DE877035C

DE877035C - Cooling for electrical machines

Info

Publication number: DE877035C
Application number: DES3824D
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl-Ing Stoerbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-11-24
Filing date: 1939-11-24
Publication date: 1953-05-18

Description

Kühlung für elektrische Maschinen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung von insbesondere schnell laufenden elektrischen Maschinen. Nach der Erfindung ist eine Hohlwelle, durch deren Wand die Kühlung mittels eines sie durchfließenden Kühlmittels erfolgt, derart ausgebildet, daß die relative Umfangsgeschwindigkeit zwischen der Innenwand der Hohlwelle und dem Kühlmittel an Punkten verschiedener axialer Lage verschieden groß ist.Cooling for electrical machines The invention relates to an arrangement for cooling particularly high-speed electrical machines. After Invention is a hollow shaft, through whose wall the cooling by means of a flowing through it Coolant takes place, designed in such a way that the relative peripheral speed between the inner wall of the hollow shaft and the coolant at points different axial position is different in size.

In den Fig. i und 2 der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein schnell laufender Fahrzeugmotor dargestellt. Der innerhalb des Ständers i laufende Läufer 2 ist auf der vorteilhaft gegossenen Hohlwelle 3 befestigt. Diese ist zur Erzielung einer besonders guten Kühlwirkung innerhalb des Läufers mit einem größeren Innendurchmesser ausgebildet als an den Lagern. Sie kann auch im Innern des Läufers an verschiedenen Stellen mit verschiedenem Innendurchmesser ausgeführt sein, z. B. an Stellen höchster Läufertemperaturen mit größtem Innendurchmesser. Dabei ist darauf zu achten, daß die Übergänge zwischen den Läuferteilen verschiedenen Durchmessers allmählich sind, damit Wirbelbildung vermieden wird. Die Welle ist im Lager 5 hohl, im Lager 6 jedoch, vorteilhaft auf der Abtriebsseite des Motors, voll ausgebildet. Das Kühlmittel tritt beim Lager 5 axial in. die Welle 3 ein, durchströmt diese axial und strömt auf der anderen Maschinenseite zwischen dem Lager 6 und dem wirksamen Teil des Läufers 2 vorwiegend radial ab. An dieser Stelle erhält der Läufer vorteilhaft Fortsätze 7. Zur Unterstützung der Strömung kann außerdem noch ein Radiallüfter B vorgesehen sein. An der Abtriebsseite sind Rippen 9 angeordnet, die der elastischen Drehmomentenübertragung, der Luftführung und Luftbeschleunigung und der Kühlung dienern. Zweckmäßig sind Körper io aus gut wärmeleitendem Stoff, wie Silumin, beispielsweise zwischen den Wickelköpfen i i des Läufers und der Hohlwelle zur Unterstützung der Wärmeleitung zur Hohlwelle vorgesehen. Körper 12 gleicher Eigenschaft können auch zwischen den Wickelköpfen 13 des Ständers i. und dem Gehäuse 14 eingeschaltet sein. Als zusätzliche Verbesserung der Kühlung können noch Leitflächen 15 angeordnet sein, durch die das durch die Öffnungen 16 aus dem Gehäuse 14 austretende Kühlmittel umgelenkt -und am Gehäuse, das zusätzliche Kühlrippen 17 erhalten kann, außen entlang geführt wird.In Figs. I and 2 of the drawing is an embodiment of the Invention shown a fast running vehicle engine. The one inside the stand i running rotor 2 is attached to the advantageously cast hollow shaft 3. These is to achieve a particularly good cooling effect within the rotor with a larger inner diameter than on the bearings. It can also be inside of the rotor is carried out at different points with different inner diameters be e.g. B. at places with the highest rotor temperatures with the largest inner diameter. Care must be taken that the transitions between the rotor parts are different Diameter are gradual to avoid vortex formation. The wave is hollow in bearing 5, but in bearing 6, advantageously on the output side of the motor, fully trained. The coolant enters the shaft 3 axially at the bearing 5 and flows through it this axially and flows on the other side of the machine between the bearing 6 and the effective part of the rotor 2 mainly radially. At this point the runner receives advantageous extensions 7th to It can also support the flow a radial fan B can also be provided. Ribs 9 are arranged on the output side, those of elastic torque transmission, air flow and air acceleration and serve the cooling. Body io made of material that conducts heat well, like silumin, for example between the winding heads i i of the rotor and the hollow shaft intended to support the conduction of heat to the hollow shaft. Body 12 same Property can also between the winding heads 13 of the stator i. and the case 14 must be switched on. As an additional improvement in cooling, guide surfaces can also be used 15 through which the exiting through the openings 16 from the housing 14 Diverted coolant - and on the housing, which can receive additional cooling fins 17, is guided along the outside.

