DE1015529B

DE1015529B - Through-ventilated electrical machine, especially a train engine

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.Through-ventilated electrical machine, especially a railway engine Invention is concerned with the ventilation of through-ventilated electrical machines, in which, for reasons of space, only a few have a limited cross-section to allow the air to flow away Exhaust openings are available. This problem occurs, for example, with rail engines where by the track width, the prescribed ground clearance, the floor position of the vehicle and, in the case of bogie vehicles, also by the distance between the axles for only a limited space is available for the drive motor. As a result, the Outside diameter of the motor fan and the cooling air duct in front of and behind the fan Limits are drawn in the engine, which often requires sufficient self-ventilation for the highly stressed Complicate traction motors. Since the fan only blows out part of the circumference freely can and radially no space for one designed, for example, as a spiral housing If there is a drain plenum, the exhaust air from the engine will be strong throttled. In addition, there are gaps in the pole for the cooling air after flowing through it of the motor, between which the cooling air flow has the narrowest cross-section, large Speed changes, so that the flow resistance for the cooling air in the engine is increased considerably. To make matters worse, that from the pole gaps incoming cooling air before it enters the fan on the one facing the shaft Side is carried away by the rotor of the machine, so that the entry of air to the Fan is disturbed.

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.According to the invention, sufficient self-ventilation is a through-ventilated Machine in which there are only a few exhaust air openings with a limited cross-section to allow the exhaust air to flow out are available, achieved in that between the end faces of the machine windings and the inner fan, which is preferably designed as a radial fan, in the direction on the machine axis arched coaxial air guide ring is provided. This air guide ring guides the one flowing from the inside of the machine on one side Air in a predominantly axial direction to the fan, so that large changes in speed the cooling air can be avoided and there is a low flow resistance. On its other side, the one provided according to the invention and arched Air guide ring a ring channel through which the exhaust air from the fan to the in number and Cross-section limited exhaust openings is passed. The arching of the Air guide ring according to the invention on the machine axis is thus the flow resistance the cooling air of the machine is significantly reduced, and also this is a formed as an exhaust air plenum serving ring channel without the external dimensions of the Motors need to be enlarged. To the effect of the air guide ring according to the invention to increase, it is recommended to use the air guide ring towards the machine side to adapt to directed indentations of the shape of the pole system of the machine.

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.This is done by entraining the cooling air flowing towards the fan the rotating fan does not increase the flow resistance again and thus the success achieved by the invention is at least partially reversed is made are, in a further development of the inventive concept, guide vanes on the air guide ring arranged for the supply of the cooling air leaving the interior of the machine to the fan.

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.With reference to the embodiment shown in FIGS the invention is explained in more detail. Here, FIG. 2 shows the development of a Top view of the housing of a railroad engine on one of its front sides.

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. 1 gives a section along the line A-B of Fig. 2 in one the plane containing the machine axis again, so that through this section the arrangement the end windings as well as the fan and the air guide ring for the cooling air illustrated will.

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.Fig. 3 shows a section along the line C-D of Fig.2 in one also the plane containing the machine axis, especially the removal of the Cooling air from inside the machine is illustrated.

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.The rotor 1 of the rail engine shown in FIGS. 1 to 3 is on attached to the shaft. The exciter pole 4 of the motor carries the exciter winding 5 and the compensation winding 6. The end winding 3 of the rotor winding occurs on the front side out of the runner. At some distance from this, the fan is on shaft 2 7 attached, which is designed as a radial fan. The fan 7 sucks the cooling air from inside the machine on, with most of the cooling air flows through the motor in the gaps between the exciter poles 4 and then to the The suction openings of the fan are exceeded. To now guide this cooling air according to To achieve the invention is between the face of the machine and the fan an air guide ring 8 switched on, which is screwed to the machine housing at 9 is attached. As can be seen from the flow arrows drawn in, this guide ring guides the cooling air to the inner openings of the fan. Of the Ring is arranged so that it flows out of the pole gaps on the inside Cooling air with practically constant speed in the axial direction Fan feeds. On the outer side, the air guide ring forms an annular space A, which allows the outflow of part of the cooling air towards the middle of the engine, its exit through the housing webs present between the air outlet openings 11 of the motor housing 12 is disabled. The new arrangement results in smaller pressure losses in front of and behind the fan, the amount of cooling air flowing through the engine increases, and with it the resilience of the Engine.

