DE60037496T2 - Lüftungsvorrichtung und elektrischer Bahn-Traktionsmotor ausgerüstet mit einer solchen Vorrichtung - Google Patents
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilatorvorrichtung und Elektro-Bahntraktionsmotor mit einer derartigen Ventilatorvorrichtung.
- Im Bereich des Bahnantriebs ist ein Elektromotor im allgemeinen in Höhe des Fahrgestells unterhalb des Chassis einer Lokomotive oder eines Wagens angeordnet. Da ein Elektromotor eine erhebliche elektrische Leistung aufnehmen kann, muss er gekühlt werden, um einen Teil dieser Leistung als Wärme abzuführen. Hierzu ist es bekannt, die Umgebungsluft heranzuziehen. Die Umgebung der Bahnantriebsmotoren ist im allgemeinen schmutzig, einerseits wegen Verunreinigungen, die sich auf der Bahnstrecke befinden können, und andererseits wegen Regens oder Schlamms aufgrund von ungünstigen Witterungsbedingungen. Aus den zuvor erläuterten Gründen ist es bekannt, einen Elektromotor gegenüber seiner Umgebung zu schützen, indem Filter oder Gitter am Einlass für Kühlluft angebracht werden. Es ist ebenfalls bekannt, die Kühlluft für den Motor über eine Leitung aus einer Zone mit geringer Verschmutzung anzusaugen, wie etwa einem Abteil im Inneren des Zuges oder aus einer Zone im Bereich der Dachkonstruktion der Lokomotive. Diese Maßnahmen führen zu erheblichen Ladungsverlusten in der Bahn der Luft, so dass der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Es kann auch zu einer Verschmutzung des Motors kommen.
- Durch die
EP 0 849 858 ist ein Motor bekannt, der einen Ventilator umfasst der in der Luftauslaßkammer des Motors angeordnet ist und Luft durch den Motor hindurch ansaugt. Dieser Motor weist eine Umhüllung auf, die einen Teil des Stators einschließt. Kanäle sind im Stator vorgesehen. Die Risiken der Verschmutzung und Verunreinigung sind erhöht, da die angesaugte Luft mit Partikeln belastet ist. - Weiterhin ist aus der
EP 0 387 743 ein Motor bekannt, der einen Ventilator aufweist, der in einer Anlaßkammer angeordnet ist und Luft transportiert, die in Kanäle eintritt, die den magnetischen Statorbereich durchlaufen. Dieser Motor umfasst eine Umhüllung, die einen Teil des Rotors einschließt und durch einen zweiten Kreis von eingeschlossener Luft belüftet wird. - Aus der
FR-A-2 645 817 - Wegen dieser Nachteile sucht die Erfindung Abhilfe, indem eine Ventilationsvorrichtung vorgeschlagen wird, bei der der gesamte Luftstrom, der durch einen Ventilator angesaugt wird, für die Kühlung des Motors genutzt wird, wobei die Risiken einer Verschmutzung oder Verunreinigung minimal sind.
- In diesem Sinne betrifft die Erfindung eine Ventilationsvorrichtung eines Elektromotors für den Bahnantrieb mit einem Zentrifugalventilator, der in einem Sinne oder im doppelten Sinne drehbar ist. Der Ventilator befindet sich in einer Lufteinlaßkammer und pumpt einen Luftstrom in Richtung des Motors. Eine Umhüllung umschließt wenigstens den Rotor des Motors. Kühlkanäle sind im Stator vorgesehen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Ventilator gepumpte Luftstrom in einen inneren Strom, der in das Innere der Umhüllung geleitet wird, und einen äußeren Strom unterteilt wird, der aufgrund des Zentrifugatoreffekts mit Schmutzteilen beladen ist und der in Richtung der Kühlkanäle des Stators des Motors geleitet wird.