Die mit 18 bezeichneten Vektoren geben ein Maß für die Geschwindigkeit des Kühlmittels in der Strömungsrichtung, die mit i9 bezeichneten für die relative Umfangsgeschwindigkeit zwischen Kühlmittel und Hohlwellen2:nnenwarnd an verschiedenen Stellen.The vectors labeled 18 give a measure of the speed of the coolant in the direction of flow, denoted by i9 for the relative Circumferential speed between coolant and hollow shaft2: nnenwarn at different Place.

Die in Fig. 3 dargestellte Maschine besitzt ein vollständig geschlossenes Gehäuse. Die Welle 21 ist rieht nur im Lager 5, sondern auch im Lager 22 hohl ausgeführt., Umlenkfortsätze 23 und Radiallüfter 24 sind, außerhalb des Gehäuses an der Welle angebracht. Auch hier können Umlenkbleche 25 zur besseren Kühlung 'der Gehäuseaußenseite vorgesehen sein. Die Ausführung ist besonders für Maschinen, vorteilhaft, die in schlagwetter- oder explosionsgefährdeten Räumen aufgestellt werden..The machine shown in Fig. 3 has a completely closed one Casing. The shaft 21 is only hollow in the bearing 5, but also in the bearing 22., Deflection extensions 23 and radial fans 24 are outside the housing on the shaft appropriate. Here, too, deflection plates 25 can be used for better cooling of the outside of the housing be provided. The design is particularly advantageous for machines that are in Firedamp or explosion-endangered rooms are set up ..

Die Hohlwelle kann auch in beiden Lagern 26, 27 voll ausgebildet sein, wie in Fig.4 dargestellt ist. Dabei wird das Kühlmittel bei 28-radial in die Welle einströmen und bei 29 austreten. Diese Ausführung ist vor allem dann zu verwenden, wenn im Läufer zu wenig Raum für Kühlkanäle vorhanden ist oder wenn dort vorgesehene Kühlkanäle nicht ausreichen. Das Gehäuse 29 kann vollständig, geschlossen sein oder z. B. durch Öffnungen 30 mit der Umgebung in Verbindung stehen: -Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung wird das aus der Hohlwelle 31 strömende Kühlmittel durch besondere Formgebung der Radialkanäle 32 an der Abströmseite um iSo° gelenkt und durchströmt axial den Ständer 33 und den Luftspalt 34 in umgekehrter Richtung wie die Hohlwelle. Das Kühlmittel kann im Kreislauf durch außerhalb des Maschinengehäuses 35 liegende Kühler 36 geleitet werden. Die Anordnung kann. ohne weiteres staub-, flüssigkeitsdicht oder explosionssicher gemacht werden. Der um zSo° gelenkte Kühlmittelstrom kann wenigstens zum Teil auch zwischen dem Ständer 37 und der Gehäusewand geleitet werden, wie iri Fig. 6 angedeutet ist.The hollow shaft can also be fully formed in both bearings 26, 27, as shown in FIG. The coolant will flow radially into the shaft at 28 and exit at 29. This version is to be used above all if there is not enough space for cooling ducts in the rotor or if the cooling ducts provided there are insufficient. The housing 29 can be complete, closed or z. B. are in communication with the environment through openings 30 : -In the arrangement shown in Fig. 5, the coolant flowing out of the hollow shaft 31 is directed by the special shape of the radial channels 32 on the downstream side by iSo ° and flows axially through the stator 33 and the Air gap 34 in the opposite direction as the hollow shaft. The coolant can be circulated through coolers 36 located outside the machine housing 35. The arrangement can. can easily be made dust-, liquid-tight or explosion-proof. The coolant flow directed by zSo ° can at least in part also be conducted between the stator 37 and the housing wall, as indicated in FIG. 6.

Die Fig. 7 zeigt die Verwendung der erfin.dungsgemäiß,en Kühlung für lange Maschinen. Das Kühlmittel tritt auf beiden 'Seiten des Maschinen gehä@uses 39 axial in die Hohlwelle 40 ein und strömt aus dieser zwischen den Läuferteilen 41 und q.a vorwiegend radial ab und wird dann zur Kühlung der Ständerteile 43 und 44 und der Luftspalte 45 und 46 in Gegenrichtung geführt. Es können noch Lüfter 47 und 4:8 nach Fig. 8 angeordnet sein, wobei öffnungen 49 im Gefäuse 5o vorgesehen sind. Die Kühlung kann ähnlich wie in den früheren Beispielen ausgebaut werden, indem z. B. Führungsbleche 5 i und 52 bzw. Kühler 53 und 54 verwendet w e@'den.7 shows the use of the cooling system according to the invention for long machines. The coolant occurs on both sides of the machine housing 39 axially into the hollow shaft 40 and flows out of it between the rotor parts 41 and q.a mainly radially and is then used to cool the stand parts 43 and 44 and the air gaps 45 and 46 out in the opposite direction. Fans can still be used 47 and 4: 8 according to FIG. 8, openings 49 being provided in the housing 5o are. The cooling can be expanded similarly to the previous examples, by z. B. guide plates 5 i and 52 or coolers 53 and 54 are used.

Strömungswege und Strömungsrichtung des Kühlmittels sind durch Pfeile angedeutet.Flow paths and direction of flow of the coolant are indicated by arrows indicated.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlung kann besonders vorteilhaft bei schnell laufen.-den, Fahrzeugmotoren, kleinen Durchmessers und großer -Länge angewendet werden. Die Kühlung nach er Erfindung kann ferner auch in der Weise weitergebildet werden, daß die Hohlwelle derart mit verschiedenem Innendurchmesser ausgebildet und gegebenenfalls mit Rippen u. dgl. versehen wird, daß an der Stelle höchster Läufertemperatur die höchste relative Geschwindigkeit zwischen Kühlmittel und Hohlwelleninnenwand vorhanden ist Die Anordnung kann auf sehr einfache Weise staub-, Wasser- oder schlagwettergeschützt ausgeführt «erden.The inventive design of the cooling can be particularly advantageous with fast-running, vehicle engines, small diameters and large lengths be applied. The cooling according to the invention can also be further developed in this way are designed so that the hollow shaft with different inner diameters and if necessary with ribs and the like. That is highest at the point Rotor temperature is the highest relative speed between the coolant and the inner wall of the hollow shaft The arrangement can be protected against dust, water or firedamp in a very simple manner executed «earth.

Claims

PATENTAN PROGRAMS: i. Cooling for especially fast-running electrical Machines, characterized in that a hollow shaft, through the wall of which the cooling takes place by means of a coolant flowing through it, is designed such that the relative peripheral speed between the inner wall of the hollow shaft and the Coolant is different in size at points of different axial length.

2. Cooling ».oh claim i, characterized denotes Ge, that the hollow shaft is formed on points different axial location with varying inner diameter '.

3. Cooling after Claim 2, characterized in that the hollow shaft with such different Inner diameter is formed that at the point of highest rotor temperatures the highest relative speed between the coolant and the inner wall of the hollow shaft is available.

4. Cooling according to claim: 2 or 3, characterized in that the Hollow shaft instead of the highest rotor temperature, e.g. B. in the middle of the runner, with the largest Inner diameter is formed.

5. Cooling according to claims i to. 4, thereby characterized in that the coolant enters the hollow shaft axially at one shaft end and exits predominantly radially near the other end of the shaft.

6. IL, ühiung according to claims i to 5, characterized in that a Radial fan is arranged.

7. Cooling according to claims i to 6, characterized in that that that from the hollow shaft Flowing coolant is directed by 180 ° and stator and air gap flows through in the opposite direction as the hollow shaft. B. cooling according to claims i to 7, characterized in that the from the Coolant flowing out of the hollow shaft is diverted by 180 ° and the stator outside in in the opposite direction as the hollow shaft is flushed. 9. Cooling according to claims i to 8, especially for long electrical machines, characterized in that the coolant enters the hollow shaft axially on both sides of the machine housing and from this flows predominantly radially between rotor parts. ok Cooling after claims i to g, characterized by in particular on the outflow side Ribs or guide plates arranged in the hollow shaft. ii. Cooling according to the requirements i to io, characterized by a body made of a material that conducts heat well, e.g. B. silumin, for the active parts of the machine, such as winding heads, to support heat conduction from these parts to the hollow, shaft or housing. 12. Cooling according to the claims i to i i, characterized by coolers arranged outside the machine housing for recooling the coolant. 13. Cooling according to claims i to i i, thereby characterized in that the hollow shaft. a baffle on the coolant inlet side resides.