DE1638298C - Fremdgekuhlte elektrische Maschine mit eingebautem gehauselosen Ringlufter motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgekühlte sei Hohlwelle das Hauptmotorlager umgibt und das

elektrische Maschine mit eingebautem gehäuselosem Lüfterrad trägt. Auch ein direkt den Rotor auf ver-

Ringlüftermotor, der aus einem auf der Maschinen- längerter Tragsternbuchse tragendes Lüfterrad findet

welle über Wälzlager gelagerten und diese konzen- man als ähnliches Bauelement in der USA.-Patent-

trisch umgebenden, ein Lüfterrad tragenden Rotor 5 schrift 2 293 508, obwohl es sich hier um einen

und einem Stator besteht. selbstgekühlten Motor handelt. Schließlich ist aus der

Bekanntlich reicht bei drehzahlgeregelten Motoren schweizerischen Patentschrift 390 375 ein belüfteter der eingebaute Eigenlüfter nicht aus, um bei niedri- Motor mit Schlupfläufer ersichtUch, dessen auf der ger Drehzahl die Verlustwärme aus dem Motor abzu- Welle drehbar gelagertes Lüfterrad ebenfalls einen führen. Deswegen muß ein motorisch angetriebener io Rotor trägt und desser. zugehöriger Stator von ver-Fremdlüfter zur Hilfe genommen werden. Solche längerten Stäben des Hauptmotor-Schlupfläufers Fremdlüfter werden in verschiedener Weise ange- durchsetzt wird und mit diesem ebenfalls rotiert,
ordnet. Ein axialer Fremdlüfter wird beispielsweise Aus d^:esem aufgezeigten Stand der Technik geht unter einer Lüfterhaube auf der Kollektorseite eines zwar auch eine Belüftung mittels um die Welle rotie-Drehstrom-Kommutatormotors oder eines Gleich- 15 render motorisch getriebener Einbaujüfter hervor, strom-Motors angebracht, von einem ebenfalls axial doch sind diese Konstruktionen jeweils für einen angeordneten Kurzschlußläufer-Motor angetrieben, speziellen Verwendungszweck gedacht und keütes- und saugt oder drückt j :n Kühlluftstrom durch den wegs universell verwendbar. So ist die aus dem deut-Hauptmotor. Er hat den Nachteil, daß dadurch die sehen Gebrauchsmuster 1 866 371 bekannte Anord-Baulänge erheblich vergrößert wird. Außerdem wird 20 nung unbrauchbar, wenn der Einbauraum durch das zweite Wellenende verbaut. Auch sind besondere Schleifringkörper und Bürstenhalterbolzen (beispiels-Modelle für das Lüftergehäuse und die Luftführung weise beim Dichstrom-Kommutatormotor) bereits erforderlich, die den Regelmoto: als solchen auf- belegt ist. Auch die aus der schweizerischen Patentwendig machen. Bei Sauglüftung wird die vorge- schrift 390 375 bekannte Anordnun_e ist nur in Verwärmte Luft über den Kollektor geführt (was außer- as bindung mit dem Schlupunotor denkbar, da die dem zur Leistungsminderung führt), vom Lüfter Kurzschlußstäbe den Stator des Lüftermotors tragen, erfaßt und gegen die Innen-Peripherie des Lüfter- Bei einem gewickelten Anker (Schleifringanker, gehäuses geschleudert. Läßt man dort die Luft radial Gleichstromarker, Drehstrom-Kommutatoranker) austreten, so bedarf es wiederum eines kleineren versagt das Konzept.

Eigenlüfters für den antreibenden Fremd "iftermotor. 30 Beiden gemeinsam ist ferner der Nachteil einer

Lenkt man die Kühlluft um und läPt sie zentral über axialen Einbaulänge, die wesentlich größer ist als

den Fremdlüftermotor austreten, so kann man den die des sonst üblichen Eigenlüfters. Jedenfalls ist für

kleineren Eigenlüfter zwar einsparen, muß jedoch eine Fremdlüftung in den beiden vorgenannten Fäl-

den schlechteren Wirkungsgrad der doppelten Luft- len eine stark veränderte Konstruktion erforderlich

umlenkung in Kauf nehmen. Ähnliche Verhältnisse 35 im Vergleich zur normalen Konstruktion mit fest auf

liegen auch bei axial angebauter Drucklüftung vor. der Welle montiertem Eigenlüfter.

