DE1015529B

DE1015529B - Durchzugbelueftete elektrische Maschine, insbesondere Bahnmotor

Info

Publication number: DE1015529B
Application number: DES42135A
Authority: DE
Inventors: Lorenz Soelch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-12-30
Filing date: 1954-12-30
Publication date: 1957-09-12

Description

Durchzugbelüftete elektrische Maschine, insbesondere Bahnmotor Die Erfindung befaßt sich mit der Belüftung von durchzugbelüfteten elektrischen Maschinen, bei denen aus Raumgründen zum Abströmen der Luft nur wenige im Querschnitt begrenzte Abluftöffnungen zur Verfügung stehen. Dieses Problem tritt beispielsweise bei Bahnmotoren auf, bei denen durch die Spurweite, die vorgeschriebene Bodenfreiheit, die Fußbodenlage des Fahrzeuges und bei Drehgestellfahrzeugen auch durch den Abstand der Achsen für den Fahrmotor nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht. Infolgedessen sind dem Außendurchmesser des Motorlüfters und der Kühlluftführung vor und hinter dem Lüfter im Motor Grenzen gezogen, die häufig eine ausreichende Eigenbelüftung der hochbeanspruchten Fahrmotoren erschweren. Da der Lüfter nur einen Teil des Umfanges frei ausblasen kann und radial kein Platz für einen beispielsweise als Spiralgehäuse ausgebildeten Ablaufsammelraum vorhanden ist, wird der Austritt der Abluft aus dem Motor stark gedrosselt. Außerdem ergeben sich für die Kühlluft nach dem Durchströmen der Pollücken des Motors, zwischen denen der Kühlluftstrom den engsten Querschnitt aufweist, große Geschwindigkeitsänderungen, so daß der Strömungswiderstand für die Kühlluft im Motor beträchtlich erhöht wird. Erschwerend kommt noch hinzu, daß die aus den Pollücken kommende Kühlluft vor ihrem Eintritt in den Lüfter auf der der Welle zugewandten Seite vom Läufer der Maschine mitgerissen wird, so daß der Eintritt der Luft zum Lüfter gestört wird.
Gemäß der Erfindung wird eine ausreichende Eigenbelüftung einer durchzugbelüfteten Maschine, bei der zum Abströmen der Abluft nur wenige im Querschnitt begrenzte Abluftöffnungen zur Verfügung stehen, dadurch erreicht, daß zwischen den Stirnseiten der Maschinenwicklungen und dem vorzugsweise als Radiallüfter ausgebildeten Innenlüfter ein in Richtung auf die Maschinenachse hin durchgewölbter koaxialer Luftleitring vorgesehen ist. Dieser Luftleitring führt an der einen Seite die aus dem Maschineninnern strömende Luft in überwiegend axialer Richtung zum Lüfter, so daß große Geschwindigkeitsänderungen der Kühlluft vermieden werden und sich ein geringer Strömungswiderstand ergibt. Auf seiner anderen Seite bildet der gemäß der Erfindung vorgesehene und durchgewölbte Luftleitring einen Ringkanal, über den die Abluft des Lüfters zu den in Zahl und Querschnitt begrenzten Abluftöffnungen geleitet wird. Durch die Durchwölbung des Luftleitringes gemäß der Erfindung auf die Maschinenachse hin wird somit der Strömungswiderstand der Kühlluft der Maschine erheblich herabgesetzt, und außerdem wird hierdurch ein als Abluftsammelraum dienender Ringkanal gebildet, ohne daß die Außenabmaße des Motors vergrößert werden müssen. Um die Wirkung des Luftleitringes gemäß der Erfindung zu erhöhen, empfiehlt es sich, den Luftleitring mittels nach der Maschinenseite zu gerichteten Einbuchtungen der Form des Polsystems der Maschine anzupassen.
Damit durch das Mitreißen der zum Lüfter hin strömenden Kühlluft durch den sich drehenden Lüfter nicht wieder eine Erhöhung des Strömungswiderstandes eintritt und mithin der durch die Erfindung erzielte Erfolg mindestens teilweise wieder rückgängig gemacht wird, sind in Weiterbildung des Erfindungsgedankens am Luftleitring Leitschaufeln für die Zuführung der das Maschineninnere verlassenden Kühlluft zum Lüfter angeordnet.
