DE4320559A1 - Elektrische Maschine mit einem innengekühlten Läufer - Google Patents
Elektrische Maschine mit einem innengekühlten LäuferInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem
innengekühlten Läufer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Maschine ist durch die DE-B-11 62 465 bekannt.
Bei dieser Maschine sind die einzelnen jeweils mit einer
Mittenbohrung versehenen Läuferbleche zu einem Läuferblech
paket geschichtet und zwischen zwei stirnseitigen Flanschen
gehalten. Die Flansche sind mittels eines sich durch die von
den Mittenbohrungen der einzelnen Bleche gebildete Mittenöff
nung des Läuferblechpaketes erstreckenden Zugankers gegen das
Blechpaket verspannt. In den Flanschen befinden sich zu der
Mittenöffnung führende Durchtrittsöffnungen, durch die Kühl
luft aus dem Inneren des Maschinengehäuses in die Mittenöff
nung strömen kann. Über sich radial im Blechpaket
erstreckende Kanäle wird die Kühlluft aus der Mittenöffnung
nach radial außen in den Luftspalt und damit wieder in den
Innenraum der Maschine gefördert. Bei einer solchen Maschine
wird somit die im Läufer anfallende Verlustwärme nicht auf
direktem Wege nach außen abgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Maschine
der gattungsgemäßen Art die Kühlung des Läufers zu verbessern
und gleichzeitig eine höhere Schutzart als bei durchzug
belüfteten Maschinen zu ermöglichen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Kenn
zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die
Zuführung des Kühlmediums von außerhalb des Maschinengehäuses
ist dieses Medium noch nicht vorbelastet und besitzt somit
ein höheres Kühlvermögen. Durch die Abgrenzung dieses den
Läufer durchsetzenden Kühlmediums von dem Inneren des
Maschinengehäuses wird eine höhere Schutzart, z. B. höher als
IP 23 der Maschine gewährleistet.
Die vollständige Abgrenzung des den Läufer durchströmenden
Kühlmediums gegenüber dem Inneren des Maschinengehäuses
gelingt nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß
die Zu- und Abführung des Kühlmediums über in der Läuferwelle
vorgesehene und an den Stirnseiten der Läuferwelle mündende
Öffnungen erfolgt. Bei einer derartig gestalteten Maschine
kann zur Kühlung des Läufers ohne weiteres auch ein flüssiges
Kühlmedium verwendet werden.
Bei einer Kühlung mittels eines gasförmigen Kühlmediums ist
es vorteilhaft, wenn mindestens auf einer Maschinenseite
zwischen dem Läufer und dem auf dieser Maschinenseite befind
lichen, mit Durchbrüchen für das gasförmige Kühlmedium
versehenen Lagerschild ein rohrförmiges Verbindungsteil
vorgesehen ist, welches entweder feststehend am Lagerschild
oder mitrotierend am Läufer angeordnet ist, welches Verbin
dungsteil als Strömungsverbindung zwischen den Durchbrüchen
des Lagerschildes und der Mittenöffnung des Läufers dient.
Eine solche konstruktive Gestaltung der Maschine ermöglicht
die unmittelbare Zuführung des Kühlmediums aus der Umgebung
der Maschine zum Läufer insbesondere dann, wenn das Wellen
ende auf der entsprechenden Maschinenseite wegen eines an der
elektrischen Maschine oder dem Wellenende selbst angebauten
Maschinenteiles für die Zuführung des Kühlmediums nicht frei
zugänglich ist.
Dadurch, daß die Durchbrüche radial außerhalb des im Lager
schild angeordneten Lagers konzentrisch zu diesem angeordnet
sind, kann die Verbindung der Durchbrüche mit der Mittenöff
nung des Läufers mittels eines rotationssymmetrischen Rohr
teiles erfolgen. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn
das Verbindungsteil mit dem Läufer verbunden ist und somit
mit diesem rotiert. Zwischen dem rotierenden Verbindungsteil
und dem Lagerschild ist dann eine Spaltdichtung vorgesehen.
