DE1263916B

DE1263916B - Through-ventilated electrical commutator machine, in particular DC machine

Info

Publication number: DE1263916B
Application number: DE1964B0078295
Authority: DE
Inventors: Reinhold Krebs; Dipl-Ing Harald Nordmann
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1964-08-28
Filing date: 1964-08-28
Publication date: 1968-03-21

Description

Durchzugsbelüftete elektrische Kommutatormaschine, insbesondere Gleichstrommaschine Die Erfindung betrifft eine durchzugsbelüftete elektrische Kommutatormaschine, insbesondere Gleichstrommaschine, bei der die Kühlluft durch den Innenraum des Kommutators zu den Wickelköpfen und in axiale Kanäle des Rotors übertritt, von wo aus sie über radiale, Lüftungsschlitze im Rotoreisen in den Luftspalt und in die Pollücken in Richtung zu der dem Kommutator abgewandten Gehäuseseite abfließt.Through-ventilated electrical commutator machine, in particular DC machine The invention relates to a ventilated electrical commutator machine, in particular DC machine in which the cooling air flows through the interior of the commutator the end windings and into the axial channels of the rotor, from where they pass over radial, ventilation slots in the rotor iron in the air gap and in the pole gaps in Direction to the housing side facing away from the commutator flows.

. Die Kühlung elektrischer Kommutatormaschinen mit Durchzugsbelüftung erfordert eine Luftführu,ng, durch die sowohl dem Kommutator wie auch, den Wicklungen und dem aktiven Eisen die entstehende Verlustwärme in ausreichendem Maße abgezogen wird. . The cooling of electrical commutator machines with through ventilation requires an air duct through which the resulting heat loss is sufficiently drawn off from the commutator as well as the windings and the active iron.

, Wesentlich ist dabei ferner eine Luftführung, bei welcher der durch den Abtrieb des Kommutators und der Bürsten entstehende Kohle- und Metallstaub sich nach Möglichkeit nicht an die übrigen aktiven Maschinenteile absetzen kann. It is also essential to have an air duct in which the carbon and metal dust produced by the output of the commutator and the brushes cannot, if possible, settle on the other active machine parts.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Kühlluft zuerst durch das Maschineninnere und danach durch bzw. über den Kommutator zu leiten. Bei einer solchen bekannten Kommutatormaschine tritt die Kühlluft an der dem Kommutator gegenüberliegenden Maschinenseite des Läufersterns ein und wird durch einen zwischen Läuferstern und Kommutator angeordneten Lüfter durch den Läuferstern hindurchgesaugt und über die Kommutatorlamellen in axialer Richtung hinweggeblasen.For this purpose it is known to first pass the cooling air through the interior of the machine and then to pass through or over the commutator. With such a well-known In the commutator machine, the cooling air enters the machine on the opposite side of the commutator of the rotor star and is arranged between the rotor star and the commutator Fan sucked through the rotor star and over the commutator lamellas in blown away in the axial direction.

Es ist fernerhin bekannt, den Läufer von Kommutatormaschinen mit Radialschlitzen zu versehen, durch die Kühlluft strömt, die teilweise vorher den Kommutatorkörper und teilweise den Läuferstern in axialer Richtung durchströmt hat (deutsche Patentschritt 61-7 612). It is also known to provide the rotor of commutator machines with radial slots through which the cooling air flows, which has partially previously flowed through the commutator body and partially through the rotor star in the axial direction (German patent step 61-7 612).

Es ist auch bei Kommutatormaschinen eine Anordnung von Wicklungsstützen bekannt, auf denen die Wickelköpfe der Läuferwicklung aufliegen (französische Patentschrift 1062 228). Bei solchen Anordnungen ist es bekannt, zwischen dem Kommutator und den Wicklungsstützen durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Kommutatorfahnen einen zusätzlichen Weg für die Kühlluft zu schaffen (USA.-Patentschrift 1290 344 und britische Patentschrift 180 530). Durch eine entsprechende Ausbildung des Stützringes kann für die Kühlluft ein weiterer Weg geschaffen werden, durch den diese radial hindurchströmen kann und durch die die außerhalb des Läufereisens verlaufenden Wicklungsteile gekühlt werden.An arrangement of winding supports is also known in commutator machines, on which the end windings of the rotor winding rest (French patent specification 1062 228). In such arrangements, it is known to create an additional path for the cooling air between the commutator and the winding supports through the spaces between the individual commutator lugs (U.S. Patent 1290 344 and British Patent 180 530). By appropriately designing the support ring, a further path can be created for the cooling air through which it can flow radially and through which the winding parts extending outside the rotor iron are cooled.

Bei den oben beschriebenen elektrischen Maschinen wird der Kommutator durch die bereits teilweise durch die Abführung der Wicklungsverluste erwärinte Kühlluft gekühlt. Bei großen und sehr hoch belasteten Maschinen ist aber eine Kühlung des Kommutators durch die bereits erheblich vorgewännte Luft nicht mehr ausreichend. Es ist aus der britischen Patentschrift 341164 eine Kühlluftführung bekannt, bei der die Kühlluft nach dem Durchtritt durch die Kommutatornabe zum Teil durch die Wickelköpfe und zum Teil durch axiale Kanäle im Rotoreisen strömt. Die Belüftung der Läuferwicklung ist bei dieser Anordnung aber wenig befriedigend, da sich auf der Ventilatorseite des Motors durch das Vorhandensein einer zweiten Ansaugöffnung für die Kühlluft Verwirbelungen ergeben, die die Kühlung des Rotors beeinträchtigen.In the electrical machines described above, the commutator by the already partially heated by the dissipation of the winding losses Cooling air cooled. In the case of large and very heavily loaded machines, however, cooling is required of the commutator is no longer sufficient due to the already considerably prewired air. It is known from British patent specification 341164 a cooling air duct at which the cooling air after passing through the commutator hub partly through the Winding heads and flows partly through axial channels in the rotor iron. The ventilation the rotor winding is not very satisfactory with this arrangement, since it is based on the fan side of the motor by the presence of a second intake opening for the cooling air result in turbulence which adversely affects the cooling of the rotor.

Es ist auch bekannt, für den Kommutator und den übrigen Teil der Maschine je eine besondere Belüftung vorzusehen. Eine solche Anordnung verlangt aber eine aufwendige Bauart, die auch eine gewisse Vergrößerung der äußeren Abmessungen der Maschine bedingt.It is also known to provide for the commutator and the other part of the machine depending on a special ventilation. However, such an arrangement requires a complex design, which also requires a certain increase in the external dimensions of the machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 'e genannten Nachteile zu vermieden, d. h. eine durchzugsbelüftete elektrische Maschine zu schaffen, bei der der Kommutator sehr intensiv gekühlt wird, ohne daß sich Bürstenstaub an den aktiven Teilen der Maschine absetzen kann. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: a) die in axialer Richtung im Tragstern des Rotors verlaufenden Kanäle sind auf der dem Kommutator abgewandten Seite durch eine Platte abgeschlossen; b) unter den Wickelköpfen ist ein mit einerglatten Oberfläche versehener Stützring so angeordnet, daß zwischen dem Stützring und dem Kommutator und zwischen dem Stützring und der Preßplatte je ein im wesentlichen x.adial verlaufender Strötinungsweg für die Kühlluft entsteht; c) der Stützring hat die Form eines sich nach dem Kommutator hin erweiternden Innenkonus, der nach dem Rotor hin eine scharfe Kante aufweist. Der Stützring kann aus einem Kunststoff bestehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wirdeine besonders gleichmäßige Kühlung aller Teile der Kommutatormaschine realisiert. Dabei wird der Kühlluftstrom so geführt, daß ein Festsetzen von Bürstenstaub oder sonstigen Schmutzteilen, die zu einer Vergrößerung des Strömungswiderstandes führen und Kriechwege bilden kann, die zu elek-Irischen Überschlägen fuhren -könnten, Yormieden wird. Der Kommutator wird dabei, da er zuerst von der kalten Kühlluft durchflossen wird, sehr intensiv gekühlt. Der größte Teil der Kühlluft durchfließt dabei die Nabe des Kommutators und kühlt dann die aktiven Teile, wie Wickelköpfe und Läufereisen. Weiterhin ist durch die Formgebung des Stützringes dafür Sorge getragen, daß sich auf diesem kein Staub bzw. Fremdkörper absetzen 'kann. Nur ein geringer Teil der KühRuft streicht über -den Kommutator und nimmt den nicht vermeidbaren Bürstenstaub mit. Dieser Teil der Kühlluft kommt mit dem aktiven Teil -des Reotors jedoch -nicht in Verbindung, so daß es damit ausgeschlossen ist, daß sich an diesem Bürstenstaub absetzen kann.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages mentioned, d. H. To create a through-ventilated electrical machine in which the commutator is cooled very intensively without brush dust being able to settle on the active parts of the machine. The solution to the problem posed is characterized according to the invention by the combination of the following features: a) the channels running in the axial direction in the support star of the rotor are closed on the side facing away from the commutator by a plate; b) under the winding heads a support ring provided with a smooth surface is arranged in such a way that between the support ring and the commutator and between the support ring and the press plate there is a substantially x.adial flow path for the cooling air; c) the support ring has the shape of an inner cone which widens towards the commutator and which has a sharp edge towards the rotor. The support ring can consist of a plastic. The arrangement according to the invention realizes particularly uniform cooling of all parts of the commutator machine. The cooling air flow is guided in such a way that brush dust or other dirt particles, which lead to an increase in the flow resistance and can form creepage paths, which could lead to electrical flashovers, are prevented. The commutator is cooled very intensively because the cold cooling air flows through it first. Most of the cooling air flows through the hub of the commutator and then cools the active parts, such as end windings and rotor blades. Furthermore, the shape of the support ring ensures that no dust or foreign bodies can settle on it. Only a small part of the KühRuft brushes over the commutator and takes the unavoidable brush dust with it. This part of the cooling air does not come into contact with the active part of the reotor, however, so that it is impossible for brush dust to settle on this.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung gezeigt. Auf der Welle 1 der dort im Längsschiiitt dargestellten wesentlichen Teile der *Maschine setzt,-der Ankerstern 2 mit den Ankerblechpaketen 3 und der Ankerwicklung, ferner der K.ommutator-6, der mit der Ankerwicklung bzw. den Wickelköpfen 11 -durch die Kommutatorfahnen 7 verbunden ist. An dem dem Kommutator abge-,wandten Ende der Maschine befindet sich im gezeichnetenBeis elderalsRadiallüfterausg Pi gebildete Sauglüfter 12.An embodiment of the invention is shown in the figure. On the shaft 1 of the essential parts of the machine shown there in the longitudinal section, -the armature star 2 with the armature laminations 3 and the armature winding, furthermore the commutator-6, that with the armature winding or the winding heads 11 -through the commutator lugs 7 connected is. At the end of the machine facing away from the commutator, there is a suction fan 12, formed as a radial fan outlet Pi in the illustrated example.