An Hand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt die Fig. 2 die Abwicklung einer Draufsicht auf das Gehäuse eines Bahnmotors an seiner einen Stirnseite.
Fig. 1 gibt einen Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 2 in einer der Maschinenachse enthaltenden Ebene wieder, so daß durch diesen Schnitt die Anordnung der Wickelköpfe sowie des Lüfters und des Luftleitringes für die Kühlluft veranschaulicht wird.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie C-D der Fig.2 in einer ebenfalls die Maschinenachse enthaltenden Ebene, wobei vor allem die Abführung der Kühlluft aus dem Maschineninnern veranschaulicht wird.
Der Läufer 1 des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Bahnmotors ist auf der Wellet befestigt. Der Erregerpol 4 des Motors trägt die Erregerwicklung 5 und die Kompensationswicklung 6. Der Wickelkopf 3 der Läuferwicklung tritt an der Stirnseite aus dem Läufer heraus. In einigem Abstand hiervon ist auf der Welle 2 der Lüfter 7 befestigt, der als Radiallüfter ausgebildet ist. Der Lüfter 7 saugt die Kühlluft aus dem Maschineninnern an, wobei der größte Teil der Kühlluft in den Lücken zwischen den Erregerpolen 4 den Motor durchströmt und dann zu den Ansaugöffnungen des Lüfters übertritt. Um nun eine Führung dieser Kühlluft gemäß der Erfindung zu erreichen, ist zwischen der Stirnseite der Maschine und dem Lüfter ein Luftleitring 8 eingeschaltet, der an dem Maschinengehäuse bei 9 durch Verschraubung befestigt ist. Wie aus den eingezeichneten Strömungspfeilen ersichtlich, wird durch diesen Leitring die Kühlluft zu den Innenöffnungen des Lüfters hingeleitet. Der Ring ist dabei so angeordnet, daß er auf der Innenseite die aus den Pollücken strömende Kühlluft mit praktisch gleichbleibender Geschwindigkeit in axialer Richtung dem Lüfter zuführt. Auf der äußeren Seite bildet der Luftleitring einen Ringraum A, der das Abströmen des Teils der Kühlluft zur Motormitte hin ermöglicht, dessen Austritt durch die zwischen den Luftaustrittsöffnungen 11 des Motorgehäuses vorhandenen Gehäusestege 12 behindert ist. Die neue Anordnung ergibt vor und hinter dem Lüfter kleinere Druckverluste, die durch den Motor strömende Kühlluftmenge steigt und damit die Belastbarkeit des Motors.
Der Ringraum und die in axialer Richtung vergrößerten Luftaustrittsöffnungen 11 können der äußeren Form des Polsystems angepaßt werden. Um die Führung der dem Lüfter 7 zuströmenden Kühlluft noch zu verbessern, sind an der Innenseite des Leitringes 8 Leitschaufeln 10 angeordnet, die unmittelbar den rotierenden Schaufeln im Lüfter gegenüberstehen und bei Motoren für beide Drehrichtungen radial stehen und gerade sind. Besteht nur eine Drehrichtung, so können auch besonders geformte, strömungstechnisch für eine bestimmte Drehzahl günstig gestellte Leitschaufeln vorgesehen werden. Die Leitschaufeln 10 ermöglichen einen kleineren Lüfterinnendurchmesser, ohne daß durch die Rotation der Läuferwicklung 3 der Lufteintritt am Lüfter unzulässig gestört wird. Derartige am Leitring 8 befestigte Leitschaufeln könnten auch an der Außenseite des Leitringes vorgesehen sein, wo sie für ein verlustfreies Abströmen der Abluft aus dem Lüfter dienen.
Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß der Luftleitring 8 in seiner Form dem Polsystem angepaßt ist, wobei er also in den Pollücken nach der Maschinenseite zu gerichtete Einbuchtungen aufweist, was durch die strichlierte Linie 15 in Fig. 1 bzw. 16 in Fig. 3 angedeutet ist. Da die Öffnungen 11 im Gehäuse nicht nur gegenüber der Austrittsöffnung des Lüfters angebracht, sondern auch noch in Richtung zur Motormitte hin verlängert sind, ergibt sich eine Anordnung, bei der der ringförmige Kanal A außerhalb der Verbindungsstege 12 des Gehäuses frei liegt. Um ein seitliches Abströmen der Kühlluft beim Verlassen des Motorgehäuses zu erreichen, sind gegenüber den Öffnungen 11 gemäß Fig. 3 Abdeckbleche 17 vorgesehen, die an ihrer Innenseite Leitschaufeln bzw. Leitbleche 18 aufweisen, durch die ein geregeltes seitliches Abströmen der Kühlluft gemäß den eingezeichneten Pfeilen erzielt wird. Die Abdeckbleche 17 können auch einen das Motorgehäuse umgebenden durchlaufenden Ring bilden.
Man kann den durch den Luftleitring gebildeten Zuführungsraum zum Lüfter auch derart ausbilden, daß die strömende Luft vor dem Lüfter allseitig von stillstehenden Wänden geführt ist. Zu diesem Zweck ist in Fig. 3 an die Leitschaufeln 10 noch eine stillstehende ringförmige Abschlußwand 13 angeschlossen, die ein Mitreißen der dem Lüfter zuströmenden, 'aus dem Maschinengehäuse kommenden Luft durch die Tragscheibe 14 des Lüfters verhindert. Dadurch wird der aerodynamische Wirkungsgrad der Lüfteranordnung weiter verbessert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Durchzugbelüftete elektrische Maschine mit Innenlüfter, bei der zum Abströmen der Kühlluft nur wenige im Querschnitt begrenzte Abluftöffnungen zur Verfügung stehen, insbesondere Bahnmotor, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stirnseite der Maschinenwicklungen und dem vorzugsweise als Radiallüfter ausgebildeten Innenlüfter (7) ein in Richtung auf die Maschinenachse hin durchgewölbter koaxialer Luftleitring (8) vorgesehen ist, der an der einen Seite die aus dem Maschineninnern strömende Luft in überwiegend axialer Richtung zum Lüfter (7) führt und auf der anderen Seite einen Ringkanal (A) bildet, über den die Abluft des Lüfters (7) zu den in Zahl und Querschnitt begrenzten Abluftöffnungen (11) geleitet wird.
2. Durchzugbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (8) mittels nach der Maschinenseite zu gerichteten Einbuchtungen der Form des Polsystems angepaßt ist.
3. Durchzugbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftöffnungen (11) in axialer Richtung bis über den Ringkanal (A) verlängert sind.
4. Durchzugbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Luftleitring (8) Leitschaufeln für die Zuführung der das Maschineninnere verlassenden Kühlluft zum Lüfter angeordnet sind.
5. Durchzugbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Luftleitring (8) Leitschaufeln für die Führung der den Lüfter (7) verlassenden Abluft angeordnet sind.
6. Durchzugbelüftete elektrische Maschinenach Anspruch 1 oder einem der voraufgehenden, gekennzeichnet durch eine derartigeFormgebung des Luftleitringes (8), daß er die das Maschineninnere verlassende Kühlluft bis zum Eintritt in den Lüfter (7) allseitig mit stillstehenden Wänden umgibt und führt.
7. Durchzugbelüftete elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Leitschaufeln für die Zuführung der Kühl-Luft eine die' Tragscheibe des Lüfters gegenüber der Zuluft abdeckende ringförmige Wand befestigt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 841774; österreichische Patentschrift Nr. 123 312; schweizerische Patentschriften Nr.178 334, 203 227; französische Patentschrift Nr. 705 500; britische Patentschrift Nr. 212 664.