- Erfindungsgemäß wird der Luftstrom, der durch den einlaßseitigen Ventilator gepumpt wird, für die Kühlung des Rotors und des Stators des Motors verwendet. Der Teil der Luft, der am ehesten der Verschmutzung mit relativ schweren Partikeln ausgesetzt ist, wird unter dem Einfluss der Zentrifugal kraft nach außen gelenkt, d. h. in Richtung der Kanäle für die Kühlung des Stators, während der Teil der Luft der am wenigsten verschmutzt ist und der den inneren Strom bildet, zum Inneren der Umhüllung gelenkt werden kann, ohne dass es zu einem nennenswerten Verschmutzungsrisiko im Inneren des Motors kommt.
- Entsprechend vorteilhaften Aspekten, die im Rahmen der Erfindung jedoch nicht obligatorisch sind, weist die Vorrichtung eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf:
Der Ventilator pumpt Luft in einen Rohrabschnitt zur Versorgung der Kanäle, wobei eine Trennwand zur Trennung des inneren Volumens des Rohrabschnitts und der äußeren Umhüllung durch mindestens eine Öffnung durchbrochen sind, die eine Verbindung zur Zirkulation des ersten Stromes schafft. Es kann eine oder können mehrere Öffnungen zwischen dem inneren Volumen des Rohrabschnitts und der Umhüllung vorgesehen sein. Die Öffnungen sind im wesentlichen regelmäßig um eine zentrale Achse des Motors herum angeordnet. Es ist auch möglich, die Öffnungen in Radialrichtung im Inneren der Bahn vorzusehen, die definiert wird durch den Rohrabschnitt für den zweiten Strom. Aufgrund dieses Aspekts der Erfindung, ist der erste Kühlluftstrom, der in Richtung der Umhüllung gerichtet ist, abgeleitet von dem Strom, der in Richtung der Kanäle des Stators fließt, welche Ableitung auf einer Innenfläche des Rohrabschnitts stattfindet, dessen Luft am meisten verunreinigt ist, d. h. mit relativ schweren Partikeln belastet ist, und am weitesten entfernt ist. - – Es ist wenigstens eine Auslaßöffnung aus der Umhüllung für den ersten Luftstrom vorgesehen. Diese Auslaßöffnung kann sich in der Nähe eines Kühlkanals des Stators befinden. In diesem Falle ist vorzugsweise eine Trennrippe für den Luftstrom vorgesehen, der aus dieser Öffnung und diesem Kanal austritt.
- – Ein zweiter Ventilator erzeugt oder unterstützt einen Luftstrom im Inneren der Umhüllung von dem inneren Strom aus. Der zweite Ventilator vergrößert die Luftbewegung in der Umhüllung und verbessert so die Wirksamkeit der Kühlung der Elemente, die in der Umhüllung enthalten sind.
- – Die Umhüllung umschließt den Rotor, einen mittleren inneren Bereich des Stators, wenigstens eine Spule, die dem Stator oder dem Motor zugeordnet ist, eine Partie der zentralen Welle des Motors und eventuell einen zweiten Ventilator. Die Anordnung der zuvor genannten Elemente wird ebenfalls durch den ersten Luftstrom gekühlt.
- Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Elektromotor für den Bahnantrieb, der mit einer Ventilatorvorrichtung der zuvor beschriebenen Art ausgerüstet ist. Ein derartiger Motor arbeitet sehr zufriedenstellend, auch in einer verschmutzten Umgebung. Die Kühlwirkung ist besonders stark. Daher kann ein Motor gemäß der Erfindung mit großer Leistung auf relativ begrenztem Raum hergestellt werden.
- Die Erfindung wird besser verstanden werden aufgrund der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nehmen:
-
1 ist ein Längsschnitt durch einen Bahntraktionsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. -
2 ist ein entsprechender Schnitt zu1 für einen Bahntraktionsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. - Der Motor
1 , der in1 dargestellt ist, umfasst eine Mittelwelle2 , die durch Lager3 und4 getragen wird und auf der ein Rotor5 montiert ist. - Mit X-X' ist die Längsachse der Welle
2 bezeichnet, die Drehachse des Rotors5 ist. - Ein Stator
8 , der in Bezug auf die Achse X-X' zentriert ist, ist radial um den Rotor5 herum angeordnet und mit einer Spule9 ausgerüstet. Mit e ist Luftspalt zwischen dem Rotor5 und dem Stator8 bezeichnet. - Ein Lagerschild
11 trägt das Lager3 und ist verbunden mit einem Flanschring12 , der mit dem Stator8 verbunden ist. - Andererseits ist der Flanschring
12 mit Hilfe von Schrauben16 mit einem Rohransatz17 verbunden, der eine Einlaßöffnung18 für Kühlluft des Motors1 bildet und das Lager4 trägt. - Der Rohransatz
17 umfasst eine äußere Umhüllung20 und einen Teil einer inneren Umhüllung21 , die miteinander ein inneres Volumen V des Rohransatzes17 begrenzen, wobei die Öffnung18 in dem Bereich20 ausgebildet ist, während das Lager4 mit dem Bereich21 zusammenhängt. Ein Gitter22 ist vor der Öffnung18 vorgesehen und gestattet es, Unrat wie Papiere oder Blätter, die tendenziell in den Rohransatz17 durch die Öffnung18 eindringen würden, fernzuhalten. - Ein Ventilator
24 , dessen Flügel mit25 bezeichnet sind und sich in Radialrichtung erstrecken, ist an einem Ende2a der Welle2 innerhalb der Lufteintrittskammer C angebracht, die in dem Rohransatz17 zwischen dem Gitter22 und dem inneren Bereich21 gebildet wird. - Wegen der Form und der Anordnung der Elemente
11 ,12 und21 bilden diese eine Umhüllung für den Rotor5 , einen Teil der Welle2 , einen Teil8a des Stators, der von der Achse X-X' entfernt liegt, mit einem Abstand, der geringer ist als ein Radius R, der annähernd dem maximalen Innenradius R21 des Bereichs21 und der Spule9 entspricht. Die Umhüllung E gestattet somit einen Schutz der Elemente5 ,8a und9 gegenüber der Umgebungsatmosphäre insbesondere gegenüber Staub. - Erfindungsgemäß durchläuft der Luftstrom F1 die Öffnung
18 in dem Rohransatz17 und wird durch den Ventilator24 zum einen in Richtung des Inneren der Umhüllung A und in Richtung des Stators8 gefördert, wie die Luftströme F2 und F3 anzeigen. - Der innere Luftstrom F4 durchströmt die Öffnungen
26 in dem Bereich21 des Rohransatzes17 . Diese Öffnungen sind um die Achse X-X' herum verteilt. Der Luftstrom F2, der in die Hülle E eintritt, wird unterteilt in zwei Luftströme F4 und F5. Der Luftstrom F4 durchströmt die Kanäle27 , die in dem Rotor5 parallel zur Achse X-X' vorgesehen sind. Dies gestattet es, den Rotor5 wirksam zu kühlen. Der Luftstrom F5 durchströmt den Luftspalt e zwischen dem Rotor5 und dem Stator8 und überstreicht den Rotor5 . - Die Zirkulation der Luft im Inneren der Umhüllung E wird unterstützt durch einen zweiten Ventilator
28 , der auf der Welle2 im Inneren der Umhüllung montiert ist und dessen Flügel29 erzeugen eine Strömung der Luft von den Öffnungen26 in Richtung mehrerer Auslaßöffnungen30 , die sich in dem Flanschring12 befinden. Durch die Pfeile F6 und F7 ist der Kühlluftstrom im stromabwertigen Bereich und am Auslass der Umhüllung E gekennzeichnet, der sich ergibt aus der Vereinigung der Ströme F4 und F5. - Der Luftstrom F3 wird seinerseits durch die Kanäle
31 geleitet, die in dem Stator8 außerhalb des Bereiches8a ausgebildet sind. Die Kanäle31 können gleichmäßig verteilt um die Achse X-X' herum angeordnet oder in bestimmten Sektoren, insbesondere in dem Fall, dass der Stator eine polygonale äußere Kontur aufweist, angeordnet sein. Beispielsweise können in dem Fall, dass der Stator eine orthogonale äußere Kontur aufweist, während sein zentraler Bereich kreisförmig ist, die Kanäle31 in vier äußeren Zonen des Stators ausgebildet sein. Der Luftstrom F3 gestattet eine Kühlung des Stators8 und mündet bei F8 durch eine Auslaßöffnung32 , die am stromabwertigen Ende jedes Kanals31 in dem Flanschring12 in der Nähe der Öffnungen30 ausgebildet ist. - Eine Rippe
33 ist in der Nähe jeder Öffnung32 vorgesehen und leitet den Luftstrom F8 um und vermeidet so die Erzeugung eines Gegendrucks in Höhe der nächsten Öffnung30 . - Da der zweite Luftstrom F3 einer Bahn folgt, die durch den Rohransatz
17 und die Kanäle31 gebildet wird und die radial außerhalb der Bahn liegt, der der erste Strom F2 folgt, enthält er mehr Verunreinigungen, die relativ schwer sind und durch den Ventilator17 der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind. Das ist nicht sonderlich nachteilig, da die Kanäle31 von dem inneren Volumen des Motors getrennt sind, das durch die Umhüllung E begrenzt wird, und da dieser Abschnitt ausreichend wichtig ist für eine Belüftung. Im übrigen sind die Kanäle31 insgesamt gradlinig, so dass der Strom F3 am Abströmen nicht gehindert wird, so dass die Verunreinigungen keine Tendenz haben, sich in den Kanälen31 abzusetzen. - Im Gegensatz dazu ist der Luftstrom F2 relativ sauber, da die Öffnungen
26 radial innerhalb des Bereichs des Radius R angeordnet sind, d. h. im Inneren der Bahn des zweiten Stroms F2. Im übrigen sind die Öffnungen26 im wesentlichen senkrecht zum Luftstrom F3 in der vom Rohransatz17 erfassten Zone angeordnet. Der Strom F3 bildet den Hauptabstrom, derart, dass die Verunreinigungen vorzugsweise der Bahn des Flusses3 folgen. - Daher ist die Luft, die in der Umhüllung
6 strömt, relativ sauber, so dass nicht das Risiko besteht, dass die drehenden Teile des Motors1 verschmutzen und Schmutz sich im Luftspalt e oder der Spule9 ansammelt, selbst wenn der Bereich des Luftstroms F4 bis F6 in der Umhüllung A relativ gewunden ist. Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in2 dargestellt ist, tragen die entsprechenden Elemente zu den bereits verschriebenen Elementen der ersten Ausführungsform gleiche Bezugsziffern. - Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, dass die Öffnungen des Auslasses
30 des inneren Luftstroms im Winkel gegenüber den Kanälen31 versetzt sind. Somit sind die Auslaßöffnungen32 , durch die der äußere Abstrom mündet, wie der Pfeil F8 zeigt, so angeordnet, dass die Abströme F7 und F8 einander nicht überkreuzen. Wie in2 gezeigt ist, kann eine Öffnung32 diametral gegenüber einer Öffnung30 angeordnet sein. - Welche Ausführungsform auch in Betracht gezogen wird, es ergibt sich eine ausgezeichnete Kühlwirkung, da der Strom F1 in seiner Gesamtheit zur Kühlung des Motors
1 verwendet wird. Der Durchmesser des Ventilators1 kann daher gegenüber dem Stand der Technik verkleinert werden, so dass das Geräusch, das der Ventilator erzeugt, reduziert wird. - Im Hinblick auf die Zentrifugalwirkung, durch die Verunreinigungen zum äußeren Bereich der Umhüllung
6 befördert werden, kann das Gitter22 eine relativ große Maschenweite aufweisen. Dadurch werden die Verluste verringert und es ist nicht notwendig, eine regelmäßige Wartung des Filterelements durchzuführen, wie es bei manchen Motoren im Stand der Technik der Fall ist. - Die Erfindung ist unabhängig vom Typ des Motors
1 anwendbar. Der Motor kann ein Synchron- oder Asynchronmotor sein. Die Erfindung ist auch unabhängig vom Typ des Ventilators24 , der in einem Sinn oder in beiden Sinnen um die Achse X-X' laufen kann. Die Erfindung ist auch unabhängig anwendbar vom Aufbau des Motors, der durch ein Blechpaket gebildet sein kann, der in einen Ring eingefügt sein kann, evtl. mit äußeren Flügeln. - Entsprechend einer nicht dargestellten Variante der Erfindung kann der Flanschring
12 mehrteilig ausgebildet sein, insbesondere zur Erleichterung der Montage des Stators.
Claims (10)
- Vorrichtung zur Belüftung eines elektrischen Bahntraktionsmotors mit – einem Zentrifugalventilator (
24 ), der sich in einem Sinn oder in zwei Sinnen drehen kann und untergebracht ist in einer Lufteintrittskammer (C) und einen Luftstrom (F1) in Richtung des Motors abgibt, – ein Umhüllung (E), die wenigstens den Rotor (5 ) des Motors einschließt, – Kanäle (31 ) zur Abkühlung des Stators (8 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (F1), der durch den Ventilator abgegeben wird, unterteilt wird in einen inneren Strom (F2), der in das Innere der Umhüllung (E) geleitet wird, und einen äußeren Strom (F3), der belastet ist mit Verunreinigungen aufgrund des Zentrifugaleffekts des Ventilators (24 ), der zur Außenseite der Umhüllung (E) in Richtung der Kanäle (31 ) zur Abkühlung des Stators (8 ) des Motors geleitet wird. - Vorrichtung zur Belüftung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (
24 ) in einen Rohransatz (17 ) zur Versorgung der Kanäle (31 ) fördert, wobei eine Zwischenwand (21 ) zur Trennung des Volumens innerhalb des Rohransatzes und innerhalb der Umhüllung (E) durch wenigstens eine Öffnung (26 ) durchbrochen ist, die eine Verbindung herstellt, die eine Zirkulation des ersten Stroms (F2) ermöglicht. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehre Verbindungsöffnungen (
26 ) zwischen dem Volumen (F) innerhalb des Rohransatzes (17 ) und innerhalb der Umhüllung (E) umfasst, welche Öffnungen im wesentlichen gleichmäßig um die Mittelachse (X-X') des Motors (1 ) verteilt sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung oder die Öffnungen (
26 ) radial ausgebildet sind im Inneren der Bahn, die begrenzt wird durch den Rohransatz (17 ) für den zweiten Strom (F3). - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Auslassöffnung (
30 ) des ersten Luftstromes (F2) der Umhüllung (E) umfaßt. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (
30 ) hergestellt ist in der Nähe der Mündung (32 ) eines Kanals (31 ) zur Abkühlung des Stators (8 ). - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Rippe (
33 ) zur Trennung der Luftströme (F7, F8) umfasst, die aus der Auslassöffnung (30 ) des Kanals (31 ) austreten. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Ventilator (
28 ) umfasst, der vorgesehen ist zur Erzeugung oder Verstärkung eines Luftstroms (F4, F5, F6) im Inneren der Umhüllung (E) von dem inneren Strom (F2) aus. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (E) den Rotor (
5 ), einen inneren radialen Bereich (8a ) des Stators (8 ), wenigstens eine Spule (9 ), die dem Stator oder dem Rotor zugeordnet ist, einen Bereich der Mittelwelle (2 ) des Motors (1 ) und evtl. einen zweiten Ventilator (28 ) einschließt. - Bahntraktionsmotor (
1 ), ausgerüstet mit einer Lüftungsvorrichtung (11 –33 , E, C) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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