DE2944968C2

DE2944968C2 - Homopolar erregte Wechselstrommaschine

Info

Publication number: DE2944968C2
Application number: DE19792944968
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Wien Rosenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE2944968A1

Description

Die Erfindung betrifft eine homopolar erregte Wechselstrommaschine, deren Ständer aus mindestens zwei axial hintereinander in einem magnetisch leitfähigen Gehäuse angeordneten und mit einer Ständerwicklung versehenen Ständerblechpaketen besteht.

Eine solche Maschine ist durch die Zeitschrift Technische Rundschau 43 vom 24.10.1978 bekannt. Es wird dort zwar ausgeführt, daß für derartige Maschinen Luft- oder ölkühlung infrage kommt, jedoch werden zur konstruktiven Ausführung der Maschine bei Luftkühlung keine Angaben gemacht

Homopolar erregte Wechselstrommaschinen eignen

sich insbesondere für den Einsatz bei hohen Drehzahlen.

Mit zunehmender Drehzahl werden bei gleicher

ϊ Leistung die räumlichen Abmessungen einer solchen

Maschine kleiner. Damit steht für die Abfuhr der Verlustwärme bei sehr hohen Drehzahlen keine

ausreichende Oberfläche mehr zur Verfügung.

Durch das DE-GM 73 29 387 ist es bekannt, bei einer

ίο kompensierten Gleichstrommaschine zur Verbesserung der Kühlung im Ständerblechpaket axiale Kühlluftkanäle vorzusehen. Eine solche Maßnahme würde auch bei einer homopolar erregten Wechselstrommaschine die Kühlung verbessern, jedoch reicht diese Maßnahme

1*> allein noch nicht aus, um die entstehende Verlustwärme ausreichend abzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine homopolar erregte Wechselstrommaschine so auszubilden, daß die entstehende Verlustwärme in ausreichen- dem Maße durch Kühlluft abgeführt und die Maschine somit ausreichend gekühlt werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die Ständerblechpakete mindestens im radial außerhalb der Ständerwicklung gelege-

2) nen Bereich axiale Kühlluftkanäle aufweisen und sowohl von den äußeren Stirnseiten der Ständerblechpakete als auch in dem zwischen diesen bestehenden Zwischenraum Luftleitvorrichtungen angeordnet sind, wobei ein von einem Lüfter erzeugter Kühlluftstrom jeweils durch die vor den äußeren Stirnseiten angeordnete Luftleitvorrichtung zwischen einem Lufteinlaß bzw. -auslaß und den axialen Kühlluftkanälen über die äußeren Stirnseiten der Ständerblechpakete und im Zwischenraum von der dort angeordneten Luftleitvorrichtung von den

Luftkanälen des einen Ständerblechpaketes über dessen

innere Stirnseite und die innere Stirnseite des anderen

Ständerblechpaketes zu dessen Kühlluftkanälen geführt

ist.

Die Kühlung der Maschine kann noch dadurch weiter

verbessert werden, daß zumindest ein Teil der zwischen den Nuten der Ständerwicklung liegenden Zähne mit axialen Kühlluftkanälen versehen ist Eine exakte Führung des Kühlluftstromes bzw. eine Trennung der durch die Kühlluftkanäle des Ständerblechpaketes und die Kühlluftkanäle der Zähne strömenden Kühlluft wird dadurch erreicht, daß zwischen den Ständerblechpaketen eine an diesen seitlich anliegende und die zwischen diesen Blechpaketen verlaufende Ständerwicklung umschließende Trennwand vorgesehen ist

so Bei einer durch Dauermagnete erregten Maschine der eingangs beschriebenen Art läßt sich eine Verbesserung der Kühlung und gleichzeitig eine Verminderung, Aufhebung oder sogar Überkompensation der magnetischen Streuflüsse dadurch erzielen, daß als Luftleitvorrichtung vor den äußeren Stirnseiten der Ständerblechpakete und/oder im Zwischenraum axial magnetisierte Zusatzmagnete angeordnet sind, wobei die Zusatzmagnete zwischen den Ständerblechpaketen an einer den Zwischenraum unterteilenden Tragwand befestigt sind.

Der konstruktive Aufwand für die Luftleitvorrichtung läßt sich bei einer homopolar erregten Wechselstrommaschine mit einer Erregung durch im Zwischenraum angeordneten Ringspule dadurch gering halten, daß die Ringspule als Luftleitvorrichtung zwischen den Ständerblechpaketen dient Gleichzeitig wird dadurch die Kühlung dieser Ringspule wesentlich verbessert. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen homopolar erregten Wechselstromgenerator im Längsschnitt,

F i g. 2 den gleichen Generator im Querschnitt.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte homopolar erregte Wechselstromgenerator weist ein magnetisch leitfähiges Gehäuse 1 auf, in dem axial hintereinander drei Ständerblechpakete 2, 3, 4 angeordnet sind Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, sind die Ständerblechpakete an ό ihrem Umfang viereckig ausgebildet Zwischen den Ständerblechpaketen 2 bis 4 und dem Gehäuse 1 sind radial magnetisierte plattenförmige Dauermagnete 5 angeordnet. Alle einem Ständerblechpaket zugeordneten Dauermagnete 5 liegen jeweils mit dem gleichnamigen Po! an dem betreffenden Blechpaket an, jedoch wechselt die Polarität von einem zum anderen Ständerblechpaket Entsprechend der Darstellung nach F i g. 1 liegen z. B. die Dauermagnete 5 an den äußeren Ständerblechpaketen 2 und 4 jeweils mit ihrem Nordpol ;o N und an dem inneren Ständerblechpaket 3 mit ihrem Südpol 5 an. Die beiden äußeren Ständerblechpakete 2 und 4 sind nur halb so breit wie das mittlere Ständerblechpaket 3. Die Gesamtbreite der Ständerblechpakete 2 und 4 entspricht somit der Breite des mittleren Ständerblechpaketes 3, so daß sich für beide Polaritäten die gleiche Polfläche ergi'jc

Der Generator besitzt eine Läuferwelle 6, an der als Vorsprünge ausgebildete Pole 7 bis 9 vorgesehen sind. Die axiale Breite der Pole 7 und 9 entspricht der axialen Breite der äußeren Ständerblechpakete 2 und 3 und die axiale Breite des Poles 8 der axialen Breite des mittleren Ständerblechpaketes 3. Die beiden äußeren Pole 7 und 9 sind gegenüber dem inneren Pol 8 in Umfangsrichtung um 180" versetzt, so daß ein zweipoliger Läufer gebildet ist.

Im Ständer des Generators sind sowohl vor den äußeren Stirnseiten des Ständerblechpaketes 2 und 4 als auch im Zwischen-aum 12 zwischen den Ständerblechpaketen 2 und 3 bzw. 3 und 4 Zusatzmagnete 13 mit axialem Abstand zu den betreffenden Ständerblechpaketen angeordnet, so daß jeweils ein axialer Spalt 15 zwischen den Zusatzmagneten 13 und den Ständerblechpaketen gebildet ist. Die Zusatzmagnete 13 sind jeweils an einer mit dem Gehäuse 1 verbundenen Tragwand 14 befestigt. In den einzelnen Ständerblechpaketen 2 bis 4 sind über deren Umfang verteilt mehrere axiale Kühlluftkanäle 16 vorgesehen.

Die axial hintereinander liegenden Ständerblechpakete 2 bis 4 besitzen eine gemeinsame ein- oder mehrphasige Ständerwicklung 17. Die zwischen den Nuten der Ständerwicklung 17 liegenden Zähne 18 sind bei dem dargestellten Generator ebenfalls mit axialen Kühlluftkanälen 19 versehen.

