DE649145C - Kuehleinrichtung fuer die Spulenkoepfe gezahnter Laeufer elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

Die Spulenköpfe von gezahnten Läufern elektrischer Maschinen hoher Drehzahl werden durch Bandagen oder Kappen gegen die Fliehkräfte gesichert. Dadurch ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten bei der Belüftung der Wickelköpfe. Wird die Kühlluft von den Stirnseiten her unterhalb· der Wickelköpfe axial durch die Kappe geleitet, so bestreicht sie die Spulenköpfe nur an der unteren Breitseite der untersten Windung. Die Wärmeabfuhr aus dem Innern des Spulenquerschnittes im Wickelkopf, auf die es besonders ankommt, ist dadurch unzulänglich, und die Spulen müssen deshalb im Querschnitt stärker bemessen werden. Auch wenn die Luft zwischen den Flanken der Stirn benachbarter Spulenköpfe hindurch bei Einhaltung eines entsprechenden axialen Abstandes zwischen letzteren in axiale Kühlkanäle der Zähne, in eine Ringnut hinter dem Kappensitz oder in radiale Bohrungen der Kappe bzw. in Austrittsöffhungen zwischen Teilbandagen geführt wird, ergibt sich noch immer keine ausreichende Wärmeableitung, da dann äußerstenfalls nur die verhältnismäßig dünnen Kanten der Flachleiterwindungen für die Wärmeabgabe an die vorbeistreichende Luft in Betracht kämen.

Eine wirksamere Durchlüftung der Süulenköpfe erhält man, wenn man die Spule, wie ebenfalls bekannt ist, in zwei od'er* mehrere radial übereinanderliegende Windungsgruppen unterteilt und diese über die ganze Länge der Spule im Abstand voneinander hält. Dann kann die Luft auch den Querschnitt der Spulenköpfe selbst durchdringen, und" es findet eine Berührung mit Flachseiten innerer Windungen statt, also dort, wo sich die stärkste Erwärmung äußert. Solche .Einrichtungen haben' aber den Nachteil, daß sie eine erhebliche Vergrößerung des Läuferdurchmessers und damit der ganzen Maschine voraussetzen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, auch ohne Vergrößerung des Läuferdurchmessers die Luft über die Wickelköpfe durchdringende Kanäle zu leiten und so eine gute Wärmeabfuhr aus dem Inneren des Wickelkopfquerschnittes zu bewirken, wobei die Kühlluft mit den Breit-Seiten ,der Leiter in ausgiebige Berührung gelangt. Während in der aktiven Länge sämtliche Windungen jeder Spule dicht aufeinander bleiben, soll erfindungsgemäß die Trennung der Windungen oder Windungsgruppen ausschließlich in den Spulenköpfen erfolgen, indem dort die Stirnverbindungen der äußeren Windungen oder Windungsgruppen die kreisrunde Form über den Umfang beibehalten, abweichend von dieser kreisförmigen Krümmung aber die Stirnverbindungen der inneren Windungen oder Windungsgrup-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.

pen so nach innen gebogen werden, daß dor zwischen Windungen oder Windungsgruppen verschiedener Form je ein ausreichender Luft spalt entsteht, der den axialen Durchgang, der Luft durch die Spulenköpfe von der/ Stirnseite her gestattet. Dadurch bleibt der* äußere Durchmesser für die Kappen und de* des ganzen Läufers erhalten, während der verfügbare Raum unterhalb der Spulenköpfe ίο für die Abbiegung der inneren Windungsgruppen bzw. für die Einfügung der Durchlaßöitnungen ausgenutzt ist. Die Zahl der voneinander getrennten inneren Windungsgruppen kann beliebig und damit auch ihre Abweichung von der kreisförmigen Kjrüm mung verschieden sein. Ebenso brauchen die Windungsgruppen in der Zahl der Windungen nicht gleich zu sein.

In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Beispielen eines gezahnten umlaufenden Feldmagneten veranschaulicht. Die Abb. ι zeigt die erste Ausführungsart links im Querschnitt I-11 vor dem Spulenkopf der innersten Feldspule, rechts im Querschnitt III-IV vor dem Spulenkopf der äußersten Feldspule, während Abb. 2 einen Längsschnitt nach der Schnittlinie V-VI wiedergibt. Abb. 3 ist eine schaubildliche Darstellung eines Spulenkopfes für das zweite Ausführungsbeispiel. ₁

α bedeutet den massiven Läuferkörper mit den Zähnen b und den in den Nuten eingelagerten Teilen e der Feldspulen, die in bekannter Weise durch Keile c gehalten sind und tinter denen axiale Kühlkanäle/ verlaufen. Die Pole// sind für ihre Belüftung bei /z axial durchbohrt.