Der Ankerstern ist lüfterseitig durch eine'Platte 15 abgeschlossen. Die durch das Innere des Kommutators-'6 angesaugte Frischhift strömt, wie durch die .eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, zu einem Teil durch den Ankerstern 2 und von dort durch die #R-a-diOsch,litze-4 des aktiven Ankereisens und weiter durch den Maschinenlüftspalt bzw. zwischen den -am Magnetring 13 befestigten Polen 5 hindurch zum 'Sauglüfter 12. Der Ausstoß der Luft erfolgt durch m, cht gezeiehneteeöffnungen im-Gehäuse 14. The anchor star is closed on the fan side by a plate 15 . The freshhift sucked in through the interior of the commutator-'6 flows, as indicated by the arrows drawn in, partly through the anchor star 2 and from there through the # Ra-diOsch, Litze-4 of the active anchor iron and further through the machine ventilation gap or between the poles 5 attached to the magnet ring 13 through to the suction fan 12. The air is expelled through m, cht drawn openings in the housing 14.

Die Anordnung ist aber so getroffen, -daß noch ein ,anderer -Strömungswegfür die -aus dem Konimutator -kommende Kühlluft vorhanden. -ist, nämlich durch den Raum 16 zwischon dem Ankerkörper und den Wickelköpfen. 11 -und zwischen aden '-Kommutatorfähnen 7 'hindurch in Aden #kommutatorseitigen Maschinenraum. und von dort im -wesentlichen zwischen -den ?Ölen 5 hindurch zum Sauglüfter 12. Diese Luftströmung, -die gegenüber dem ergtgenannten Str8mungsweg einen Umweg-darstellt, wird durch die Lüfterwirkung der Kommutatorfahnen bewirkt. Die als Lüfter wirkenden Kommutatorfahnen und der Sauglüfter 12 sind in bezug auf diesen Luftweg in Reihe geschaltet.The arrangement is such that there is another, different flow path for the cooling air coming from the conimutator. -is, namely through the space 16 between the anchor body and the winding heads. 11 - and between aden 'commutator lugs 7 ' through into Aden # commutator-side machine room. and from there essentially between the oils 5 to the suction fan 12. This air flow, which is a detour in relation to the flow path mentioned above, is brought about by the fan action of the commutator vanes. The commutator vanes acting as a fan and the suction fan 12 are connected in series with respect to this air path.

Die Kühlung des Kommutators erfolgt zum großen Teil durch die durch seinen Innenraum strömende -Luft. Um;einen möglichst hindemisfreien Weg für den durch die Kommutatorfahnen geführten Luftstrom zu schaffen, kann innerhalb der Wickelköpfe der Ankerwicklung ein Stützring 9 angeordnet sein, der vorzugsweise auf der Innenseite die Form eines nach den Kommutatorfahnen hin sich erweiternden Konus aufweist.The commutator is largely cooled by the air flowing through its interior. In order to create a path that is as free of obstacles as possible for the air flow guided through the commutator lugs, a support ring 9 can be arranged inside the end windings of the armature winding, which preferably has the shape of a cone widening towards the commutator lugs on the inside.

Dieser Stützring besteht vorzugsweise aus Kunststoff und weist eine glatte Oberfläche auf, die das Ansetzen --von Schmutzteilchen sehr erschwert.This support ring is preferably made of plastic and has a smooth surface, which makes it very difficult for dirt particles to attach.

Uni zu verhindern, daß eine trotzdem entstandene Schmutzschicht eine leitende Brücke, zwischen den Kommutatorfahnen und dem Ankereisen bildet, kann der Stützring 9 in einem gewissen Abstand vom Ankereigen bzw. von der Preßplätte 8 gehaltert sein, und zwar durch Abstützeleinente 18, die gegenüber der Kante 17 des Stützeinges zurüdkgesetzt sind. Dadurch entsteht ein weiterer Weg für die Kühlluft, der an der scharfen Innenkante 17 des Stützringes voibei und zwischen den Leitern der Wickelköpfe hindurchführt, wodurch das Entstehen der erwähnten Schmutzbrücke wirksam verhindert wird.Uni to prevent a layer of dirt that has arisen in spite of this from forming a conductive bridge between the commutator lugs and the anchor iron, the support ring 9 can be held at a certain distance from the anchor incline or from the press plate 8 , by means of support elements 18, which are opposite the edge 17 of the support ring are set back. This creates a further path for the cooling air, which passes along the sharp inner edge 17 of the support ring and between the conductors of the winding overhangs, which effectively prevents the above-mentioned dirt bridge.

Die Wicklungen der Pole 5 können ohne Schwierigkeit so ausgeführt und mit einer glatten Oberfläche versehen sein, daß durch die daran vorbeiströmende ,Luft keine schädlichen &hmutzablagerungen entstehen.The windings of the poles 5 can be designed and provided with a smooth surface without difficulty in such a way that the air flowing past them does not result in any harmful deposits of dirt.

Eine besonders raumsparende Anordnung kann dann erzielt werden, wenn der Radiallüfter 12 einen so großen Durchmesser erhält, daß die Ankerwickelköpfe zum Teil innerhalb des Schaufelkranzes des Lüfters liegen.A particularly space-saving arrangement can be achieved if the radial fan 12 is given such a large diameter that the armature winding heads partly lie within the blade ring of the fan.

An Stelle der Ausführung des Radiällüfters 12 als Sauglüfter gemäß dem Ausführtinggbeispiel kann auch ein Drucklüfter am entgegengesetzten Ende der Maschine angeordnet sein. #Schließlich kann die Maschine auch fremdbelüftet werden.Instead of the design of the radial fan 12 as a suction fan according to FIG The embodiment can also have a pressure fan on the opposite end of the Machine be arranged. # Finally, the machine can also be externally ventilated.

Claims

Claims-1. Through-ventilated electrical commutator machine, in particular DC machine, in which the cooling air passes through the interior of the commutator to the end windings and into the axial channels of the rotor, from where it passes through radial ventilation slots in the rotor iron into the air gap and into the pole gaps in the direction of the commutator facing away from the housing side, ge-k-marked dur.ch the combination of the following features: a) the channels running in the axial direction in the Ts.agstern. (2) of the rotor (3) are - on - the - facing away from the commutator (6) Side closed by a plate (15); b) under the winding heads (11) a -a smooth surface-provided support ring (?) is arranged so that between the support ring - (9) and your commutator (6) and between the support ring * (9) and the Press plate - (10) in each case a substantially radially extending flow path for the cooling air is created; c) the support ring (9) has the shape of an inner cone which widens towards the commutator and which has a sharp edge (17) towards the rotor.

2. A passage-ventilated electrical commutator machine according to claim 1, characterized in that the support ring (9) consists of a plastic. Documents considered: German Patent No. 61.7 612; French Patent No. 1062 228; British Patent Nos. 180 530, 341164; U.S. Patent Nos. 716 476, 1290 344.