DE933939C - Ventilation arrangement for externally ventilated electrical machines with axial air duct - Google Patents
Ventilation arrangement for externally ventilated electrical machines with axial air ductInfo
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Description
Lüftungsanordnung für fremdbelüftete elektrische Maschinen mit axialer Luftführung Es sind bereits verschiedene Anordnungen zum Belüften elektrischer Maschinen bekannt, darunter z. B. auch solche, bei denen die Maschine -durch hauptsächlich axial gerichtete Luftströme gekühlt wird. Ebenso ist es bekannt, die Kühlluft der Maschine auf der dem Kommutator abgewendeten Seite zuzuführen, damit der Kohlenstaub nicht ins Motorinnere gesaugt wird, wie es bei der umgekehrten Strömungsrichtung der Fall sein kann.Ventilation arrangement for externally ventilated electrical machines with axial Air ducting There are already various arrangements for ventilating electrical machines known, including z. B. also those in which the machine -by mainly axially directed air currents is cooled. It is also known, the cooling air of the To feed the machine on the side facing away from the commutator, so that the coal dust is not sucked into the inside of the motor, as is the case with the reverse flow direction may be the case.
Nach den bestehenden Regeln sollen Läuferwicklung und Kollektor bestimmte Höchsttemperaturen nicht übersteigen. Es zeigt sich nun, daß der Läufer bei der üblichen Ausführung nicht gleichmäßig erwärmt wird, sondern daß die Temperatur im mittleren Teil des Läufers bedeutend höher ist als in der Nähe der Stirnflächen. Es kann daher der Läufer wärmetechnisch nicht auf seiner ganzen Länge, insbesondere in der Nähe der Stirnflächen, genügend ausgenutzt werden.According to the existing rules, the rotor winding and collector should be specific Do not exceed maximum temperatures. It now appears that the runner in the usual execution is not heated evenly, but that the temperature in middle part of the runner is significantly higher than near the end faces. It is therefore not possible for the runner in terms of heat technology over its entire length, in particular in the vicinity of the end faces, are sufficiently exploited.
Die Erfindung bezweckt nun eine Verbesserung der wärmetechnischen Ausnutzung der Maschine, die auf den im folgenden näher dargelegten Überlegungen beruht. Man geht vom Temperaturverlauf in der Läuferwicklung (s. Fig. i) aus, wie er sich für die bis jetzt üblichen Ausführungen ergibt. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch eine besondere Abstimmung der Luftströme bzw. Luftgeschwindigkeiten und Kühlflächen eine in allen Leitern -der Läuferwicklung gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen. Es soll also die Übertemperatur der Stirnverbindungen- (991) praktisch gleich sein der Übertemperatur der in Nuten liegenden Leiterteile (992), wobei über die Leiterlänge die Temperatur möglichst konstant sein soll (Fig. 2). Für die folgenden Überlegungen sollen die im nachstehenden angeführten Abkürzungen verwendet werden, wobei die Fig. 3 a, 3 b und 3 c heranzuziehen sind.The invention now aims to improve the thermal engineering Utilization of the machine based on the considerations set out in more detail below is based. The temperature curve in the rotor winding (see Fig. I) is based on how he opted for the up now the usual designs. The invention is based on the idea, through a special coordination of the air flows or Air velocities and cooling surfaces one in all conductors of the rotor winding to achieve even temperature distribution. So it should be the overtemperature of the end connections- (991) practically be equal to the overtemperature in the grooves lying conductor parts (992), with the temperature as possible over the conductor length should be constant (Fig. 2). For the following considerations, the following abbreviations are used, with Fig. 3 a, 3 b and 3 c to be used are.
w = Verluste je Längeneinheit in Watt/cm, 9f = Übertemperatur über der Ausgangstemperatur in °C, u = der für die Wärmeabgabe wirksame Umfang in cm, ,u = Wärmeabgabeziffer in a = Temperaturkoeffizient der Leitfähigkeit des Leitungsmaterials in k = Wärmeleitfähigkeit der gesamten Nutleiter.w = losses per unit of length in watt / cm, 9f = excess temperature above the initial temperature in ° C, u = the effective volume for heat dissipation in cm,, u = heat dissipation number in a = temperature coefficient of conductivity of the line material in k = thermal conductivity of the entire slot conductor.
