DE1613265B1

DE1613265B1 - Kuehlfluessigkeitsdurchstroemter,in der Hohlwelle des Laeufers einer elektrischen Maschine angeordneter Kuehlkoerper

Info

Publication number: DE1613265B1
Application number: DE19671613265
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eugen Renz; Dr-Ing Hubert Rothert; Helmut Widder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1967-08-24
Filing date: 1967-08-24
Publication date: 1971-01-07
Also published as: US3521094A

Description

I 2

Die Erfindung bezieht sich auf einen kühlflüssig- " bekannten Motorausbildungen beschäftigten sich demkeitsdurchströmten, in der Hohlwelle des Läufers gemäß auch nur mit der Aufgabe, einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine angeordneten Kühlkör- aus einem nicht korrodierenden Metall oder einem per, dem die Kühlflüssigkeit über eine zentrale sonstigen nicht korrodierenden Material herzustellen, Bohrung zufließt und bei dem die Kühlflüssigkeit 5 nicht aber mit der der Erfindung zugrunde liegenden über am äußeren Umfang angeordnete, von der Aufgabe.

Innenwandung der Hohlwelle radial außen begrenzte Diese Aufgabe wird demgegenüber darin gesehen,

Kühlkanäle wieder abfließt. die zur Kühlung von elektrischen Maschinen vor-

Bei flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschinen gesehene Kühlflüssigkeit so zu führen, daß eine ist es zur Abfuhr der Läuferverlustwärme bekannt, die io möglichst, gleichmäßige Temperaturverteilung über Kühlflüssigkeit auf der Gegen-Antriebsseite durch das gesamte Läuferblechpaket erzielt wird, um so ein in einer hohlen Läuferwelle angeordnetes Rohr durch unterschiedliche Temperaturen des Kühlmiteintreten zu lassen, und auf der Antriebsseite am tels verursachte Wärmespannungen im Läufer zu äußeren Umfang 4^es Rohres.in der hohlen Welle vermeiden.

zurückzuführen. Von dort wird das Kühlmittel 15 Diese Aufgabe wird bei einem, kühlflüssigkeitsüblicherweise über Kanäle im Lagerschild zur Küh- durchströmten, in der Hohlwelle des Läufers einer lung des Ständers weitergeführt, wobei Dichtelemente elektrischen Maschine angeordneten Kühlkörper der die rotierende Welle gegen das feststehende Lager- eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch schild abdichten, um Kühlmittelverluste zu verhin- gelost, daß die Kühlkanäle mäanderförmig in Achsdern. Die Wärmeabfuhr im Läufer erfolgt hierbei 20 richtung verlaufend angeordnet sind und zu zwei im wesentlichen durch Rückleitung des Kühlmittels oder mehr über den Umfang des Kühlkörpers veram äußeren Umfang des Rohres in der hohlen Welle, teilten, mit Einlaßt,:-Rückfluß- und Auslaßkanal verwobei die Wärme aus dem Läuferblechpaket auf der sehenen Kanalgruppen zusammengefaßt sind. M

gesamten Länge des Blechpaketsitzes in die Hohl- Der erfindungsgemäße Kühlkörper weist also

welle übertritt. Um an dieser Stelle eine möglichst 25 Kanalgruppen auf, die jeweils aus einem Eintrittsintensive Wärmeabfuhr an das Kühlmittel zu erhal- kanal, einem Rückflüßkanal und einem Auslaßkanal ten, ist es bekannt, die hohle Welle am inneren bestehen. Dabei können selbstverständlich statt nur Umfang mit spiralförmigen Kühlkanälen auszubilden, eines Rückflußkanals auch zwei oder mehr Rückdurch die das Kühlmittel strömt. Bei dieser Art der fiußkanäle vorhanden sein.

Kühlung des Läufers wird die Strömungsgeschwin- 30 Erst wenn, wie gemäß der Erfindung vorgesehen digkeit des Kühlmittels um ein. Mehrfaches erhöht „ist, mehrere,, mindestens aber .zwei, Kanalgruppen und dementsprechend auch die Wärmeabfuhr durch vorgesehen sind, kann eine gefährliche, über den das Kühlmittel. ' ' - - ' Umfang und über die Länge des Läuferblechpaketes

Die bekannte Kühlanordnung" besitzt: aber nun ■ !unterschiedliche Temperaturverteilung vermieden insofern einen großen Nachteil, als das Kühlmittel 35 werden. Dadurch, daß dann in Umfangsrichtung gevon der Antriebsseite zur Gegen-Antriebsseite sehen Einlaßkanal, Rückflußkanal, Auslaßkanal und.__.„_ fließend sich stark erwärmt, wodurch das Läufer- dann, wieder Einlaßkanal, Rückflußkanal, .Auslaßblechpaket mit den darauf befindlichen Wicklungen kanal usw. nebeneinanderliegen, wird sich am über die gesamte Länge des Blechpaketes unter- Läufermantel eine sowohl in ajdaler als auch in schiedliche Temperaturwerte annimmt. Diese Tem- 4° Umfangsrichtung etwa gleiche mittlere Temperatur peraturdifferenzen imLäuferpaket sind umso mach- einstellen.

teiliger, je höher die Drehzahl des Läufers ist. Durch Wieviel Kanalgruppen vorgesehen werden müssen,

die Temperaturdifferenzen' bedingt treten erhebliche richtet sich nun im wesentlichen nach der Größe, Wärmespannungen auf, durch die die Betriebssicher- d. h. nach dem Umfang .des Läufers, wobei größere ä heit des Läufers in Frage gestellt ist. Messungen 45 Läufer eine größere Anzahl von Kanalgruppen ™ und Versuche haben ergeben,, daß bei Generatoren erforderlich machen. Ein Vorteil des in die hohle mit Läufern hoher Drehzahl, beispielsweise bis zu Läuferwelle einzusetzenden Kühlkörpers ist dabei, 24 000 U/min, durch die hohe Verlustwärme im daß in dieselbe Läuferwelle bei Bedarf Kühlkörper -Läufer Wärmesp'ahhungen auftreten, die eine ein- mit-unterschiedlicher Kanalgruppenzahl ohne Ändewandfreie Festlegung der Wicklungen im Läufer und 50 rung der Läufer abmessungen eingesetzt werden das Beibehalten des Wuchtzustandes auch nach können,
längerer Betriebszeit verhindern. An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbei-

Es ist auch schon ein flüssigkeitsgekühlter Elektro- spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
motor bekannt, bsi dem die Kühlkanäle nicht nur,-^; Fig. leine Abwicklung des Umfanges des KühlschraubenHnienförmig, sondern auch schon mäander- 55 "körpers mit zwei Kanalgruppen,
förmig (zickzackförmig) ausgeführt sind. Auch bei Fig. 2 eine Seitenansicht des Kühlkörpers und

dieser Führung der Kühlkanäle wird jedoch der Fig. 3 eine schematischeDarstellung eines flüssig-

Laufer bezüglich seiner geometrischen Abmessungen keitsgekühlten Generators mit in der Hohlwelle des einer ungleichmäßigen Temperaturbeaufschlagung Läufers angeordnetem Kühlkörper mit zwei Kanalausgesetzt. Da die im Läufer entstehende Verlust- 60 gruppen.

Wärme nämlich dort durch eine einzige, ununter- In F ig. List mit 1 der Kühlkörper bezeichnet, des-

brochene Kühlmittelleitung, abgeführt wird, die sen Kanalgruppen 2 und 3 jeweils aus einem Einlaßschraubenlinienförmig oder mäanderförmig am kanal 4, Rückflußkanal 5 und Auslaßkanal 6 be-Außenumfang des Läufers angeordnet ist, wird sich stehen. Die Kanäle 4, 5 und 6 sind in Achsrichtung .' bei der einen Ausführung (Schraubenlinienform) eine 65 des Kühlkörpers 1 mäanderförmig ausgebildet, so unterschiedliche Temperaturverteilung über die axiale daß das in den Einlaßkanälen 4 einströmende und in Länge des Blechpaketes, bei der anderen Ausführung den Auslaßkanälen 6 ausströmende flüssige Kühlmit-(Mäanderform) über den Umfang ergeben. Diese tel gleiche Strömungsrichtung besitzt, während die

Kühlmtttelströmung durch die Rückflußkanäle 5 entgegengesetzt gerichtet ist.

Der Kühlkörper 1 ist gemäß F i g. 2 mit einer zentralen Bohrung 7 versehen, die zur Aufnahme eines in eine Hohlwelle des Läufers hineinragenden Kühlmittelzuführungsrohres dient (F i g. 3).

In F i g. 3 tritt das mit Pfeilen gekennzeichnete flüssige Kühlmittel durch einen Eintrittsstutzen 8 am Gehäuse 9 in den Innenraum 10 des Generators ein und wird von dort durch das Kühlmittelzuführungsrohr 11, welches in die Hohlwelle 12 des Läufers 13 hineinragt, in einen Raum 14 geleitet. Die Hohlwelle 12 besteht aus zwei zusammengesetzten Teilen 15 und 16, wobei auf dem Teil 16 das Läuferblechpaket 57 mit den Wicklungen 18 aufgebracht ist. -Das aus dem Kühlmittelzuführungsrohr 11 austretende und in den Raum 14 eintretende flüssige Kühlmittel strömt in die Einlaßkanäle 4 des Kühlkörpers 1, von dort in entgegengesetzter Richtung durch die Rückflußkanäle 5 und dann durch die Auslaßkanäle 6 in einen Ringraum 19 der Hohlwelle 12. Von hier aus wird das Kühlmittel über Lager 20, Lagerschild 21 den Kühlkanälen 22 des Gehäuses 9 zur Ständerkühlung zugeführt.

Das durch die Kühlkanäle 4, 5 und 6 fließende Kühlmittel nimmt die in den Läuferwicklungen 18 erzeugte Verlustwärme auf, und zwar über die gesamte Länge des Blechpaketes 17, praktisch völlig gleichmäßig, da sich durch die mäanderförmige Ausbildung der Kühlkanäle 4, 5 und 6 in Achsrichtung des Kühlkörpers 1 »warme« und »kalte« Kühlströme abwechseln. Hierdurch werden auch die sich auf das Läuferblechpaket nachteilig auswirkenden Wärmespannungen fast gänzlich verhindert oder zumindest so weit verringert, daß keine Gefährdung des Läufers mehr auftritt.

Claims

Patentanspruch:

Kühlfiüssigkeitsdurchströmter, in der Hohlwelle des Läufers einer elektrischen Maschine angeordneter Kühlkörper, dem die Kühlflüssigkeit über eine zentrale Bohrung zufließt und bei dem die Kühlflüssigkeit über am äußeren Umfang angeordnete, von der Innenwandung der Hohlwelle radial außen begrenzte Kühlkanäle wieder abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle mäanderförmig in Achsrichtung verlaufend angeordnet sind und zu zwei oder mehr über den Umfang des Kühlkörpers (1) verteilten, mit Einlaß- (4), Rückfluß- (5) und Auslaßkanal (6) versehenen Kanalgruppen (2, 3) zusammengefaßt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY