DE2803068C2

DE2803068C2 -

Info

Publication number: DE2803068C2
Application number: DE2803068A
Authority: DE
Inventors: Peter Baildon Shipley Yorkshire Gb Hunt
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-12-13
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1988-04-28
Also published as: DE2803068A1; JPS59161371U; IT1091990B; JPS5398006A; IT7819715A0; FR2379186A1; FR2379186B1; JPS631582Y2; GB1596291A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse und einem Rotor mit einem Blechpaket aus magnetisierbarem Material, der an einander gegenüberliegenden Seiten seines Umfanges axiale Längsnuten mit darin angeordneten, sich axial erstreckenden Leitern einer ersten Wicklung aufweist und durch eine ihn umgebende und tragende, starre Hülse aus nicht magnetisierbarem Material im Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei im Blechpaket axiale Kanäle für ein Kühlmittel mit Ein- und Auslässen an den beiden Stirnseiten des Blechpaketes vorgesehen sind.The invention relates to an electrical machine with a Housing and a rotor with a laminated core magnetizable material attached to each other opposite sides of its circumference axial longitudinal grooves with axially extending conductors arranged therein has a first winding and by a surrounding him and load-bearing, rigid sleeve made of non-magnetizable Material is rotatably mounted in the housing, wherein in Laminated core axial channels for a coolant with inlet and Outlets on the two faces of the laminated core are provided.

Eine elektrische Maschine dieser Art ist aus dem Stand der Technik (DE-OS 26 09 333) bekannt. Bei dieser Maschine sind die axialen Kräfte, in die über einen stirnseitigen Einlaß des Blechpaketes Kühlmittel zu- und über einen stirnseitigen Auslaß des Blechpaketes Kühlmittel abführbar ist, von axialen Bohrungen gebildet, die am Umfang des Blechpaketes zwischen den Schlitzen für die Wicklung angeordnet sind. An electrical machine of this type is state of the art Technology (DE-OS 26 09 333) known. Are with this machine the axial forces in the through an end-face inlet of the laminated core coolant supply and via an end Outlet of the laminated core coolant can be removed from axial bores formed on the circumference of the laminated core are arranged between the slots for the winding.

Eine derart ausgeführte Kühlung der Windungen ist jedoch nicht besonders wirksam, da die Windungen nur indirekt gekühlt werden.Such a cooling of the windings is, however not particularly effective since the turns are only indirect be cooled.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Gegenstand der eingangs genannten Art eine verbesserte Kühlwirkung zu erzielen.Therefore, the invention is based on the object Object of the type mentioned an improved To achieve cooling effect.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Hülse gehaltene Klemmen die durch Windungen der ersten Wicklung gebildeten Leiter innerhalb der Nuten unter Aufrechterhaltung von die axialen Kanäle bildenden Abständen festklemmen, und daß Distanzhalter, die zwischen den vor den Stirnseiten des Blechpaketes liegenden Leiterbögen angeordnet sind, die Ein- und Auslässe der axialen Kanäle offen halten.This object is achieved in that the sleeve held clamps by turns of the first Coil formed conductor underneath the slots Maintenance of the distances forming the axial channels clamp, and that spacers between the front of the End faces of the sheet stack lying conductor arcs are arranged, the inlets and outlets of the axial channels keep open.

Bei der Erfindung verlaufen die axialen Kanäle durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Leitern, so daß sie die Leiter unmittelbar kühlen. Dadurch wird die Kühlwirkung verbessert. Da die Leiter auf ihrer gesamten Länge durch das in axialer Richtung die Kanäle durchströmende Kühlmittel gekühlt werden, ist die Kühlung gleichmäßig. Die ungehinderte Ver- bzw. Entsorgung des Kühlmittels wird dadurch erreicht, daß die Distanzhalter die Ein- und Auslässe der Kanäle offen halten. Diese Anordnung der Kühlkanäle bleibt auch unter der Wirkung von Fliehkräften im Blechpaket erhalten, da die Leiter der Wicklung durch Klemmen fixiert sind.In the invention, the axial channels run through the Gaps between the individual conductors so that they cool the conductors immediately. This will have the cooling effect improved. Because the ladder runs through its entire length that flowing through the channels in the axial direction Cooling coolant, the cooling is uniform. The unhindered supply and disposal of the coolant achieved in that the spacers the inputs and Keep the channel outlets open. This arrangement of Cooling channels also remain under the action of centrifugal forces received in the laminated core as the winding leads through Clamps are fixed.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Preferred embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen istThe invention is illustrated below by means of an embodiment game explained with reference to the drawings. In the drawings

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bürstenlosen elektrischen Maschine (Stromgenerator), Fig. 1 is a schematic representation of a brushless electric machine (electric generator),

Fig. 2 ein Längsschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Genera tor, Fig. 2 is a longitudinal section through the gate shown in Fig. 1 genera

Fig. 3 ein Längsschnitt im größeren Maßstab des Läufers des in Fig. 2 gezeigten Generators, Fig. 3 is a longitudinal section on a larger scale of the rotor of the generator shown in Fig. 2,

Fig. 4 ein Schnitt im größeren Maßstab an der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 4 is a section on a larger scale on the line 4-4 of Fig. 3,

Fig. 5, 6 und 7 Schnitte an den entsprechenden Linien in Fig. 3 und Fig. 5, 6 and 7 are sections on the respective lines in Fig. 3 and

Fig. 8 eine Gleichrichterschaltung für den Generator. Fig. 8 is a rectifier circuit for the generator.

Wie in Fig. 1 dargestellt, hat ein Generator eine Läuferwel le 10, die eine erste Wicklung 11 und eine zweite Wicklung 12 trägt. Die Wicklungen 11 und 12 rotieren mit der Welle 10. Die Welle 10 trägt ferner einen Permanentmagneten 13. Der Magnet arbeitet mit einer Ständerwicklung 14 zusammen, um einen Hilfserreger-Wechselstromgenerator 15 zu bilden. Eine weitere Ständerwicklung 15 wirkt mit der zweiten Wicklung 12 zusammen, um einen Haupterreger-Wechselstromgenerator 17 zu bilden. Die Wicklung 16 wird durch Strom von der Wick lung 14 des Hilfserreger-Wechselstromgenerators 15 erregt. Wechsel strom von der zweiten Wicklung 12 des Haupterreger-Wechsel stromgenerators 17 wird der ersten Wicklung 11 über eine Gleichrichteranordnung 18 zugeleitet. Die erste Wicklung 11 wirkt mit einer Ständerwicklung 19 zusammen, um einen Haupt wechselstromgenerator 20 zu bilden. Ein Wechselstromausgang von der Maschine als Ganzes wird von der Ständerwicklung 19 an einer Leitung 21 erbracht.As shown in Fig. 1, a generator has a rotor shaft 10 , which carries a first winding 11 and a second winding 12 . The windings 11 and 12 rotate with the shaft 10 . The shaft 10 also carries a permanent magnet 13 . The magnet works with a stator winding 14 to form an auxiliary exciter alternator 15 . Another stator winding 15 cooperates with the second winding 12 to form a main exciter AC generator 17 . The winding 16 is excited by current from the winding 14 of the auxiliary excitation alternator 15 . Alternating current from the second winding 12 of the main exciter alternating current generator 17 is fed to the first winding 11 via a rectifier arrangement 18 . The first winding 11 cooperates with a stator winding 19 to form a main alternator 20 . An alternating current output from the machine as a whole is provided by the stator winding 19 on a line 21 .

Der Generator hat ein Ständergehäuse 22, in dem die Ständer wicklungen 14, 16, 19 sitzen. Der Läufer 23 ist im Gehäuse 22 mittels Lager 24, 25 gelagert und hat eine Wellenpartie 10, die dichtend von einem Ende des Gehäuses 22 vorsteht.The generator has a stator housing 22 in which the stator windings 14, 16, 19 are seated. The rotor 23 is mounted in the housing 22 by means of bearings 24, 25 and has a shaft section 10 which protrudes sealingly from one end of the housing 22 .

Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, weist der Läufer 23 einen lamellierten Weicheisenkern (Blechpaket) 30 auf, der mit diametral gegenüberliegenden Längsschlitzen 31, 32 ausgebildet ist. Das Blechpaket 30 hat ferner zehn periphere Nuten, durch die sich Kupferdämpfungsstäbe 33 erstrecken. Die betreffenden Enden der Stäbe 33 sind an Kupferendplatten 34, 35 am Blechpaket 30 be festigt. Spulenstützblöcke 36, 37 sitzen an gegenüberliegen den Enden des Blechpakets 30 und haben Quernuten zur Aufnahme der Windungen der Wicklung 11. Die Blöcke 36, 37 sind am Blechpaket 30 durch vier Schrauben 47 (Fig. 4) befestigt, die axial durch das Blechpaket 30 gehen.As shown in FIGS. 3 and 4, the rotor 23 has a laminated soft-iron core (lamination stack) 30 which is formed with diametrically opposed longitudinal slots 31, 32. The laminated core 30 also has ten peripheral grooves through which copper damping rods 33 extend. The relevant ends of the rods 33 are fastened to copper end plates 34, 35 on the laminated core 30 be. Coil support blocks 36, 37 sit at opposite ends of the laminated core 30 and have transverse slots for receiving the windings of the winding 11 . The blocks 36, 37 are fastened to the laminated core 30 by four screws 47 ( FIG. 4) which go axially through the laminated core 30 .

Die Wicklung 11 besteht aus 130 Windungen aus Draht rechtecki gen Querschnitts, und die Windungen sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, in zwei Abschnitten angeordnet. Jeder Abschnitt ist in fünf Säulen angeordnet, wobei sich in jeder Säule drei zehn Windungen befinden. Ein freies Ende des einen Abschnitts ist an einem freien Ende des anderen Abschnitts befestigt, wie bei 38 in Fig. 5 gezeigt ist. Die freien Enden 39, 40 der Wicklung 11 als Ganzes sind axial zum Läufer durch Schlitze im Stützblock 36 geführt. Die sich axial erstreckenden Teile der Wicklung 11 liegen innerhalb der Nuten 31, 32 und werden durch Klemmen 41, 42 in der vorgesehenen Lage gehalten, die durch Schrauben 43 am Blechpaket 30 befestigt sind. Die Außenflächen der Klemmen 41, 42 liegen bündig zur Peripherie des Blechpakets 30. Die Klemmen 41, 42 haben jeweils eine Zunge 44, die die beiden Abschnitte der Wicklungswindungen innerhalb der Nuten 31, 32 distanziert. An den Läuferenden sind die Wicklungsabschnitte durch jeweilige Abstandshalter 45, 46 distanziert, und die Säulen der Windungen sind selbst durch Abstandshalter 48 di stanziert. Die Abstandshalter 48 erstrecken sich nicht dia metral über die Böden der Nuten 31, 32 im Blechplaket 30 hinaus. Damit sind innerhalb der Nuten 31, 32 eine Anzahl von Ka nälen gebildet, die zwischen den Säulen der Wicklung 11 lie gen und die sich axial zum Blechpaket 30 zwischen dessen Enden er strecken.The winding 11 consists of 130 turns of wire of rectangular cross-section, and the turns, as shown in Fig. 4, are arranged in two sections. Each section is arranged in five columns, with three ten turns in each column. A free end of one section is attached to a free end of the other section, as shown at 38 in FIG. 5. The free ends 39, 40 of the winding 11 as a whole are guided axially to the rotor through slots in the support block 36 . The axially extending parts of the winding 11 lie within the slots 31, 32 and are held in the intended position by clamps 41, 42 , which are fastened to the laminated core 30 by screws 43 . The outer surfaces of the clamps 41, 42 are flush with the periphery of the laminated core 30 . The clamps 41, 42 each have a tongue 44 which distances the two sections of the winding turns within the slots 31, 32 . At the rotor ends, the winding sections are spaced by respective spacers 45, 46 , and the pillars of the turns are themselves punched by spacers 48 di. The spacers 48 do not extend diametrically beyond the bottoms of the grooves 31, 32 in the sheet metal plate 30 . Thus, a number of channels are formed within the grooves 31, 32 , which lie between the columns of the winding 11 and which extend axially to the laminated core 30 between its ends.

Am Stützblock 36 ist ein Teil 50 befestigt, der eine axiale Bohrung 51 hat. Der Teil 50 trägt eine Platte 52, an der die in Fig. 1 gezeigte Gleichrichteranordnung 18 sitzt, die aus sechs stiftgelagerten Dioden 53 besteht, welche auf einem Teilkreis sitzen, wie in Fig. 7 dargestellt. Ein Anschluß je der der Dioden 63 ist mit der Wicklung 12 verbunden, und die anderen Anschlüsse der Dioden 53 sind mit der Wicklung 11 ver bunden. Fig. 8 zeigt die Schaltung der Gleichrichteranordnung 18. Der Ausgang der Wicklung 12 des Haupterreger-Wechselstrom generators 17 ist ein Dreiphasenstrom. Die Dioden 53 sind in zwei Gruppen aus jeweils dreien angeordnet, und die Lagerstif te der Dioden in einer Gruppe bilden Anodenanschlüsse, während die Lagerstifte der Dioden in der anderen Gruppe Kathodenan schlüsse bilden. Die Gleichrichteranordnung 18 ist mit der Wicklung 11 mittels deren freien Enden 39, 40 verbunden, zwei Kondensatoren 48 sind in Reihe zu den Enden 39, 40 paral lelgeschaltet, wobei die Verbindung zwischen den Kondensatoren 48 an Masse angelegt ist.A part 50 , which has an axial bore 51 , is fastened to the support block 36 . The part 50 carries a plate 52 on which the rectifier arrangement 18 shown in FIG. 1 is seated, which consists of six pin-mounted diodes 53 which are seated on a pitch circle, as shown in FIG. 7. One connection each of the diodes 63 is connected to the winding 12 , and the other connections of the diodes 53 are connected to the winding 11 . Fig. 8 shows the circuit of the rectifier assembly 18. The output of the winding 12 of the main exciter AC generator 17 is a three-phase current. The diodes 53 are arranged in two groups of three each, and the bearing pins of the diodes in one group form anode connections, while the bearing pins of the diodes in the other group form cathode connections. The rectifier arrangement 18 is connected to the winding 11 by means of its free ends 39, 40 , two capacitors 48 are connected in parallel with the ends 39, 40 , the connection between the capacitors 48 being connected to ground.

Das Blechpaket 30, die Wicklung 11 und die Klemmen 41 und 42 sind von einer aufgeschrumpften zylindrischen nichtmagnetischen Hülse 54 umschlossen. Einen festen Bestandteil der Hülse 54 bildet eine abgestufte Endpartie 55, die am Stützblock 37 be festigt ist und die an den Lagern 25 (Fig. 2) angreift. Die Partie 55 hat eine Innenkerbverzahnung 56, die in die komplementäre Kerbverzahnung an der Läuferwelle eingreift. Eine weitere ab gestufte Hülse 57 fluchtet axial mit der Hülse 54 an deren En de, das von der Partie 55 abgewandt ist. Die Hülse 57 besteht aus nichtmagnetischem Material und ist an die Hülse 54 ange schweißt. Eine Bohrung der Hülse 57 legt sich dichtend gegen den Teil 50, und die Hülse 57 umschließt die Gleichrichteran ordnung 18, und Stromzuführungen 58 von den Dioden 53 gehen durch Löcher in der Hülse 57. Innerhalb des freien Endes der Hülse 57 befindet sich eine Lagerbuchse 59, und das Lager 24 sitzt außen an der Hülse 57 an der Buchse 59. Die Hülsen 54, 57 bestehen beide aus nichtrostendem Stahl und haben eine er hebliche Festigkeit. Die Hülsen 54, 47 ermöglichen eine Lage rung des Läufers als einen einfachen Träger zwischen den La gern 24, 25, ohne die Lamellen des Blechpaketes 30 unter Spannung ge setzt werden. Der Untermaßsitz der Hülse 54 auf dem Blechpaket 30 sorgt auch für eine treibende Verbindung zwischen der Welle 10 und dem Blechpaket 30. Die Blöcke 36, 37 sind durch die Wicklung 11 und auch durch die Schrauben 47 veranlaßt, sich mit dem Blechpaket 30 zu drehen. Die Anordnung beseitigt die Notwendigkeit, eine mittig sitzende Lagerwelle innerhalb des Läufers vorzu sehen, und die Hülse 54, 57 bildet außerdem einen Behälter, innerhalb dessen Kühlmittel axial im Läufer fließen kann.The laminated core 30 , the winding 11 and the clamps 41 and 42 are enclosed by a shrunk-on cylindrical non-magnetic sleeve 54 . An integral part of the sleeve 54 forms a stepped end portion 55 which is fastened to the support block 37 and which engages the bearings 25 ( FIG. 2). The lot 55 has an internal serration 56 which engages in the complementary serration on the rotor shaft. Another from stepped sleeve 57 is axially aligned with the sleeve 54 at its end, which faces away from the lot 55 . The sleeve 57 is made of non-magnetic material and is welded to the sleeve 54 . A bore of the sleeve 57 lies sealingly against the part 50 , and the sleeve 57 surrounds the rectifier arrangement 18 , and current leads 58 from the diodes 53 pass through holes in the sleeve 57 . A bearing bush 59 is located within the free end of the sleeve 57 , and the bearing 24 is seated on the sleeve 57 on the outside of the bush 59 . The sleeves 54, 57 are both made of stainless steel and he has considerable strength. The sleeves 54, 47 allow a position tion of the rotor as a simple carrier between the La like 24, 25 , without the lamellae of the laminated core 30 ge under tension. The undersize seat of the sleeve 54 on the laminated core 30 also ensures a driving connection between the shaft 10 and the laminated core 30 . The blocks 36, 37 are caused by the winding 11 and also by the screws 47 to rotate with the laminated core 30 . The arrangement eliminates the need to provide a centrally located bearing shaft within the rotor and the sleeves 54, 57 also form a container within which coolant can flow axially in the rotor.

Die Buchse 59 stützt ein Ende eines Rohrs 60 ab, dessen ande res Ende eine Zapfenpartie des Teils 50 umschließt. Ein wei teres Rohr 61 ist mit einem Ende am Ständergehäuse 22 befe stigt und steht mit einem Kanal 62 in der Endwand des Ständer gehäuses 22 in Verbindung. Das andere Ende des Rohrs 61 sitzt im Laufsitz innerhalb der Buchse 59 . Dem Kanal 62 zugelei tetes Kühlmittel (Kühlöl) kann deshalb durch das Rohr 61, 60 und durch die Boh rung 51 in eine Zone am Ölstützblock 36 fließen. Dieses Kühlöl kann dann nach unten durch die Schlitze 31, 32 und durch die Kanäle fließen, die zwischen aufeinanderfolgenden Säulen der Wicklung 11 gebildet sind.The socket 59 supports one end of a tube 60 , the other end of which surrounds a pin portion of the part 50 . A white teres tube 61 is attached to one end of the stator housing 22 and is connected to a channel 62 in the end wall of the stator housing 22 . The other end of tube 61 is seated within bushing 59 . The channel 62 supplied coolant (cooling oil) can therefore flow through the pipe 61, 60 and through the drilling tion 51 into a zone on the oil support block 36 . This cooling oil can then flow down through the slots 31, 32 and through the channels formed between successive columns of the winding 11 .