Aus der Darstellung erkennt man, daß jeder der vier Spulenköpfe in zwei Windungsgruppen ^₁, A₁, g₂, tu, g₃, A₃, gi, Zi₁ unterteilt ist, die zwischen sich einen Spalt für den axialen Durchtritt der Kühlluft frei lassen. Die äußeren Windungsgruppen g_v g₂, g₃, g± aller Spulenköpfe sind in üblicher Weise in kreisförmigem Bogen von einer Spulenseite zur anderen geführt, während abweichend hiervon jede innere Windungsgruppe A₁, fi₂, A₃, A₄ nach innen abgebogen ist. Die von den Stirnseiten her unter die Kappe ρ eintretende Luft kann also, wie Abb. 2 zeigt, nicht nur die Wickelköpfe unten bestreichen, sondern sie auch in beliebiger Höhe durchdringen. Hierauf tritt die Luft in die axialen Kanäle / und η des Läufers ein. Dort kann jedes beliebige Kühlsystem zur Anwendung kommen, z. B. auch die Anordnung von Kühlkanälen in den Zähnen, der Austritt von Luft hinter dem Kappensitz u. dgl. Weder, der Durchmesser des Läufers noch derjenige der Kappe hat durch die sichelförmigen DurchtrittsöiT-nungen eine Vergrößerung erfahren. Unter Umständen empfiehlt es sich, den Luftzutritt zum Inneren des wirksamen Eisens unterhalb der Spulenköpfe abzusperren, so daß die von den Stirnenden her zuströmende Kühlluft ausschließlich durch die Räume zwischen den , Windungsgruppen g und Ii mit hoher Geschwindigkeit hindurchgeleitet werden kann. Um die inneren Windungsgruppen gegen die Fliehkräfte zu sichern, sind diese' gemäß Abb. ι und 2 durch sichelförmige Hohleinlagen k_v k₂, A₃, A₄ mit eingelegten Versteifungsrippen in gegen die äußeren Windungsgruppen abgestützt. Diese Einlagen werden aus Wärme gut leitendem Metall, vorzugsweise aus Leichtmetall, hergestellt. Statt dessen kann auch jeder andere in sich versteifte unabhängige Stützkörper etwa in Form einer Gerüstkonstruktion oder eines wellenförmig gebogenen Metal Istreifens o. dgl. eingefügt und dabei die Zahl der Metallteile und' die Form und Größe ihrer Oberfläche zur Steigerung der Wärmeabfuhr geeignet gewählt werden.

Noch besser wird die Wärmeabfuhr an den Durchtrittsstellen der Luft durch die Spulenköpfe bei unmittelbarem Kontakt der Luft oder der von ihr umspülten Stützrippen mit blankem Leitermaterial erreicht, wenn, wie Abb. 3 veranschaulicht, die Spule oder zumindest die der Durchtrittsstelle benachbarte go Windung aus zwei parallelen, gegeneinander nicht isolierten Flachbändern S₁ und S₂ gewickelt und der Durchlaßraum zwischen den beiden blanken Teilwindungen eingefügt wird. Die blanken Teilwindungen S₁, S₂ sind von dem darüberliegenden Teilleiterpaar durch die Isolation 2 getrennt. Hier erfolgt die Abstützung der inneren Windungsgruppen A gegen die äußere, g, durch- Stege in verschiedener Höhe und beliebiger Zahl und too Oberfläche, welche beim Aufwickeln der Teilwindungen mit diesen unmittelbar durch Nietung, Lötung oder gleichartige Mittel verbunden werden. Will man dabei den Spulenköpfen der mit den eingefügten Stützkörpern hergestellten Spule nachträglich eine Außenisolation geben, so wird das Isolierband durch den Luftspalt zwischen den beiden Windungsgruppen g und A gezogen und um letztere geschlungen. Nichtsdestoweniger bleibt eine gute Wärmeabfuhr erhalten, da die unmittelbar an der blanken Teilwindung S₁ bzw. S₂ befestigten und von der Luft bestrichenen Versteifungsstege//? einen zuverlässigen Wärinekontakt mit dem Leitermaterial bilden.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist für jeden Spulenkopf nur ein Durchtrittsraum vorgesehen. Wie bereits erwähnt, kann jedoch die Zahl von Durchtrittsschlitzeti übereinander in jedem Spulenkopf beliebig sein und die Unterteilung sogar so weit gehen, daß zwischen zwei benachbarten Windungen

im Spulenkopf eine über den ganzen Spulenkopfbogen oder einen großen Teil desselben sich erstreckende Durchtrittsöffnung liegt. Das kann etwa in der Weise geschehen, daß man jede zweite -Windung auf beiden Flachseiten mit einer wellenförmigen oder sonst geeignet geformten Auflage versieht. Diese Windungen brauchen nicht isoliert zu sein, wenn die in radialer Richtung benachbarte