Eine ausreichende Förderung des gasförmigen Kühlmediums durch
den Läufer hindurch wird dadurch erreicht, daß mindestens auf
einer Maschinenseite an der Stirnseite des betreffenden
Wellenendes der Läuferwelle mit der Mittenöffnung verbundene
Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind, die in Strömungsverbin
dung mit einem Lüfter stehen. Ist der Lüfter an der Maschine
angebaut, dann kann die Strömungsverbindung zwischen den
Durchtrittsöffnungen und dem Lüfter zweckmäßigerweise über
einen zwischen dem Lagerschild und dem Lüfter vorgesehenen
Zwischenraum hergestellt werden.
Sind am Außenumfang des Maschinengehäuses vom Innenraum der
Maschine getrennte Durchzugskanäle ausgebildet, die auf ihrer
einen Seite in den Zwischenraum münden, dann wird durch den
Lüfter auch noch ein Kühlluftstrom für das Maschinengehäuse
erzeugt. Da die Durchzugskanäle vollkommen vom Innenraum der
Maschine getrennt sind, können sie auf der anderen Stirnseite
der Maschine offen münden, so daß die Kühlluft aus der
Umgebung des Maschinengehäuses angesaugt wird.
Eine verbesserte Kühlung wird bei einer Ausgestaltung der
elektrischen Maschine gemäß den Merkmalen der Ansprüche 8 und
9 erreicht. Durch die abwechselnde Anordnung von einzelnen
Läuferblechen bzw. von aus mehreren Läuferblechen gebildeten
Blechstapeln mit unterschiedlich großen Mittenbohrungen, wie
im Anspruch 8 beschrieben, stehen die Läuferbleche bzw.
Blechstapel mit der kleineren Mittenbohrung gegenüber den
Läuferblechen bzw. Blechstapeln mit der größeren Mitten
bohrung nach innen über. Hierdurch ergibt sich eine sehr
große Kühlfläche, über die eine große Wärmemenge an das die
Mittenbohrung durchströmende Kühlmedium abgegeben werden
kann.
Bei der Ausführungsvariante nach Anspruch 9 wird durch die
sich vom Rand der Mittenbohrung nach radial außen
erstreckenden Schlitze eine Vergrößerung der von dem durch
die Mittenbohrung durchströmenden Kühlmedium erfaßbaren Kühl
fläche erreicht.
Eine weitere Vergrößerung der Kühlfläche wird durch die im
Anspruch 10 beschriebene Kombination der verschiedenartig
ausgebildeten Bleche erzielt.
Bei einer nach den Merkmalen des Anspruchs 11 ausgebildeten
Maschine ergibt sich infolge der Verdrehung der mit einem
Schlitz versehenen Bleche eine stärkere Verwirbelung des
durchströmenden Kühlmediums und damit ein intensiverer Wärme
übergang von den Blechen zu dem Kühlmedium.
Um für den magnetischen Fluß einen möglichst gleichmäßigen
Querschnitt zu erhalten, ist es zweckmäßig, daß die radiale
Tiefe der Schlitze der Durchmesserdifferenz der unterschied
lich großen Mittenbohrungen entspricht. Damit ist auch bei
den mit den Schlitzen versehenen Blechen der für den magneti
schen Fluß verbleibende Teil der Bleche genauso groß wie bei
den Blechen mit der größeren Mittenbohrung.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spieles wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine elektrische Maschine im Längsschnitt,
Fig. 2 eine Stirnansicht der Antriebsseite der Maschine,
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Läufers der
Maschine nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Läufer im Querschnitt.
Mit 1 ist ein innenbelüfteter Läufer einer elektrischen
Maschine 2 bezeichnet. Der Läufer 1 weist ein aus einzelnen
Blechen 3 und 4 geschichtetes Blechpaket 5 auf. Jedes der
Bleche 3 und 4 ist mit einer Mittenbohrung 6 versehen. Die
Mittenbohrungen der einzelnen Bleche 3 und 4 bilden im
geschichteten Zustand dieser Bleche 3 und 4 eine axial durch
gehende Mittenöffnung 7. Das Blechpaket 5 ist zwischen
stirnseitig angeordneten und durch einen sich durch die
Mittenöffnung 7 hindurcherstreckenden Zuganker 8 miteinander
verbundenen Flanschen 9 eingespannt. In hohlen Nabenansätzen
10 der Flansche 9 sind Wellenstummel 11 durch Preßsitz einge
fügt. Mit diesen Wellenstummeln 11 ist der Läufer mittels in
den Lagerschilden 12 und 13 der Maschine vorgesehenen Lagern
14 drehbar gelagert.
In dem auf der Antriebsseite 15 der Maschine angeordneten
Lagerschild 12 sind radial außerhalb des Lagers 14
konzentrisch zu diesem Durchbrüche 16 angeordnet. Auf der
Innenseite dieses antriebsseitigen Lagerschildes 12 ist ein
die inneren Mündungsöffnungen der Durchbrüche 16 umschließen
der Ringbund 17 angeformt. Auf der Außenseite des Lager
schildes 12 sind die Durchbrüche 16 mittels eines Kiemen
bleches 22, das Schutz gegen Spritzwasser gewährt, überdeckt.
An dem der Antriebsseite 15 benachbarten Flansch 9 des
Läufers 1 ist auf einem Axialansatz 18 ein rohrförmiges
Verbindungsteil 19 mit einem Anschlußbund 20 fest aufgesetzt.
An seinem gegenüberliegenden freien Ende 21 ist das Verbin
dungsteil 19 in seinem Durchmesser dem Durchmesser des Ring
bundes 17 angepaßt und untergreift den Ringbund 17. Durch die
Überlappung zwischen dem freien Ende 21 des Verbindungsteiles
19 und dem Ringbund 17 wird ein Dichtspalt gebildet. An dem
Ringbund 17 kann auch eine sich axial erstreckende umlaufende
Nut vorgesehen werden, in die das Verbindungsteil 19 mit
seinem freien Ende 12 eingreift.
Der von dem Verbindungsteil 19 umschlossene Raum steht über
entsprechende in dem antriebsseitigen Flansch vorgesehene
Strömungsöffnungen 23 mit der Mittenöffnung 7 in Verbindung.
Auf der gegenüberliegenden Maschinenseite sind in dem Wellen
stummel 11 axial verlaufende Austrittsbohrungen 24 als Durch
trittsöffnungen angebracht, die auf der Stirnseite dieses
Wellenstummels 11 in einen durch einen axialen Überstand 25
des Lagerschildes 13 und ein an diesen Überstand 25 ange
bautes Gehäuse 26 eines Lüfters 27 gebildeten Zwischenraum 28
münden. Der Lüfter 27, der beispielsweise ein Radiallüfter
ist, steht mit seiner Ansaugöffnung 29 mit dem Zwischenraum
28 in Saugverbindung.
Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, sind entsprechend der
eckigen Querschnittskontur des Maschinengehäuses in den Eck
sektoren 30 sich über die volle axiale Länge des Maschinen
gehäuses erstreckende Durchzugskanäle 31 ausgebildet. Diese
Durchzugskanäle 31 haben keine Verbindung zum Innenraum des
Maschinengehäuses. Auf der Antriebsseite 15 der Maschine
münden die Durchzugskanäle 31 offen an der betreffenden
Stirnseite des Maschinengehäuses. Auf der gegenüberliegenden
Maschinenseite sind in den Ecksektoren des dortigen Lager
schildes 13 sich mit den Durchzugskanälen 31 deckende, in der
Zeichnung nicht sichtbare Durchzugsöffnungen ausgebildet, die
in den Zwischenraum 28 münden. Damit wird durch den Lüfter 27
Kühlluft nicht nur durch den Läufer 1 hindurchgefördert,
sondern auch durch die Durchzugskanäle 31 des Maschinen
gehäuses. Der über das Maschinengehäuse verlaufende Kühlluft
strom ist durch gestrichelte Pfeile 32 angedeutet. Der den
Läufer 1 durchsetzende Kühlluftstrom ist durch voll ausge
zogene Pfeile 33 dargestellt.
Wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, weisen die einen
Bleche 3 eine im Durchmesser kleinere Mittenbohrung 6 auf als
die anderen Bleche 4. Es besteht die Möglichkeit, die einen
Bleche 3 mit der kleineren Mittenbohrung 6 abwechselnd mit
den anderen, die größere Mittenbohrung 6 aufweisenden Blechen
aufeinanderfolgend im Blechpaket 5 anzuordnen. Es können aber
auch kleine Blechstapel, die aus zwei oder mehr gleichartigen
Blechen 3 oder 4 bestehen, gebildet und dann diese
Blechstapel abwechselnd aufeinanderfolgend im Blechpaket 5
angeordnet werden. Infolge ihrer kleineren Mittenbohrung 6
ragen die einen Bleche 3 gegenüber den anderen Blechen 4
weiter in die durch die Mittenbohrungen 6 gebildete Mitten
öffnung 7 des Läufers 1. Somit wirkt der gegenüber den
anderen Blechen 4 überstehende Teil der einen Bleche 3 wie
Kühlrippen. Durch die Vielzahl der Bleche 3 und 4 ergibt sich
eine sehr große Kühlfläche, über die eine große Wärmemenge
von dem Läufer 1 an das Kühlmedium abgegeben werden kann.
Darüber hinaus können die einen Bleche 3 noch mit vom Rand
ihrer Mittenbohrung 6 ausgehenden, sich nach radial außen
erstreckenden Schlitzen 34 versehen sein, wie dies aus der
Fig. 4 zu ersehen ist. Werden die Bleche 3 und 4 entsprechend
einer für den Läufer 1 vorgesehenen Nutschrägung aufeinander
folgend um den entsprechenden Umfangswinkel gegeneinander in
Umfangsrichtung verdreht, dann bilden die Schlitze 34 der
Nutschrägung entsprechend schräg verlaufende Strömungskanäle
35. Hierdurch wird eine Verwirbelung des durchströmenden
Kühlmediums bewirkt, so daß das Kühlmedium gut in die durch
den gegenseitigen radialen Überstand der Bleche 2 und 3
gebildeten Zwischenräume eindringt und somit eine große Kühl
wirkung erzielt wird.
Durch auf den Zuganker 8 angeordnete Lüfterflügel 36 kann
eine weitere Verwirbelung und auch Förderung des Kühlmediums
erreicht und somit die Kühlung des Läufers 1 noch weiter
verbessert werden.
Ist das antriebsseitige Wellenende 37 frei zugänglich, so
können in dem entsprechenden Wellenstummel 11 eine zentrisch
verlaufende Eintrittsbohrung 38 und in dem betreffenden
Flansch 9 den Zuganker 8 konzentrisch umgebende Strömungsöff
nungen 23 vorgesehen werden. In diesem Falle ist der
Kühlkreis des Läufers 1 vollkommen gegenüber dem den Ständer
39 mit der Ständerwicklung 40 enthaltenden Innenraum der
Maschine abgedichtet, so daß von Natur aus kein Übertritt von
Kühlmedium aus dem Läuferkühlkreis in das Maschineninnere
erfolgen kann. Daher kann bei einer derartigen konstruktiven
Gestaltung des Läufers 1 ohne weiteres zur Läuferkühlung auch
ein flüssiges Kühlmedium verwendet werden.
Wird im Läuferkühlkreis ein gasförmiges Kühlmedium verwendet,
dann ergibt sich im Läuferkühlkreis, durch die Strömungs
geschwindigkeit des Kühlmediums bedingt, ein relativ niedri
ger statischer Druck, der in jedem Fall unter dem im Inneren
des Maschinengehäuses herrschenden statischen Druck liegt.
Somit besteht ein vom Innenraum der Maschine zum Läuferkühl
kreis gerichtetes Druckgefälle. Durch dieses Druckgefälle
wird ein Übertritt des Kühlmediums vom Läuferkühlkreis in das
Maschineninnere verhindert. Somit wird trotz des freien
Zuströmens des Kühlmediums zu dem Läuferkühlkreis eine höhere
Schutzart als IP 23 wie sie einer durchzugsbelüfteten
Maschine entspricht, gewährleistet.
Claims (13)
1. Elektrische Maschine mit einem innengekühlten Läufer, der
eine axial durchgehende Mittenöffnung (7) aufweist, die mit
einem Kühlmedium beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlmedium von außerhalb des Maschinengehäuses der
Mittenöffnung (7) zugeführt ist und diese vollständig in
axialer Richtung durchströmt, wobei das den Läufer (1) durch
strömende Kühlmedium vollständig gegenüber dem den Ständer
(39) der Maschine enthaltenden Innenraum des Maschinen
gehäuses abgegrenzt ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zu- und Abführung des Kühlmediums über in der Läufer
welle (11) vorgesehene und an den Stirnseiten der Läuferwelle
(11) mündende Öffnungen (23, 38 und 24) erfolgt.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die mittels eines
gasförmigen Kühlmediums gekühlt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens auf einer Maschinenseite zwischen dem Läufer
(1) und dem auf dieser Maschinenseite (15) befindlichen, mit
Durchbrüchen (16) für das gasförmige Kühlmedium versehenen
Lagerschild (12) ein rohrförmiges Verbindungsteil (19) vorge
sehen ist, welches entweder feststehend am Lagerschild (12)
oder mitrotierend am Läufer (1) angeordnet ist, welches
Verbindungsteil (19) als Strömungsverbindung zwischen den
Durchbrüchen (16) des Lagerschildes (12) und der Mittenöff
nung (7) des Läufers (1) dient.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchbrüche (16) radial außerhalb des im Lagerschild
(12) angeordneten Lagers (14) konzentrisch zu diesem ange
ordnet sind.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens auf einer Maschinenseite an der Stirnseite des
betreffenden Wellenendes der Läuferwelle (11) mit der Mitten
öffnung (7) verbundene Durchtrittsöffnungen (Austrittsboh
rungen (24) vorgesehen sind, die in Strömungsverbindung mit
einem Lüfter (27) stehen.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lüfter (27) mit seinem Gehäuse (26) an der Maschine
angebaut ist und über einen zwischen dem Gehäuse (26) des
Lüfters (27) und dem Lagerschild (13) vorgesehenen Zwischen
raum (28) mit den Durchtrittsöffnungen (24) in Strömungsver
bindung steht.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Außenumfang des Maschinengehäuses vom Innenraum der
Maschine getrennte Durchzugskanäle (31) ausgebildet sind, die
auf ihrer einen Seite in den Zwischenraum (28) münden.
8. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Läufer (1) ein lamelliertes Blechpaket (5) aufweist,
wobei im Blechpaket (5) aufeinanderfolgende Bleche (3 und 4)
oder aus mehreren Blechen (3 bzw. 4) gebildete aufeinander
folgende Blechstapel mit sich im Durchmesser unterscheidenden
Mittenbohrungen (6) ausgeführt sind.
9. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Läufer (1) ein lamelliertes Blechpaket (5) aufweist,
dessen einzelne Bleche (3 bzw. 4) jeweils mit einer Mitten
bohrung (6) und sich vom Rand der Mittenbohrung (6) nach
radial außen erstreckenden Schlitzen (34) versehen sind.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bleche (3) mit der kleineren Mittenbohrung (6) mit
den sich nach radial außen erstreckenden Schlitzen (34)
versehen und in abwechselnder Folge mit den die größere
Mittenbohrung (6) aufweisenden Blechen (4) im Blechpaket (5)
angeordnet sind.
11. Elektrische Maschine nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzlich mit Schlitzen (34) versehenen Bleche (3)
axial aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung jeweils um einen
bestimmten Umfangswinkel gleichsinnig gegeneinander verdreht
sind.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bleche (3) entsprechend einer am Läufer (1) vorge
sehenen Nutschrägung in Umfangsrichtung gegeneinander ver
dreht sind.
13. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radiale Tiefe der Schlitze (34) der Durchmesserdiffe
renz der unterschiedlichen Mittenbohrungen (6) der Bleche (3
und 4) entspricht.
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (2)
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DE9408559U Expired - Lifetime DE9408559U1 (de) | 1993-06-21 | 1994-05-25 | Elektrische Maschine mit einem innengekühlten Läufer |
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