Diametral zum Läufer erstreckt sich am Stützblock 36 ein Rohr 63, das zur Peripherie der Hülse 54 öffnet. Das Rohr 63 hat Querkanäle 64, so daß in die Kanäle 64 gelangendes Kühlöl ra dial nach außen durch die Drehung des Läufers gedrückt werden kann und für eine Kühlung eines Teils der Ständerwicklung 19 des Hauptwechselstromgenerators 20 sorgt. Zwei weitere Rohre 65 erstrecken sich durch die abgestufte Partie 55 der Hülse 54, so daß Kühlöl in einer Zone am Stützblock 37 radial nach außen gedrückt werden kann, um einen anderen Teil der Ständer wicklung 19 des Hauptwechselstromgenerators zu kühlen.A tube 63 extends diametrically to the rotor on the support block 36 and opens to the periphery of the sleeve 54 . The tube 63 has transverse channels 64 so that to be deflected into the ducts 64 cooling oil ra dial to be pressed by the rotation of the rotor and the outside for cooling a portion of the stator winding 19 provides the main alternator 20th Two other tubes 65 extend through the stepped portion 55 of the sleeve 54 so that cooling oil in a zone on the support block 37 can be pressed radially outward to cool another part of the stator winding 19 of the main alternator.

Die Verbindung zwischen dem Rohr 60 und dem Zapfenende des Teils 50 ist so angeordnet, daß ein Teil des Kühlöls in nerhalb des Rohrs 60 radial nach außen fließen kann, um die Dioden 53 zu kühlen. Dieser Teil des Kühlöls kann auch zur Wicklung 12 fließen, und von da aus zur Ständerwicklung 16. Ein Mantel 66 umschließt die Wicklung 12, wirkt aber nicht so, daß das Entweichen von Kühlöl verhindert wird.The connection between the tube 60 and the spigot end of the part 50 is arranged so that part of the cooling oil can flow radially outward within the tube 60 to cool the diodes 53 . This part of the cooling oil can also flow to the winding 12 , and from there to the stator winding 16 . A jacket 66 surrounds the winding 12 , but does not act in such a way that the escape of cooling oil is prevented.

Claims

1. Electrical machine with a housing and a rotor with a laminated core ( 30 ) made of magnetizable material, which on opposite sides of its circumference has axial longitudinal grooves ( 31, 32 ) with therein axially extending conductors of a first winding ( 11 ) and , being provided in the laminated core (30) axial passages for a coolant inlet and outlets on the two end faces of the laminated core (30) by surrounding it and carrying a rigid sleeve (54, 57) is rotatably supported from non-magnetizable material in the housing , characterized in that clamps ( 41, 42 ) held by the sleeve ( 54, 57 ) clamp the conductors formed by windings of the first winding within the slots ( 31, 32 ) while maintaining the distances forming the axial channels, and in that spacers ( 48 ), which are arranged between the conductor arcs lying in front of the end faces of the laminated core ( 30 ), the inlets and outlets of the axial K keep channels open.

2. Machine according to claim 1, characterized in that in the grooves ( 31, 32 ) lying parts of the turns of the first winding ( 11 ) form a plurality of spaced columns and that these distances form the axial channels for the coolant .

3. Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the clamps ( 41, 42 ) together with the laminated core ( 30 ) form a cylindrical outer surface on which the sleeve ( 54, 57 ) bears in a press fit.

4. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has a second winding ( 12 ) and a rectifier arrangement ( 18, 53 ) within the sleeve ( 54, 57 ) which these two windings ( 11, 12 ) binds with each other ver, and that from the coolant inlet a passage to the rectifier arrangement ( 18, 53 ) is provided.