ίο Windung ohne solche Auflage eine Außenisolation besitzt. Der gesamte Spulenkopf ist auf. diese Weise siebartig von Öffnungen durchdrungen, hat aber seinen kreisförmigen Umfang mit unverändertem Durchmesser behalten. Es ist ohne weiteres möglich, solche mit Auflagen versehenen Windungen für die räumliche Trennung nicht nur zwischen zwei Windungen, sondern, auch zwischen einer be-' liebigen Zahl von Windungen anzuordnen.

In der Darstellung erstreckt sich die Durchtrittsöffnung der Spulenköpfe über einen Bogen zwischen den zugekehrten inneren Flanken der beiden Spulenseiten. Das ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Man könnte für die Ausdehnung jener Durchtrittsöffnungen -auch die freien Enden der Spulenseiten selbst heranziehen, indem ,man ihre innere Windungsgruppe nach innen abkröpft.

Claims (7)

1. Patentansprüche:·

   i. Kühleinrichtung für die Spulenköpfe gezahnter Läufer elektrischer Maschinen, bei denen die Wickelköpfe mit Kappen oder Bandagen umschlossen sind und bei denen diese durchdringende Lüftungskanäle vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn verbin düngen (A) der inneren Windungen oder Windungsgruppen abweichend von der kreisförmigen Krümmung der Stirnverbindungen (g) der äußersten Windungen oder Windungsgruppen derart und gegebenenfalls ver- schieden nach innen abgebogen sind, daß zwischen den übereinanderliegenden Stirnverbindungen der Windungen oder Windungsgruppen ausreichende Luftspalte für den Durchtritt der Kühlluft entstehen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die so voneinander in der Form abweichenden übereinanderliegenden Stirnverbindungen (g und/2) der Windungen oder Windungsgruppen in dem zwischen ihnen verbleibenden Luftspalt radial gegeneinander durch einen in sich versteiften unabhängigen sichelförmigen Hohlkörper' (A₁, A₂, A₃, Ji₁) vorzugsweise aus Leichtmetall oder durch mehrere einzelne Abstandshalter (jn) verschiedener Höhe gegeneinander abgestützt sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander isolierten Stirnverbindungen zumindest einiger Windungen in zwei voneinander in der Form abweichende, nicht gegeneinander isolierte Teilstirnverbindungen (S₁ und S₂) aufgespalten sind, so daß zwischen den blanken Flachseiten dieser Teilstirnverbindungen der Durchlüftungskanal für die Spulenköpfe entsteht (Abb. 3).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Spule oder einzelner Windungen über die ganze Länge in zwei voneinander nicht isolierte Teilleiter (S₁ und S₂) aufgespalten ist, welche im Spulenkopf (g, A) eine voneinander abweichende Form erhalten.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten blanken Flachseiten der beiden voneinander abweichenden Teilstirnverbindungen (S₁ bzw. S₂) mit den sie gegeneinander abstützenden Abstandshaltern (m) aus Metall durch Nietung, Lötung oder gleiche Mittel in Wärme gut leitendem Kontakt verbunden sind.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede isolierte Stirnverbindung einer Windung oder auf diejenigen einer Windungsgruppe eine davon in der Form abweichende Endverbindung einer blanken Windung folgt, die auf einer oder auf beiden Flachseiten mit einer die Abstützung bewirkenden Auflage, z, B. in Form eines gewellten, in sich steifen Metallstreifens, Yersehen ist.
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen I₁ bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugang der von den Stirnseiten her eintretenden Kühlluft zu dem Inneren des wirksamen Eisens unterhalb der Spulenköpfe (A) abgesperrt ist, so daß die Kühlluft ausschließlich durch die Spalte zwisehen den voneinander in der Form ab- > weichenden Stirnverbindungen (g und A) der WinduBgen oder Windungsgruppen den Kanälen (/, n) des wirksamen Eisens zuströmt,

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen