DE19802303C1 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere einem flüssigkeitgekühlten Drehstromgenerator nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine derartige Maschine ist beispielsweise aus der DE 43 42 870 C1 sowie aus der DE 196 30 658 A1 bekannt. Hier erfolgt die Kühlung des Klauenpolsystems über Wärmeleitung der Kugellager, über Radiation zum Ständer und Gehäuse, Konvektion an der Riemenscheibe sowie durch Konvektion im geschlossenen Gehäuse. Insbesondere ergeben sich bei derartigen Maschinen bei sehr hohen Drehzahlen, z. B. größer als 15000 pro Minute, Temperatur- und Kühlprobleme, da die Eisenverluste im Läufersystem sowie die Kugellagerverluste mit der Drehzahl ansteigen. Eine ausreichende Kühlung ist dann bei den bekannten Maschinen der eingangs erwähnten Art nicht mehr sicher gewährleistet.

Aus der DE 196 48 455 A1, der US-PS 2,458,010 und der US-PS 2,043,655 ist ferner bekannt, an den Gehäusestirnseiten innen Luftleitrippen anzubringen, die mit den Lüftungsmitteln am Rotor der elektrischen Maschinen zusammenwirken. Diese Lösungen erfordern eine große axiale Baulänge, da die Luftleitrippen zur Statorkühlung bis vor die Statorwicklung reichen. Aus der DE 90 12 794 U1 ist schließlich ein Kompaktgenerator mit an den Stirnseiten seines Klauenpolrotors angeordneten Lüftern bekannt, die über Lüftungsschlitzen an den Gehäusestirnseiten einen teils radialen und teils axialen Luftstrom durch die gesamte Maschine erzeugen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei unveränderter Baugröße die Kühlung durch erzwungene Konvektion und sinnvolle Luftströmung innerhalb der Maschine wesentlich verbessert wird. Der erfindungsgemäße Lüfter löst dieses Problem wirkungsvoll durch den mit der Drehzahl ansteigenden Luftdurchsatz und dies besonders bei hohen Drehzahlen.

Weitere vorteilhafte Gestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung.

Zeichnung

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen flüssigkeitsgekühlten Drehstromgenerator, Fig. 2 in Teilansicht eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Generator nach Fig. 1 weist ein etwa topfförmiges Gehäuse 10 auf, das durch einen Deckel 11 verschlossen ist und an dessen Boden 10A eine Nabe 12 ausgebildet ist, welche ein Kugellager 13 aufnimmt. In diesem Kugellager ist das eine Ende 14A einer Welle 14 gelagert, deren gegenüberliegendes Ende aus dem Gehäuse hinausragt und in einem Kugellager 16 gelagert ist, das ebenfalls in einer Nabe 17 des Deckels 11 gelagert ist. Hier ist die Antriebsseite des Generators.

Etwa in der Mitte des Gehäuses 10 ist an dessen Wandung ein Stator 19 angeordnet. Zwischen dem Stator und der Welle befindet sich ein als Leitstückläufer ausgebildetes Klauenpolläufersystem 20, bestehend aus den Polringen 21 und 22, deren Klauen abwechslungsweise ineinander greifen. Zwischen den Klauen und der Welle 14 ist eine feststehende Erregerwicklung 24 angeordnet, die auf einem am Gehäusedeckel 11 anliegenden, etwa rohrförmig ausgebildeten Gehäuseflansch 26 angeordnet, welcher mittels Schrauben 27 befestigt ist und am Deckel 11 anliegt.

Zwischen dem Deckel 11 und einer das Gehäuse verschließenden Haube 28 befinden sich Steuer- und Regelkomponenten für den Generator, auf die jedoch nicht weiter eingegangen ist, da nicht erfindungswesentlich und bei Generatoren dieser Art üblich.

An der ebenen Stirnseite 21A des Polrings 21 befinden sich mehrere, etwa radial verlaufende Lüfterschaufeln 29, die bis nahe an die Nabe 12 heranreichen. Zwischen der Stirnseite 21A des Polrings 21 und dem Boden 10A des Gehäuses 10 befindet sich ein verhältnismäßig breiter Ringraum 31, an dem mehrere, etwa radial verlaufende Rippen 32 ausgebildet sind, die bis nahe an die Lüfterschaufeln 29 heranreichen; es besteht jedoch ein Spalt dazwischen. Die Rippen können geradlinig radial verlaufen oder auch gebogen, was ebenfalls für die Lüfterschaufeln 29 gilt. Durch die besondere Ausgestaltung des Ringraums 31 und der anschließenden Zone 33, die nun etwa parallel zur Welle 14 verläuft und zur Einbettung des Wickelkopfes bis nahe an den Stator 19 heranreicht, ergibt sich eine verhältnismäßig große, innenliegende Kühlfläche. Das Gehäuse ist von Kühlwasser umspült. Durch die verhältnismäßig große Kühlfläche und durch die von den Lüfterschaufeln 29 durch Pfeile angedeutete Luftumwälzung wird die im Generator erzeugte Wärme sehr wirkungsvoll an die Kühlflüssigkeit abgegeben, so daß das nicht strömungsaktive Wasser minimiert wird, worunter man eine Strömung versteht, die nur sehr geringe Bewegung aufweist.

