DE3408986A1 - Laeufer einer elektrischen maschine mit axial- und radialkuehlkanaelen - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft oi- Unser Zeichen Berlin und München VPA 84 P 3 0 8 8 DE

Läufer einer elektrischen Maschine mit Axial- und Radialkühlkanälen

Die Erfindung betrifft einen Läufer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Solche Läufer für insbesondere größere, leistungsstärkere, innenbelüftete elektrische Maschinen erzeugen die von beiden Stirnseiten her in die Axialkühlkanäle eindringende KühlluftStrömung (sogenannte X-Belüftung) entweder durch die Ventilatorwirkung der üblichen Distanzstege in den einzelnen Radialkühlkanälen zwischen Läuferblechteilpaketen und/oder durch dort freiliegende Abschnitte der Läuferwicklung. Gegebenenfalls kann die Kühlluftströmung unterstützend durch stirnseitig angeordnete gesonderte Ventilatoren hervorgerufen werden. Die Axialkühlkanäle können durch um die Läuferwelle konzentrisch beabstandete, im Jochbereich des axial unterteilten Läuferblechpaketes befindliche Durchlässe oder durch die axialen Zwischenräume einer Stegwelle für das Läuferblechpaket gebildet sein.

Bei den üblicherweise in gleichen Abständen angeordneten Läuferblechteilpaketen mit dadurch in gleichen Abständen liegenden Radialkühlkanälen gleichen Querschnitts ergibt sich eine ungleichmäßige Luftverteilung von den Stirnseiten des Läufers zur Läufermitte hin, die abhängig vom Verhältnis des Axialkanal- zum Radialkanalquerschnitt ist (Dissertation F. Wressing, TU-Berlin, 1972 "Lüfterwirkung, Luftverteilung und Ventilationsverluste an achsnormal geschlitzten Rotoren für große elektrische Maschinen"). Demnach nimmt die Strömungsgeschwindigkeit eines solchen, symmetrisch belüfteten Läufers in den einzelnen Axialkühlkanälen von den Stirnseiten zur Läufermitte hin anfangs leicht und zur Läufermitte stark zu, wodurch die Mittenbereiche wesentlich

Ot 2 Ca / 02.03.1984

3Λ08986 -/- VPA 84P 3 O 88 DE

stärker als die Randbereiche des Läufers gekühlt werden.
Außerdem ergeben sich bei dieser örtlich stark ungleichförmigen Kühlluftverteilung erhöhte Ventilationsverluste, die den Wirkungsgrad insgesamt verschlechtern.
5

Eine ungleichmäßige Aufteilung der Axial- und Radialkühlkanäle derart, daß die Querschnitte zur Läufermitte hin
kleiner bemessen sind, so daß die Randbereiche besser als die innenliegenden Bereiche des Läufers gekühlt werden,

erfordert entsprechend unterschiedlich gestanzte Bleche
und unterschiedliche Abstandshalterungen zwischen den
Läuferblechteilpaketen sowie eine entsprechend aufwendigere Montage. Außerdem können die Radialkühlkanäle aus fertigungs- und betriebstechnischen Gründen nicht im hierzu erforderliehen Maße unter 6 bis 8 mm Breite ausgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einheitlich gestanzten Läuferblechen und einheitlichen Abstandshalterungen bei axial gleichmäßiger Anordnung der Läuferblechteilpakete eine gleichmäßigere Aufteilung der Kühlluft bei insgesamt gleichbleibendem durchströmenden Kühlluftvolumen unter Verringerung der Ventilationsverluste zu erreichen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Läufer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Wenn die stirnseitigen Einströmverhältnisse für die Kühlluft unterschiedlich sind, können die Abstände der Sperrflächen gegen die Läufermitte entsprechend voneinander abweichend gewählt sein, andernfalls ist eine symmetrische Anordnung zur Läufermitte die Regel.

Anhand eines Ausführungsbeispiels für einen Käfigläufer mit beiderseitig gleichen Einströmverhältnissen und mit in

gleichen axialen Abständen auf der Läuferwelle angeordneten Läuferblechteilpaketen ist die Erfindung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Käfigläufers nach der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 1 nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 und 4 Hüllkurven der Luftgeschwindigkeitsverteilung in den Radialkühlkanälen bei spiegelbildlich zur Läufermitte versetzten Sperrflächen in den Axialkühlkanälen,

Fig. 5 eine schematische Abwicklung einer Läuferanordnung mit rechts/links versetzten Sperrflächen in Axialkühlkanälen und durchgehend freien Axialkühlkanälen in abwechselnder Folge,

Fig. 6 die bei einer Läuferanordnung nach Fig. 5 auftretenden Hüllkurven für die Geschwindigkeitsvexteilung in den betreffenden Umfangsabschnitten der Radialkühlkanäle sowie die resultierende mittlere Kühlluftverteilung.

Der Käfigläufer weist auf der Läuferwelle 1 ein Läuferblechpaket auf, das in eine Vielzahl gleicher Läuferblechteilpakete 2 unterteilt ist, die jeweils Radialkühlkanäle 6 bildende gleiche Abstände voneinander haben. Jedes Läuferblechteilpaket 2 weist im Jochbereich symmetrisch zur Läuferwelle 1 angeordnete Axialkühlkanäle 5 auf, die in den einzelnen Teilpaketen fluchten und in die Radialkühlkanäle münden. Die Käfigstäbe 3 sind stirnseitig mit Kurzschlußringen 4 verbunden, die u.U. auch als Ventilatoren ausgebildet sein können. Die Käfigstäbe 3 sind im Bereich der Radialkühlkanäle 6 zusammen mit den in üblicher und nicht näher gezeigter Weise angeordneten Distanzstegen, die die Einhaltung der Abstände der einzelnen Teilpakete sicherstellen, als Ventilatoren wirksam. Jedes Läuferblechteilpaket 2 weist eine gerade Anzahl von Axialkühlkanälen 5 auf, von denen jeder zweite eines außermittigen Teilpaketes eine Sperrfläche 7 bzw. 8 enthält. Die übrigen Teilpakete haben wie üblich freie Axialkühlkanäle. Die Sperrflächen 7 befinden sich demnach in jedem zweiten Axialkühlkanal des

- / -'$' VPA84P3 0 88 DE

dem mittleren Teilpaket rechts benachbarten Teilpaketes und die Sperrflächen 8 um einen Axialkühlkanal versetzt in jedem zweiten Axialkühlkanal des links benachbarten Teilpaketes gemäß Fig. 1.
5

Für die einzelnen Radialkühlkanäle ergibt sich in den von den Sperrflächen 7 in den betreffenden Axialkühlkanälen beeinflußten Umfangszonen eine Kühlluftgeschwindigkeitsverteilung gemäß der Hüllkurve A nach Fig. 3. Entsprechendes gilt für die von der Sperrfläche 8 in den betreffenden Axialkühlkanälen beeinflußten Umfangszonen gemäß Hüllkurve B in Fig. 4. Die dort dünner eingezeichnete Kurve A für die Nachbarabschnitte ergibt in Oberlagerung mit der Kurve B die resultierende Strömungsverteilung gemäß Kurve R als Mittelwert über alle Radialkühlkanäle. Wie sich zeigt, wird durch die Sperrflächen 7, 8 eine vergleichmäßigtere Belüftung und damit auch Kühlung des Läufers auf einfache Weise erreicht.

Bei der Läuferabwicklung nach Fig. 5 sind wiederum in den Axialkühlkanälen 5 die abwechselnd gegensinnig zur Mitte M axial versetzten Sperrflächen 7 und 8 angeordnet, denen die Hüllkurven A und B in Fig. 6 zugeordnet sind. Zwischen den Axialkühlkanälen 5 sind freie Axialkühlkanäle 5' belassen, die also keine Sperrflächen aufweisen, so daß sich eine zugeordnete Hüllkurve 0 in Fig. 6 ergibt. Aus den Hüllkurven A, B und 0 ergibt sich die resultierende mittlere Geschwindigkeitsverteilung nach der Kurve R. Bei dieser Anordnung können Vielfache von 3, d.h. geradzahlige oder ungeradzahlige Axialkühlkanäle verwendet werden.

In an sich bekannter Weise können die in die Radialkanäle mündenden Axialkanäle auch durch Stegwellen selbst an Stelle von glatten Läuferwellen 1 und gestanzten Ausnehmungen im Läuferjoch gebildet sein. Werden in jedem der Axialkühlkanäle gemäß Fig. 1 und 2 Sperrflächen angeordnet, dann ist es vorteilhaft, eine geradzahlige Anzahl von Axial-

- β -6- VPA 84 P 3 0 8 8 DE

kühlkanälen vorzusehen, damit die örtlichen Geschwindigkeitsverteilungen gemäß den Hüllkurven A und B in einer jeweils gleichen Zahl von Umfangsbereichen auftritt und damit in Läuferumfangsrichtung eine möglichst gleichmäßige resultierende mittlere Geschwindigkeitsverteilung entsprechend der Kurve R herrscht.

Die Erfindung ist außer bei Käfigläufern in gleicher Weise auch bei elektrischen Maschinen mit bewickelten Läufern vorteilhaft anwendbar, z.B. bei Schleifringläufermotoren, bei Gleichstromankern und bei Polrädern von Synchronmaschinen, insbesondere in Vollpolläuferausführung.

4 Patentansprüche
6 Figuren

- Leerseite -

Claims (4)

Patentansprüche

1.J Läufer einer elektrischen Maschine mit Axial- und ^ladialkühlkanälen, dem von beiden Stirnseiten Kühlluft zugeführt wird, die zur Läufermantelfläche ausbläst, dadurch gekennzeichnet, daß in den Axialkühlkanälen (5) gegen die Läufermitte (M) axial versetzte Sperrflächen (7, 8) angeordnet sind.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Axialkühlkanäle (5) geradzahlig ist und die Sperrflächen in den einzelnen Axialkühlkanälen in abwechselnder Richtung zur Läufermitte axial versetzt sind.

3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils in der gleichen Richtung zur Läufermitte (M) axial versetzten Sperrflächen (7 bzw. 8) in gleicher Entfernung von der Läufermitte (M) liegen.

4. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß abwechselnd einzelne Axialkühlkanäle (5') sperrflächenlos sind.