Ein erster Teil eines durch Pfeile 20 gekennzeichneten und durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Lüfter erzeugten Kühlluftstromes umströmt einen Teil des Wickelkopfes und tritt dann durch einen zwischen der Ständerwicklung 17 und dem vor dem Ständerblechpaket 2 angeordneten Zusatzmagneten 13 gebildeten eo Ringspalt 21 in den Ständer des Generators ein. Der Ringspalt 21 stellt somit einen Lufteinlaß dar. Ein zweiter Teil des Kühlluftstromes strömt am Wickelkopf der Ständerwicklung 17 zwischen den einzelnen Spulen der Ständerwicklung hindurch zu den in den Zähnen 18 vorgesehenen Kühlluftkanälen 19 und durchströmt diese bis zum Austritt auf der anderen Seite des Qtänrlorc

Der durch den Ringspalt 21. in den Ständer gelangte Teilluftstrom strömt durch den zwischen den Zusatzmagneten 13 und dem Ständerblechpaket 2 gebildeten Spalt 15 zu den axialen Kühlluftkanälen 16 des Ständerblechpaketes 2. Durch die am Gehäuse i befestigten Tragwände 14 ist der Raum vor und zwischen den Ständerblechpaketen in axialer Richtung abgeschlossen, so daß der KühUuftstrom nur durch die axialen Kühlluftkanäle 16 der Ständerblechpakete 2 bis 4 weiterströmen kann. Nachdem der KühUuftstrom durch die Kühlluftkanäle 16 des Ständerblechpaketes 2 hindurchgeströmt ist, wird er durch die im Zwischenraum 12 zwischen den Ständerblechpaketen 2 und 3 angeordneten Zusatzmagnete 13 durch den Spalt 15 am Ständerblechpaket 2 entlang geführt

Zwischen den Zusatzmagneten 13 und der zwischen den Ständerblechpaketen 2 und 3 bzw. 3 und 4 verlaufenden Ständerwicklung 17 ist jeweils eine an den Ständerblechpaketen anliegende Trennwand 22 angeordnet, die zwischen sich und den Zusatzmagneten 13 bzw. der diese tragenden Tragwand 14 ebenfalls einen Ringspalt 23 bildet Durch diesen Ringspalt 23 strömt die Kühlluft weiter und gelangt über den zwischen den Zusatzmagneten 13 und dem Ständerblechpaket 3 gebildeten Spalt 15 zu den axialen Kühlluftkanälen 16 des Ständerblechpaketes 3. Auf dem weiteren Weg wird die Kühlluft in dem zwischen dem Ständerblechpaket 3 und 4 liegenden Zwischenraum 12 wieder am Ständerblechpaket 3 radial nach innen und danach am Ständerblechpaket 4 wieder radial nach außen geführt und gelangt so zu den axialen Kühlluftkanälen 16 des Ständerblechpaketes 4. Nachdem die Kühlluft auch durch diese Kühlluftkanäle 16 hindurchgeströmt ist, nimmt sie ihren Weg über den Spalt 15 zwischen dem Ständerblechpaket 4 und dem vor diesem angeordneten Zusatzmagneten 13 und strömt über einen auf dieser Seite wiederum zwischen dem Zusatzmagneten 13 und der Ständerwicklung 17 bestehenden Ringspalt 24 aus dem Ständer heraus. Der Ringspalt 24 stellt den Auslaß für diesen KühUuftstrom dar.

Infolge der mehrmaligen Umlenkung des ersten Teiles des Kühlluftstromes 20 überstreicht dieser zusätzlich zu der Oberfläche der axialen Kühlluftkanäle 16 noch einen großen Teil der Stirnoberfläche der Ständerblechpakete 2 bis 4, so daß eine intensive Kühlung des Ständers erreicht wird. Weiterhin wirkt es sich vorteilhaft aus, daß auch ein Teil des Kühlluftstromes 20 durch die in den Zähnen 18 des Ständers vorgesehenen Kühlluftkanäle 19 hindurchgeführt wird. Die Kühlwirkung wird hierdurch weiter verbessert.

Bei einer durch Dauermagnete erregten Wechselstrommaschine werden die zur Verhinderung von Streuverlusten eingesetzten Zusatzmagnete 13 bzw. die sie haltende Tragwand 14 gleichzeitig zum Umlenken des Kühlluftstromes verwendet, so daß sich eine gesonderte Leitvorrichtung erübrigt. Eine gesonderte Leitvorrichtung in dem Zwischenraum kann auch bei einer durch Ringspulen erregten Maschine entfallen, wenn die im Zwischenraum vorhandenen Ringspulen so angeordnet werden, daß sie die Leitfunktion für die Kühlluft übernehmen können.

Zusammenfassung
Homopolar erregte Wechselstrommaschine

Die Erfindung betrifft eine homopolar erregte Wechselstrommaschine, deren Ständer mindestens zwei axial hintereinander in einem magnetisch leitfähigen

Gehäuse (1) angeordnete und mit einer Ständerwicklung (17) versehene Ständerblechpakete (2 bis 4) aufweist. Um in dem Ständer eines solchen Generators eine ausreichende Kühlung zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß mindestens im radial äußeren Bereich der Ständerblechpakete (2 bis 4) axiale Kühlluftkanäle (16) vorgesehen und sowohl vor den äußeren Stirnseiten der Ständerblechpakete (2 bis 4) als auch zwischen den Ständerblechpaketen (2 und 3 bzw. 3 und 4) Luftleitvorrichtungen angeordnet sind, welche die Kühlluft an den Stirnseiten der Ständerblechpakete (2 bis 4) entlang leiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Homopolar erregte Wechselstrommaschine, deren Ständer aus mindestens zwei axial hintereinander in einem magnetisch leitfähigen Gehäuse angeordneten und mit einer Ständerwicklung versehenen Ständerblechpaketen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerblechpakete (2 bis 4) mindestens im radial außerhalb der Ständerwicklung (17) gelegenen Bereich axiale Kühlluftkanäle (16) aufweisen und sowohl vor den Stirnseiten der Ständerblechpakete (2 und 4) als auch in dem zwischen diesen bestehenden Zwischenraum (12) Luftleitvorrichtungen angeordnet sind, wobei ein von einem Lüfter erzeugter Kühlluftstrom (20) jeweiis durch die vor den äußeren Stirnseiten angeordnete Luftleitvorrichtung zwischen einem Lufteinlaß bzw. -auslaß und den axialen Kühüuttkanäien (16) über die äußeren Stirnseiten des betreffenden Ständerblechpaketes (2 bzw. 4) und im Zwischenraum (12) von der dort angeordneten Luftleitvorrichtung von den Kühlluftkanälen (16) des einen Ständerblechpaketes (2) über dessen innere Stirnseite und die innere Stirnseite des anderen Ständerblechpaketes (3 bzw. 4) zu dessen Kühlluftkanälen (16) geführt ist

2. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der zwischen den Nuten der Ständerwicklung (17) liegenden Zähne (18) mit axialen Kühlluftkanälen (19) versehen ist

3. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ständerblechpaketen (2 und 3 bzw. 3 und 4) eine an diesen seitlich anliegende und die zwischen diesen Blechpaketen verlaufende Ständerwicklung (17) umschließende Trennwand (22) vorgesehen ist

4. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, mit zwischen dem Gehäuse und den Statorblechpakten angeordneten, radial magnetisierten Dauermagneten, dadurch gekennzeichnet, daU als Luftleitvorrichtung vor den äußeren Stirnseiten der Ständerblechpakete (2 und 4) und im Zwischenraum (12) axial magnetisierte Zusatzmagnete (13) angeordnet sind, wobei die Zusatzmagnete (13) zwischen den Ständerblechpaketen (2 und 3 bzw. 3 und 4) an einer den Zwischenraum unterteilenden Tragwand (14) befestigt sind.

5. Wechselstrommaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, mit einer im Zwischenraum der Ständerblechpakete als Erregerwicklung angeordneten Ringspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspule als Luftleitvorrichtung zwischen den Ständerblechpaketen dient