Zweckmäßigerweise sind die Lüfterschaufeln aus gut wärmeleitendem Werkstoff und wärmeleitend mit dem Polring 21 verbunden, z. B. angeschmiedet, angeschweißt oder angeklemmt.

Die optimale Anzahl von Lüfterschaufel 29 und Rippen 32 bzw. Nuten richtet sich nach der Größe des Generators.

Der Luftaustausch zum Luftvolumen zwischen den Polringen 21, 22 erfolgt durch Führungskanten im Gehäuse und radial über den Lüfter.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Generators besteht also in der gezielten Ausnutzung der großen, innenliegenden Kühlfläche des Gehäuses und der besonderen Art und Anordnung der Lüfterschaufeln, die eine hohe Turbulenz und einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten bewirken, sowie durch Vergrößerung der Kühlflächen, insbesondere des Ringraums 31 und der Zone 33. Durch den erzwungenen Luftkreislauf kommt es vor allem bei hohen Drehzahlen zu einem Wärmetransport durch Luft zwischen Klauenpolläufersystem und der oben beschriebenen Kühlfläche. Die Oberflächen im Luftspalt am Klauenpolläufersystem 20 bzw. Ständer- und Erregerwicklung dienen zur Wärmeübertragung an die Luft.

Bei der Variante nach Fig. 2 ergibt sich eine noch wirkungsvollere Belüftung dadurch, daß an den Rippen 32 eine metallische Ringscheibe 35 angeordnet ist, z. B. aus Aluminium, deren Breite etwa der Länge der Lüfterschaufel 29 entspricht, d. h. es bestehen also Spalte an beiden Seiten der Ringscheibe zu den zwischen den Rippen 32 liegenden Nuten. Ist diese Ringscheibe 35 thermisch an den Boden 10A gekoppelt, so vergrößert sich die Kühlfläche zusätzlich.

Claims (3)

1. Elektrische Maschine, insbesondere flüssigkeitsgekühlter Drehstromgenerator mit einem, in einem topfförmigen Gehäuse (10) angeordneten Stator (19) und mit einem auf einer von einem Antriebssystem angetriebenen Welle (14) befestigten Klauenpolläufersystem (20), mit einem an der Welle befestigten, als Polradhälfte ausgebildeten, in Klauen auslaufenden ersten Polring (21) und einem ebenfalls in Klauen auslaufenden zweiten Polring (22) als Polradhälfte, wobei sich jeweils die Spitzen der Klauen des einen Polrings in die Lücken zwischen den Klauen des anderen Polrings erstrecken, sowie mit einem im Gehäuse durch Lüftermittel (29) erzeugten Kühlluftstrom, der die in der Maschine erzeugte Wärme durch Konvektion über den Außenmantel des Gehäuses (10) an ein flüssiges, das Gehäuse umgebende Medium abführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftermittel als etwa radial verlaufende Lüfterschaufeln (29) an der etwa ebenen Stirnseite (21A) desjenigen Polrings (21) ausgebildet sind, der auf der dem Antriebssystem gegenüberliegenden Seite liegt, und daß sich in axialer Richtung an die Lüfterschaufeln ein Ringraum (31) als Teil des Gehäusebodens (10A) anschließt wobei die Lüfterschaufeln (29) bis nahe an eine das eine Wellenlager (13) aufnehmende Nabe (12) am Boden des Gehäuses (10) reichen und, daß am Boden des Ringraums (31) etwa radial verlaufende Rippen (32) mit dazwischenliegenden Nuten ausgebildet sind, die in Höhe der Lüfterschaufeln (29) liegen und geradlinig oder bogenförmig verlaufen.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Rippen (32) eine diese teilweise überdeckende, metallische Ringscheibe (35) angeordnet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (35) thermisch an die Rippen (32) gekoppelt ist.