Der Index i gilt für die Stirnverbindungen, 2 für den im Eisen eingebetteten Leiterabschnitt, 3 für Eisen in der Nähe des Luftspaltes, q. für Eisen in der Umgebung der Lüftungslöcher und o für die Zuluft. Also bedeutet w1 = Verluste j e Längeneinheit im Leitungsmaterial der Stirnverbindungen, w2 = K - w1 Verluste je Längeneinheit des im Eisen eingebetteten Leitungsmaterials (K berücksichtigt Wirbelstrom- und' Stromwendungsverluste), w3 - Eisenverluste j e Längeneinheit.The index i applies to the end connections, 2 for the conductor section embedded in the iron, 3 for iron in the vicinity of the air gap, q. for iron in the vicinity of the ventilation holes and o for the supply air. So w1 = losses per unit length in the line material of the end connections, w2 = K - w1 losses per unit length of the line material embedded in the iron (K takes into account eddy current and commutation losses), w3 - iron losses per unit length.
Ferner ist mit A das Läufereisen, mit B der Leiterabschnitt im Eisen, mit C die Stirnverbindungen und mit D die Axiallüftungslöcher bezeichnet, die zum Teil im Läufereisen A, zum Teil in der Nabe E ausgespart sein können.Furthermore, with A is the iron runner, with B the ladder section in the iron, with C the end connections and with D the axial ventilation holes, which are used for Part in rotor A, partly in hub E can be recessed.
Für den Beharrungszustand ergibt sich bei eindimensionaler Wärmeströmung folgende Wärmeglei- Für und sind z. B. nach den R. E. B. bei Dauerleistung und Isolationsklasse 73 für die Läuferwicklung i05° zulässig. 993o und 9i40 sind die mittleren Luftübertemperaturen über der Zulufttemperatur. Die Abhängigkeit der Wärrneabgabeziffer ,u von der Luftgeschwindigkeit v ist durch folgende Gleichung gegeben: ,u = ß + y - v$ ß, y und ö sind Konstanten.For the steady state, the following heat equilibrium results for a one-dimensional heat flow For and are z. B. according to the REB for continuous power and Insulation class 73 is permissible for the rotor winding i05 °. 993o and 9i40 are the mean excess air temperatures above the supply air temperature. The dependence of the heat emission coefficient, u on the air speed v is given by the following equation:, u = ß + y - v $ ß, y and δ are constants.
Die Erfindung besteht nun in einer solchen Bemessung der Lüftungsanordnung
für fremdbelüftete elektrische Maschinen, insbesondere für Bahnzwecke, mit parallelen,
für Ständer und Läufer getrennt geführten, hauptsächlich axial gerichteten Luftströmen,
die auf chung (siehe z. B. Liwschitz ;- »Die elektrischen Maschinen«, Bd. 3, S.
ioo ff.):
Unter Weglassung der Zwischenrechnung ergibt .sich als Lösung der obigen Differentialgleichung
für z91 (s.-Liwschitz, Bd. 3, S. 118)
Im folgenden soll an Hand eines Ausführungsbeispiels: die Erfindung näher behandelt werden. Die Fig. q. zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Maschine mit Axialkühlung. Um die bei der Erfindung beabsichtigte Wirkung zu erreichen, ist es neben einer richtigen Bemessung der Kühlflächen wichtig, die Strömung der Luft so zu beeinflussen, daß in allen Teilen der Maschine die Kühlluftgeschwindigkeit den erforderlichen Wert besitzt und auch tatsächlich die Kühlfläche richtig bespült. Insbesondere kommt es darauf an, im Bereich der Lufteintrittskanäle der Luftströmung den gewünschten Verlauf zu geben und Stoßverluste zu vermeiden sowie eine gleichmäßige Verteilung der Kühlluft über die Kühlfläche zu bewirken. Die Luftströme zur Kühlung der Maschine treten aus einem vom Motorinnern getrennten Luftverteilungskasten i in das Innere des Gehäuses 2 durch Öffnungen 3 und q. ein.The following is intended to use an exemplary embodiment: the invention are dealt with in more detail. The Fig. Q. shows a section through a Machine designed according to the invention with axial cooling. To that in the invention To achieve the intended effect, it is necessary in addition to a correct dimensioning of the cooling surfaces important to influence the flow of air so that in all parts of the machine the cooling air speed has the required value and actually does properly rinsed the cooling surface. It is particularly important in the area of Air inlet ducts to give the air flow the desired course and shock losses to avoid as well as an even distribution of the cooling air over the cooling surface to effect. The air currents for cooling the machine come from inside the motor separate air distribution box i into the interior of the housing 2 through openings 3 and q. a.
Bei Fahrzeugtriebmotoren, die über Zahnradvorgelege die Achsen antreiben, ist die Baulänge durch den Raum zwischen den Treibrädern begrenzt. Eine besonders vorteilhafte Ausnutzung des verfügbaren Bauraumes ergibt die Anordnung nach Fig. 5 und 6, bei der der zahnradseitige Motorlagerschild als Luftverteilungskasten i ausgebildet ist, und zwar so, daß der vom Zahntrieb nicht eingenommene Raum gegenüber der Treibachse für den Lufteintritt benutzt wird. Die Breite des Luftverteilungskastens x nimmt nach der Treibachse 8 zu in axialer Richtung ab, entsprechend der in das Gehäuse 2 durch die Öffnungen 3 und q. eingeströmten Luftmenge. Dadurch wird eine strömungstechnisch gute Verteilung der Luft auf dem Motorumfang ohne nennenswerte Inanspruchnahme zusätzlicher axialer Baulänge ermöglicht.In the case of vehicle drive motors that drive the axles via gear units, the overall length is limited by the space between the drive wheels. A special one The arrangement according to FIG. 5 and 6, in which the gear-side motor bearing shield is used as an air distribution box i is designed, in such a way that the space not occupied by the pinion opposite the drive axis is used for the air inlet. The width of the air distribution box x decreases after the drive axis 8 in the axial direction, corresponding to that in the Housing 2 through openings 3 and q. inflowed air volume. This creates a Aerodynamically good distribution of the air around the engine circumference without any noteworthy Use of additional axial length allows.
Die Öffnungen 3 für die Ständerluft liegen auf einem Durchmesser, der größer als der Läuferdurchmesser ist, und die Öffnungen q. für die Läuferluft liegen auf einem Durchmesser, der kleiner als der Läuferdurchmesser ist, um das richtige Einströmen der Kühluft zu gewährleisten. Erfindungsgemäß ist im geringen Abstand vor dem Läufer io auf der Lufteintrittsseite ein mitlaufender Leitapparat mit unterhalb der Wickelköpfe ii liegenden, radial gerichteten Schaufeln 12 angeordnet, der allein die Bestimmung hat, einen besseren Eintritt der Luft in den Läufer zu ermöglichen. Da die Teilung der Schaufel i2 wesentlich größer als die der Axialkanäle 13 ist, wird ohne wesentliche Stoß- und Wirbelverluste der Luft die Drehgeschwindigkeit des Läufers erteilt, und diese kann leicht in die Kühlkanäle =3 eintreten, weil fast keine Relativbewegung in tangentialer Richtung zwischen Luft und Kanälen mehr vorhanden ist. Außerdem sind an der Ständerwicklung 1q. vorzugsweise ringförmige Füllstücke 15 mit z. B. dreieckigem Querschnitt zur Einführung der Kühlluft in -den Luftspalt angeordnet (s. hierzu Fig. 7).The openings 3 for the stator air are on a diameter which is larger than the rotor diameter, and the openings q. for the rotor air lie on a diameter that is smaller than the rotor diameter in order to ensure the correct inflow of the cooling air. According to the invention, at a small distance in front of the rotor io on the air inlet side, a rotating diffuser with radially directed blades 12 located below the winding heads ii is arranged, which has the sole purpose of enabling better entry of the air into the rotor. Since the pitch of the blade i2 is much larger than that of the axial channels 13, the air is given the rotational speed of the rotor without significant shock and vortex losses, and this can easily enter the cooling channels = 3 because there is almost no relative movement in the tangential direction between air and channels are more available. In addition, 1q are on the stator winding. preferably annular filler pieces 15 with z. B. triangular cross-section for introducing the cooling air into the air gap (see Fig. 7).
Ein weiteres wesentliches Mittel zur Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die axialen Kühlkanäle 13 mit einem in der Strömungsrichtung sich verjüngenden Querschnitt hergestellt werden. Es ist besonders vorteilhaft, die Kanäle teils im aktiven Läufereisen 16, teils in der Läufernabe 17 anzuordnen, weil dadurch die Herstellung dieser Kanäle vereinfacht wird (s. Fig. 8 und g). Sie können auch ganz in der nicht aktiven Läufernabe 18 liegen, wie in den Fig. io und ii gezeigt wird. Dadurch wird erreicht, daß die Kühlluft, die beim Strömen durch die Axialkanäle fortlaufend immer mehr erwärmt wird, eine zunehmende Strömungsgeschwindigkeit erhält, so daß die Kühlwirkung annähernd gleichbleibt. Aus demselben Grund werden auch die Kühlkanäle 20 des Ständers 21 mit in der Strömungsrichtung der Luft sich verjüngendem Querschnitt hergestellt. Zusätzlich wird die Kühlung verbessert dadurch, daß die Läuferkanäle 13 und die Ständerkanäle 2o eine in der Strömungsrichtung der Luft sich vergrößernde Oberfläche, z. B. Längsrippen 22, erhalten, wie in den Fig. io und ix gezeigt ist, um neben der Erhöhung der Geschwindigkeit v eine Vergrößerung der Abkühlfläche u und damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen.Another essential means for carrying out the invention consists in that the axial cooling channels 13 are produced with a cross-section that tapers in the direction of flow. It is particularly advantageous to arrange the channels partly in the active rotor iron 16 and partly in the rotor hub 17, because this simplifies the manufacture of these channels (see FIGS. 8 and g). They can also lie entirely in the inactive rotor hub 18, as shown in FIGS. 10 and ii. This ensures that the cooling air, which is continuously heated more and more as it flows through the axial ducts, has an increasing flow velocity, so that the cooling effect remains approximately the same. For the same reason, the cooling channels 20 of the stator 21 are also produced with a cross-section that tapers in the direction of flow of the air. In addition, the cooling is improved in that the rotor ducts 13 and the stator ducts 2o have a surface which increases in the direction of flow of the air, e.g. B. longitudinal ribs 22 obtained, as shown in FIGS. Io and ix, in order to increase the cooling surface u and thus achieve a uniform temperature distribution in addition to increasing the speed v.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird nun auch die Kommutatorkühling in der Weise in das gesamte Kühlsystem einbezogen, daß durch bestimmte, im folgenden näher beschriebene Maßnahmen - es gelten hier ähnliche theoretische Überlegungen wie beim Läufer - die Geschwindigkeit v der Luftströme (und damit ,u) und die Abkühlflächen (und damit u) sinngemäß so beeinflußt werden, daß die Kommutatorübertemperatur den zulässigen Wert nicht übersteigt. Weiterhin wird von der Tatsache ausgegangen, daß die meiste Wärme an der Kommutatorlamellenoberfläche entsteht. Daher wird für eine möglichst vollkommene Kühlung der Lamellenoberfläche dadurch gesorgt, daß der Läuferluftstrom, der in an sich bekannter Weise durch die Öffnungen 23 zwischen den Kommutatorfahnen 24 geführt wird, unter einem spitzen Winkel, d. h. in einer durch Kegelmantelflächen festgelegten Strömungsbahn auf die Kommutatoroberfläche auftrifft. Es ist dadurch die Gewähr gegeben, daß der Kühlluftstrom die ganze Lamellenoberfläche entlang strömt, ohne sich auf Grund der Fliehkraftwirkung nennenswert abzuheben, so daß eine günstige Ausnutzung der Kühlfläche des Kommutators gegeben ist. Die im Läuferluftstrom liegenden Teile der Bürstenhalter 25 werden so gestaltet, daß sie dem Luftstrom möglichst wenig Widerstand entgegensetzen und die Strömungsgeschwindigkeit groß bleibt bzw. die erforderlichen Werte erhält. Die in der Umfangsrichtung liegenden Seitenteile der Bürstenhalter werden möglichst hoch am Bürstenkasten angesetzt, damit sie einen ausreichenden . Strömungskanal frei lassen und die zur Kühlung notwendige Luftmenge mit der erforderlichen Geschwindigkeit über die Kommutatoroberfläche streichen kann. Dadurch ist auch eine gute Kühlung des Bürstenkastens dort gewährleistet, wo die Wärme von der Kohle aufgenommen wird. An den Bürstenhaltern können auch Führungen vorgesehen sein, insbesondere an den seitlich in der Umfangsrichtung ausladenden Teilen, die ein Vorbeistreichen der Luft ohne wesentlichen Geschwindigkeitsverlust gewährleisten. Auch dem Bürstenkasten selbst wird man vorteilhafterweise eine für die Luftströmung günstige Form geben.In a further embodiment of the inventive concept, the Commutator cooling is included in the entire cooling system in such a way that certain, Measures described in more detail below - similar theoretical ones apply here Considerations as in the case of a runner - the speed v of the air currents (and thus, u) and the cooling surfaces (and thus u) are influenced accordingly in such a way that the commutator overtemperature does not exceed the permissible value. Furthermore, it is assumed that that most of the heat is generated on the commutator bar surface. Therefore, for the most complete possible cooling of the lamellar surface ensured that the Runner air flow, which in a known manner through the openings 23 between the commutator lugs 24 is guided at an acute angle, d. H. in a Flow path on the commutator surface determined by conical surfaces hits. This ensures that the cooling air flow covers the entire surface of the lamella flows along without noticeably contrasting due to the effect of centrifugal force, so that a favorable utilization of the cooling surface of the commutator is given. the lying in the rotor air flow parts of the brush holder 25 are designed so that they offer as little resistance as possible to the air flow and the flow velocity remains large or maintains the required values. Those lying in the circumferential direction Side parts of the brush holder are placed as high as possible on the brush box, so that you get a sufficient. Leave the flow channel free and the necessary for cooling Sweep the amount of air over the commutator surface at the required speed can. This also ensures good cooling of the brush box there, where the heat is absorbed by the coal. Guides can also be attached to the brush holders be provided, in particular on the laterally projecting in the circumferential direction Parts that allow the air to sweep past without any significant loss of speed guarantee. The brush box itself is also advantageously one for give the air flow favorable shape.
Es kann auch Vorsorge getroffen sein, daß ein kleiner Teil der Läuferluftmenge durch Kanäle 26 in der Kommutatornabe geführt wird. Da nun die Kommutatorübertemperatur nach den geltenden Bestimmungen einen niedrigeren Wert als die Läufertemperatur haben muß (s. Fig. 2), wurden noch Anordnungen getroffen, um die Temperatur auf den zulässigen Wert herabzudrücken. Nach der Erfindung kann der Läuferstrom durch Öffnungen 27 (s. Fig. 12 und 13) zwischen den Kommutatorfahnen 28 geführt werden. Jede Fahne ist- zu diesem Zweck erfindungsgemäß in zwei Hälften 28, 28 unterteilt und an die Kommutatorlamellen 29 angeschlossen, wie Fig. 12 und 13 zeigen. Diese Anordnung hat nicht den üblichen . Nachteil der Fahnendurchlüftungen, da keine etwaige Ablagerung von irgendwelchen durch den Luftstrom mitgeführten leitenden Teilchen in diesen Lüftungslöchern einen Kurzschluß zwischen j e zwei Fahnenhälften zur Folge haben kann, da beide Hälften das gleiche Potential haben, während die Fahnen verschiedenen Potentials durch Isolation getrennt sind. In Fig. 12 und 13 sind mit 3o die Anker Leiter bezeichnet. Durch diese Fahnenbelüftung wird ein Absinken der Wicklungstemperatur auf die zulässige Kommutatortemperatur erreicht (s. Fig. 2). Diese Wirkung kann noch verstärkt werden durch die erfindungsgemäß gleichzeitige Anordnung von Kühlrippen 31 an Trägern 32 für die Wicklungsköpfe 33 auf der Kommutatorseite zur zusätzlichen Kühlung der Wicklungsköpfe 33.Provision can also be made that a small part of the rotor air volume is passed through channels 26 in the commutator hub. Since now the commutator overtemperature according to the applicable regulations a lower value than the rotor temperature must have (see Fig. 2), arrangements have been made to raise the temperature to push down the permissible value. According to the invention, the rotor current can through Openings 27 (see FIGS. 12 and 13) are guided between the commutator lugs 28. For this purpose, according to the invention, each flag is divided into two halves 28, 28 and connected to the commutator bars 29, as shown in FIGS. 12 and 13. These Arrangement does not have the usual. Disadvantage of the flag ventilation, as there is no Deposition of any conductive particles entrained by the air stream in these ventilation holes a short circuit between each two flag halves result may have since both halves have the same potential while the flags are different Potential are separated by isolation. In Fig. 12 and 13, the anchors are at 3o Head designated. This lug ventilation causes the winding temperature to drop reached the permissible commutator temperature (see Fig. 2). This effect can are reinforced by the simultaneous arrangement of cooling fins according to the invention 31 on supports 32 for the winding heads 33 on the commutator side for additional Cooling of the winding heads 33.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DES3819D DE933939C (en) | 1939-02-18 | 1939-02-18 | Ventilation arrangement for externally ventilated electrical machines with axial air duct |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DES3819D DE933939C (en) | 1939-02-18 | 1939-02-18 | Ventilation arrangement for externally ventilated electrical machines with axial air duct |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE933939C true DE933939C (en) | 1955-10-06 |
Family
ID=7470365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DES3819D Expired DE933939C (en) | 1939-02-18 | 1939-02-18 | Ventilation arrangement for externally ventilated electrical machines with axial air duct |
Country Status (1)
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