Auch hier muß man eine doppelte Luftumlenkung in Aufgabe der Erfindung ist es, die angezeigten

Kauf nehmen, wenn der Kollektor wirksam gekühlt Mängel des derzeitigen Standes der Technik zu ver-

werden soll. Außerdem ist die in das ß-seitige Lager- meiden, indem

schild eintretende Kühlluft vorwiegend in drehender 4<> 1. für alle Maschinenarten statt ihres Eigenlüfters

Bewegung und stößt daher seitlich gegen Lager- nach Bedarf wahlweise ein Fremdlüfter einsetz-

schildstreben und Bürstenhalterkästen, wodurch sie bar ist und

erheblich abgebremst wird. Ähnliche unkontrollier- 2. der axiale Platzbedarf nicht größer wird als der bare Luftführungsverhältnisse liegen auch bei an- eines äquivalenten Eigenlüfters,
oder aufgebauten Fremdlüftern vor. Auch hier wird 45 Diese Aufgabe wird nun bei einer fremdgekühlten die Kühlluft ein- oder zweimal rechtwinklig umge- elektrischen Maschine der eingangs genannten Art lenkt und trifft den Kollektor einseitig, wenn der dadurch gelöst, daß das eine eigene Wicklung tra-Fremdlüfter als Drucklüfter auf das Kollektor-Lager- g^.ide Statorblechpaket des Ringlüftermotors einen schild aufgebaut ist. In der effektiven Kühlwirkung dem Innendurchmesser des Maschinengehäuses oder unterscheiden sich daher die genannten Anordnungen 50 des Maschinenlagerschildes entsprechenden Außender Fremdlüfter .venig voneinander, was durch Ver- durchmesser aufweist und dort zentriert befestigt ist, gleichsmessungen hinreichend bewiesen ist. Auch für daß der Rotor eine von der geförderten Kühlluf* den Auf- oder Anbaulüfter müssen komplette Lüfter- durchströmte Bohrung aufweist, daß das Wälzlager gehäuse-Modelle mit Flansch zum Anflanschen an sich in der Mitte des Rotors befindet untd daß ferner die A- oder ß-seitigen Lagerschilder bereitgehalten 55 die gesamte Länge des Ringlüftermotors einschließwerden, um sich den jeweiligen räumlichen Gegeben- Hch des Lüfterrades gleich der entsprechenden Breite heiten anpassen bzw. den Kundenwünsehen bezug- eines Eigenlüfters gleicher Förderleistung bei maxilich der Benutzung des zweiten Wellenendes ent- maler Maschinendrehzahl ist.
sprechen zu können. Infolge dieser vielseitigen Der ernndungigemäße Ringlüftermotor wird an Anordnungsmöglichkeiten wird natürlich der Serien- 60 zwei Ausführungsbeispielen an Hand von Fig. 1 und mäßige Fertigungsablauf solcher Regelmotoren Fig. 2 näher beschrieben,
empfindlich gestört. Das schmale Statorblechpaket 1 des Ringlüfter-

Es ist aber auch schon das Prinzip eines um die motors, Fig. 2A, wird im fertig gewickelten Za-

Hauptmotorwelle umlaufenden Lüfters als solches stand in eine Motorgehäuse- oder /1-Lagerschildzenbekannt. So findet man in dem deutschen Gebrauchs- 65 trierung eingebaut. Dadurch wird ein ohnehin kon-

muster 1 866 371 in dem konisch ausgebuchteten struktiv bedingter »Totraum« ausgenutzt, wie der

