joch 6 zugeleitet und anschließend wird sie an die Umgebung abgegeben. Im allgemeinen wird, da die Wärmeleitfähigkeit des Kerns 10 und des Jochs 6 bei Abwesenheit der wärmeabsorbierenden Rohre nicht so hoch ist, sich ein Temperaturgradient zwischen der Ankerwicklung, dem Ankerkern und dem Joch ausbilden, der einen unerwünschten Temperaturanstieg der Ankerwicklung bewirkt. Dies wird gemäß der Erfindung vermieden, da die verdampfbare Flüssigkeit in den wärmeabsorbierenden Rohren verdampft und anschließend durch die Wärmestrahlung durch die wärmestrahlenden Kühlrippen 14 kondensiert. Da die wärmeabsorbierenden Rohre evakuiert sind, verdampft die Fldssigkeit bei einer relativ niedrigen Temperatur und nimmt dabei einen großen Anteil der latenten Verdampfungswärme von dem Joch auf. Durch diesen Zyklus wird die Wärme in dem Joch schnell entfernt und zwar mit einer Geschwindigkeit, die loo bis 200 mal größer ist als wenn die Wärme durch Ableitung über Kupfer entfernt wird. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Auswahl der Anzahl der wärmeabsorbierenden Rohre der Großteil der das Joch erreichenden Wärme durch die wärmeabsorbierenden Rohre abgeleitet werden, wodurch der Kühleffekt für den Motor sehr stark vergrößert wird.The temperature of the armature core rises during the operation of the motor 1o as a result of the hysteresis, eddy current and copper losses at and in the armature core Generated heat is supplied to the yoke 6 and then it is released to the environment submitted. In general, as the thermal conductivity of the core 10 and the yoke 6 in the absence of the heat-absorbing tubes is not so high, there is a temperature gradient form between the armature winding, the armature core and the yoke, which is an undesirable Causes the armature winding to rise in temperature. This is avoided according to the invention, as the evaporable liquid evaporates in the heat-absorbing tubes and then condensed by the heat radiation through the heat radiating cooling fins 14. Since the heat-absorbing tubes are evacuated, the liquid evaporates at a relatively low temperature and takes a large proportion of the latent heat of vaporization from the yoke. This cycle quickly removes the heat in the yoke and at a speed that is loo to 200 times greater than that Heat is removed by dissipation via copper. In this way, through a appropriate selection of the number of heat-absorbing tubes the bulk of that Heat reaching the yoke can be dissipated through the heat-absorbing tubes, thereby the cooling effect for the engine is greatly increased.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit einem Gleichstrommotor beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß sie ebenso für Gleichstromgeneratoren anwendbar ist.Although the invention has been described in the context of a DC motor it goes without saying that they can also be used for direct current generators is.

Des weiteren gilt, da die Schleifbürsten 19a und 19b horizontal oder in Axialrichtung des Motors angeordnet sind, um mit der Seitenfläche der Kommutatorlamellen in Eingriff zu stehen, daß keine Gefahr einer Änderung des Kontaktdrukkes zwischen diesen Bürsten und zwischen dem Kommutator infolge der Zentrifugalkraft zu befürchten ist.Furthermore, since the grinding brushes 19a and 19b are horizontal or are arranged in the axial direction of the motor to match the side surface of the commutator bars to be engaged that there is no risk of a change in the contact pressure between to fear these brushes and between the commutator due to centrifugal force is.

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Claims

Claims rotary field direct current dynamo machine with a rotor and a shaft on which a number of field poles are mounted, with one of the Rotor surrounding yoke and an armature core, which is attached to the inside of the yoke is, with a winding provided for the armature core and with a commutator, whose lamellas are electrically connected to the armature winding, characterized in that that a number of sealed, heat-absorbing tubes (12, 13) in the yoke (6) are embedded and extend in the axial direction of the dynamo, that the outer ends of the heat absorbing tubes (12, 13) protrude into the atmosphere and with heat radiating cooling fins (14) are provided and that each heat absorbing Tube (12, 13) evacuated and partially filled with a vaporizable liquid is.

2. Dynamo machine according to claim 1, characterized in that the Inner surface of each heat absorbing tube (12, 13) with a liquid absorbent Material (32) is occupied.

3. Dynamo machine according to claim 1.

characterized in that the heat-absorbing tubes (12, 13) are distributed over the anchor core (1o) at equal angular or arcuate intervals.

4. dynamo machine according to claim 3, characterized in that some of the heat-absorbing tubes (12, 13) over half the axial length of the anchor core (10) extend, while the remaining tubes extend over the entire axial length of the Anchor core (lo) extend.

5. dynamo machine according to claim 1, cl? d u r c h e k e n n z e i c h n e t that brushes (19a, 19b) which engage with the commutator (16) stand, extend in the axial direction of the shaft (1) to with the side surfaces of the Commutator bars to establish a connection.