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.The annular space and the air outlet openings enlarged in the axial direction 11 can be adapted to the outer shape of the pole system. To guide the dem Fan 7 inflowing cooling air to improve, are on the inside of the guide ring 8 guide vanes 10 arranged, which are directly the rotating blades in the fan face each other and for motors are radial and straight for both directions of rotation are. If there is only one direction of rotation, specially shaped, fluidic guide vanes placed favorably for a certain speed can be provided. the Guide vanes 10 allow a smaller fan inside diameter without through the rotation of the rotor winding 3 the air inlet at the fan is impermissibly disturbed will. Such guide vanes attached to the guide ring 8 could also be on the outside of the guide ring should be provided, where they allow for a loss-free outflow of the exhaust air serve from the fan.

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.From the drawing it can be seen that the air guide ring 8 in its Shape is adapted to the pole system, so it is in the pole gaps on the machine side has indentations that are too directed, which is indicated by the dashed line 15 in FIG. 1 or 16 in Fig. 3 is indicated. Since the openings 11 in the housing are not just opposite attached to the outlet opening of the fan, but also towards the center of the motor are extended towards, there is an arrangement in which the annular channel A is exposed outside the connecting webs 12 of the housing. About a lateral outflow to reach the cooling air when leaving the motor housing are opposite the openings 11 according to FIG. 3 cover plates 17 are provided which have guide vanes on their inside or have baffles 18 through which a controlled lateral outflow of the Cooling air is achieved according to the arrows shown. The cover plates 17 can also form a continuous ring surrounding the motor housing.

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.You can use the supply space formed by the air guide ring to the Fan also train in such a way that the flowing air in front of the fan from all sides stationary walls. For this purpose, FIG. 3 shows the guide vanes 10 still connected to a stationary annular end wall 13, which is entrained the air flowing to the fan, 'coming out of the machine housing through the Support disk 14 of the fan prevented. This increases the aerodynamic efficiency the fan arrangement further improved.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Through-ventilated electrical machine with internal fan, with only a few exhaust air openings with a limited cross-section for the cooling air to flow out are available, in particular rail engine, characterized in that between the end face of the machine windings and the preferably designed as a radial fan Inner fan (7) is a coaxial fan that is arched in the direction of the machine axis Air guide ring (8) is provided on one side from the inside of the machine Air flowing in a predominantly axial direction leads to the fan (7) and on the the other side forms an annular channel (A) through which the exhaust air from the fan (7) flows in the exhaust air openings (11), which are limited in number and cross-section.

2. Through-ventilated Electrical machine according to Claim 1, characterized in that the air guide ring (8) by means of indentations of the shape of the pole system, which are directed towards the machine side is adapted.

3. Through-ventilated electrical machine according to claim 1, characterized characterized in that the exhaust air openings (11) in the axial direction up to over the annular channel (A) are extended.

4. Through-ventilated electrical machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that on the air guide ring (8) guide vanes for the Supply of the inside of the machine leaving the cooling air to the fan are arranged.

5. Through-ventilated electrical machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that on the air guide ring (8) guide vanes for guiding the fan (7) leaving Exhaust air are arranged.

6. Through-ventilated electrical machine according to claim 1 or one of the preceding, characterized by such a shape of the Luftleitringes (8) that he leaves the inside of the machine cooling air up to Entrance into the fan (7) surrounds and leads on all sides with stationary walls.

7. A ventilated electrical machine according to claim 4 or 6, characterized in that the 'support disk of the fan with respect to the supply air covering the annular wall is attached to the guide vanes for the supply of the cooling air. Documents considered: German Patent No. 841 774; Austrian Patent No. 123 312; Swiss patent specifications 178 334, 203 227; French Patent No. 705,500; British Patent No. 212 664.