Lagerschild des Hauptmotors einen kleineren, im Vergleich mit dem in Fig.2B dargestellten äquiva-

eigenen Gehäuse untergebrachten Lüftermotor, des- lenten Eigenlüfter 4 gleicher Förderleistung zeigt. Da

ein Fremdlöfter mit einer höheren Drehzahl als ein Eigenlüfter betrieben werden kann, ist es möglich, bei gleicher Förderleistung den Fremdlüfter kleiner als den Eigsnlüfter auszuführen. Das Lüfterrad 5 des Ringlüftermotors ist aus Grauguß. Siluminguß oder Kunststoff. Es ist aerodynamisch günstig gestaltet und zweckmäßigerweise mit geraden Schaufeln für beide Drehrichtuiigen versehen. Auf dem Lüfterrad 5 ist das ringförmige Rotorblechpaket 2 mit seinem Kurzschlußkäfig, bestehend aus den Kupferstäben 6 und den Kurzschlußringen 7, zentriert aufgesetzt, derart, daß die geförderte Kühlluft den Rotor 2 durchströmt. Stator und Rotor des Ringlüftermotors bilden also gleichzeitig die Trennwand zwischen dem Saugraum 8 und dem Druckraum 9, deren Abdichtung voneinander zugleich durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotor erfolgt. An Stelle der Kupferstäbe 6 und der Kurzschlußringe 7 kann auch ein Aluminium-Druckguß-Rotor verwendet werden, wie U. Fig. IA dargestellt ist. Rotorblechpake' 10 und AI-Kufzschlußringe haben eine aerodynamisch günstige Innenkontur 11 erhalten, so daß die eine Wand 12 des Lüfterrades 5 (Fig. 2A) entfallen kann. Man erhält dann ein offenes einteiliges Modell für das in Fig. IA dargestellte LLiterrad 13, auf dessen Flügeln das Rotorblechpaket 10 mit den Al-Kurzschlußringen zentriert angeschraubt ist. Für größere Stückzahlen lohnt sich schließlich die in Fig. IB dargestellte Ausführung, bei welcher das Rotorblechpaket 14, der Kurzschlußkäfig 15 und das Lüfterrad ·₃₀ 16 in einem einzigen Druckgußverfahren hergestellt wurden.

Der so entstandene Rotor-Lüfterrad-Körper wird nunmehr auf der Hauptmotorwelle drehbar gelagert. Dazu genügt ein einziges durch seitliche Scheiben abgedichtetes Wälzlager 17, denn bei dem schmalen Blechpaket ist das geringfügige seitliche Kippen infolge der Lagerluft absolut unschädlich und reicht nicht aus, um den Rotor zum Anschleifen an den Stator zu bringen.

Die Zuleitungen von den Schleifringen zu der Drehstromwicklu.:g (Fig. 2A) müssen natürlich unter dem Wälzlager (z. B. durch Nuten in der Welle) hindurchgeführt werden. Um Wirbelströme in dem die Unterführung umgebenden Eisen zu vermeiden, verlegt man zweckmäßigerweise Zu- und Ableitung einer Phase in eine Nut. Diese werden dann an die Stern-Dreicck-Umschaltklemmen des Schleifringkörpers geführt. Handelt es sich um nichtumschaltbare Motoren, so empfiehlt sich der Einbau einer. Distanzringes aus unmagnetischem Material zwischen Welle und Wälzlager-Innenring. Zur Vereinfachung der Montage wählt man die Lüfterrad-Bohrung (Fig. 2 A) zweckmäßigerweise so groß, daß sie über die Schleifringe hinweggeht. Zusätzliche Ausnehmungen 18 ermöglichen das Hinwegziehen über die Umschaltklemmen.

Ein 2- oder 4poliger Ringlüftermotor in Form eines schmalen Ringes mit großem Durchmesser erscheint zunächst aufwendig. In der Tat wird der Ringlüftermotor größer als ein gleichwertiger Normalmotor, aber da es sich einerseits um eine verhältnismäßig kleine Leistung handelt und andererseits die anfangs erwähnten inaktiven Teile wie axiale Lüfterhaube, radiale Lüftergehäuse, Anbauflansche usw. entfallen, ergibt siel· dennoch eine Gesamt-Gewichtsersparnis von 10 bis 20%. Geht man bei der Bemessung der ringförmigen Blechpaketc für Stator und Rotor vom verfügbaren »Totraum« aus, so läßt sich für die Statorwicklung eine Optimierung durchführen. Diese ergibt das kleinste Wickelkopfvolumen 3 und die damit verbundenen kleinsten Kupferverluste sowie die kleinste seitliche Wickelkopfausladung. Wegen der zwangläufig geringen magnetischen Beanspruchung in den Statorzähnen und im Luftspalt und der aerodynamisch günstigen Gestaltung des Lüfterrades erhält man einen außerordentlich geräuschlosen Lauf, so daß man 2polige Einbau-Ringlüftermotoren auch da noch verwenden kann, wo man sich sonst schon zu 4poligen Motoren entschließen müßte. Die sich konstruktiv von selbst ergebende gute Belüftung der Wickelköpfe führt ferner zur Einsparung von Wickelkupfer.

Mit dem Einbau-Ringlüftermotor erhält man gegenüber den eingangs erwähnten Anbaulüftern die denkbar wirksamste FremdbelüfP :g, was sich in einer wesentlichen Leistungssteigerung der damit ausgerüsteten Motoren bemerkbar macht. Auch gegenüber den aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1866 371 und der schweizerischen Patentschrift 390 375 bekannten Motoren erhält man eine wirksame Verbesserung der Lüftung, insbesondere da sich bei Motoren der Fig. 2 A der Schleifringraum als wirksamer Diffusurraum von selbst anbietet und somit zur Wirkungsgradverbesserung und Geräuschminderung des Ringlüftermotors beiträgt. Die kalte Luft wird ohne drehende Bewegung über den Kollektor und den Stator der zu kühlenden elektrischen Maschine gezogen. Der durch die Kollektorbuchse und die Rotorkühlkanäle dieser Maschine gezogene Luftstrom erhält dagegen eine drehende Bewegung, so daß die Luft verhältnismäßig stoßfrei und geräuscharm in das mit geraden Schaufeln versehene Lüfterrad eintreten kann. Es empfehlt sich daher, den Ringlüfter stets im gleichen Drehsinn wie den Anker rotieren zu lassen. Dadurch wird außerdem die Reibung des Wälzlagers 17 vermindert, dessen Außen- und Innenring nur die Differenzdrehzahlen zwischen der Welle und dem Ringlüfterrotor mitzumachen braucht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Fremdgekühlte elektrische Maschine mit eingebautem gehäuselosem Ringlüftermotor, der aus einem auf der Maschinenwelle über Wälzlager gelagerten und diese koni:entrisch umgebenden, ein Lüfterrad tragenden Rotor und einem Stator besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das eine eigene Wicklung tragende Statorblechpaket (1) des Ringlüftermotors einen dem Innendurchmesser des Maschinengehäuses oder des Maschinenlagerschildes entsprechenden Außendurchmesser aufweist und dort zentriert befestigt ist, daß der Rotor eine von der geförderten Kühlluft durchströmte Bohrung aufweist, daß das Wälzlager (1.7) sich in der Mitte des Rotors befindet und daß ferner die gesamte Länge des Ringlüftermotors einschließlich des Lüfterrades (5; 13; 16) gleich der entsprechenden Breite eines Eigenliiftera (4) gleicher Förderleistung bei maximaler Maschinendrehzahl ist.

2. Frcmdgekühltc elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 mit Λ-seitig angeordneten Schleifringen, an die die Zuleitungen zu der Rotorwicklung der elektrischen Maschine angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringlüftermotor auf der /1-Scite der elektrischen Maschine angeordnet ist, daß das die Schleifringe umgebende Lagerschild einen als Diffusorraum dienenden Druckiaum (9) bildet und daß die Zuleitungen zu der Rotorwicklung in einer Nut der Ma&chincnwelle unter dem Wälzlager (17) hindurchgefühlt sind (Fig. 2 A).

3. Fremdgekühlte elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (5) des Ringlüftcrmotors eine mit Ausnehmungen (18) versehene Bohrung besitzt, des

sen Durchmesser größer als der Außendurchmesser der Schleifringe ist (Fig. 2A).

4. Frcmdgekühlte elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Innenwand (12) des Lüfterrades (16) des Ringlüftermotors durch die Kontur (11) des Rotorblechpaketcs (2) gebildet ist (Fig. IB, Fig. 2A).

5. Fremdgekühlte elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 oder 4 mit als Kurzschlußkäfig ausgebildetem geblechtem Ringlüfterrotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußkäfig (15) innerhalb und außerhalb des Rotorblechpaketes mit dem Lüfterrad (16) des Ringlüftermotors im Guß- oder Druckgußverfahren einstückig herstellbar ist (Fig. 1 B).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen