DE3021203A1

DE3021203A1 - Cooling system for totally enclosed motor - has internal air ducts adjacent to external ducts in the stator frame

Info

Publication number: DE3021203A1
Application number: DE19803021203
Authority: DE
Inventors: Franz Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Böhm; Siegfried 8540 Schwabach Hilneder; Hermann Dipl.-Ing. 8540 Rednitzhembach Niebler; Horst Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-06-04
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1981-12-10
Also published as: JPS5725135A

Abstract

The machine has forced air circulation inside the stator frame. Air is forced by an internal fan through ducts (5E) in the stator frame joining the end winding compartments. Parallel to these ducts (5E) are further ducts (13) through which air external to the machine is forced by an external fan. The stator frame typically also has external axial ribbing (2A) giving additional cooling surface which is in the external air stream. The method of construction is suitable for use in cast frames. The necessary external, and also internal, ducts can be formed by casting tubes into the frame. By arranging the tubes from the respective air circuits clost together the effective heat transfer from internal to ambient air is improved.

Description

Außenbelüftete elektrische MaschineExternally ventilated electrical machine

Die Erfindung betrifft eine außenbelüftete elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an externally ventilated electrical machine according to the preamble of claim 1.

Die nach außen geschlossenen Innenluftkanäle werden z.B.The inside air ducts closed to the outside are e.g.

aus gebogenen und der Außenluft ausgesetzten Rohren gebildet, die im Mittelbereich mit Abstand das Ständergehäuse umgeben. Diese Rohre müssen an den Enden abgebogen und an ihren Einmündungen in das Ständergehäuse durch besondere Maßnahmen wasser- und staubdicht mit dem Ständergehäuse verbunden werden, was aufwendige Maßnahmen bedingt. Man hat auch schon in Ständergehäusen aus Leichtmetall Innenluftkanäle eingegossen, jedoch sind durch die einzuhaltenden Bedingungen und Voraussetzungen beim Gießverfahren und den hierzu notwendigen Hilfsmitteln die Innenabmessungen der Innenluftkanäle begrenzt und keine wärmemäßig optimalen schmalen und hohen Kanalquerschnitte weder bei Leichtmetallgehäusen und noch weniger bei Graugußgehäusen erreichbar.formed from bent tubes exposed to the outside air, the Surround the stator housing at a distance in the middle area. These pipes must be connected to the Ends bent and at their junctions in the stand housing by special Measures to be connected to the stator housing in a watertight and dustproof manner, which is expensive Measures conditional. You already have internal air ducts in stand housings made of light metal poured in, but are subject to the conditions and requirements the internal dimensions of the casting process and the aids required for this the inside air ducts are limited and no narrow and high duct cross-sections that are optimal in terms of heat neither achievable with light metal housings and even less with gray cast iron housings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Entwärmung einer Maschine nach dem Oberbegriff mit einfachen Mitteln überhaupt und gegebenenfalls auch bei gegossenen Ständergehäusen zu erreichen.The invention is based on the object of improved heat dissipation a machine according to the generic term with simple means at all and if necessary can also be achieved with cast stator housings.

Die Aufgabe wird durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 in vorteilhafter Weise gelöst.The task is achieved by the measures according to the characterizing part of the patent claim 1 solved in an advantageous manner.

Wenngleich die Erfindung mit Vorteil die bekannten Ständergehäuse mit achsarallelen Längskühlrippen benutzt, so ist sie nicht darauf beschränkt.Although the invention advantageously uses the known stator housing used with axially parallel longitudinal cooling fins, it is not limited to this.

Die Außenluftkanäle können zwischen solchen Längskühlrippen liegen oder in das StSndergehäuse selbst eingebettete Rohre sein. Bei Ständergehäusen mit Längskühlrippen ist es gemäß einer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft, daß wärmeleitend mit den Grenzflächen wenigstens einige der Kühlrippen als nach außen geschlossene Innenluftkanäle in Verbindung stehen. Dabei können jeweils paarweise Längskühlrippen durch Deck-, Stirn- und Bodenwände zu Innenluftkanälen vervollständigt sein und innerhalb der Bodenwände liegende Of-fnungen im Ständergehäuse im Bereich der Stirnräume beiderseits des Ständerbiechpaketes vorgesehen sein.The outside air ducts can lie between such longitudinal cooling fins or pipes embedded in the stand housing itself. For stator housings with According to one embodiment of the invention, longitudinal cooling ribs are advantageous in that they are thermally conductive with the interfaces at least some of the cooling fins as closed to the outside Indoor air ducts are in communication. Longitudinal cooling fins can be used in pairs be completed by top, end and bottom walls to internal air ducts and Openings located within the base walls in the stand housing in the area of the end spaces be provided on both sides of the Ständerbiechpaketes.

Es ist aber auch möglich und in einfacher Weise erreichbar, zwischen benachbarten außen- und endseitig geschlossenen Längskühlrippen den Querschnitt für die Innenkühlluft bestimmende und vor der Gehäuseöffnung in den Stirnräumen endende Innenrohre passend einzubettenr Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann ein geschlossener Innenluftkanal und diesen beidseitig benachbarten Kühlrippen jeweils aus einem entsprechend abwechselnd (W-förmig) gebogenen und am Umfang des glatten Ständergehäuses befestigten Blechstreifen gebildet sein.But it is also possible and easily achievable between adjacent longitudinal cooling ribs closed on the outside and at the end the cross-section for the internal cooling air and in front of the housing opening in the frontal spaces Ending inner tubes to be embedded appropriately In another embodiment of the invention can be a closed inner air duct and cooling fins adjacent to it on both sides each from a correspondingly alternately (W-shaped) curved and on the circumference of the be formed smooth stator housing attached sheet metal strips.

Die Deck-, End- und/oder Bodenwände können gesonderte, passend einfügbare Abschlußteile sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist in die Innenluftkanäle jeweils mindestens ein außenluftdurchströmtes Rohr eingefügt, das die Endwände der Innenluftkanäle abdichtet, an beiden Stirnseiten durchdringt und endseitig offen ist.The top, end and / or bottom walls can be separate, appropriately insertable Be final parts. Another embodiment is in the interior air ducts inserted in each case at least one tube through which the outside air flows, which connects the end walls of the Seals internal air ducts, penetrates at both ends and is open at the ends is.

In den Innenluftkanälen können an sich bekannte, turbulenzerzeugende Störstellen zur Verbesserung des Wärmeübergangs nach außen vorgesehen sein, die insbesondere Querkanten gemäß den weiteren Unteransprüchen sind.In the interior air ducts known turbulence-generating Interference points may be provided to improve the heat transfer to the outside, the in particular transverse edges are according to the further subclaims.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung im teilweisen Schnitt vereinfacht dargestellt und nachfolgend erläutert, wobei gleiche Teile mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen sind, auf die in Fig. 1 besonders hingewiesen wird. Es zeigen für außenverrippte Ständergehäuse Fig. 1 Längskühlrippen mit Deckflächen, die als Innenluftkanäle von Innenluft durchströmt sind und Querkanten aufweisen, Fig. 2 ein Ständergehäuse mit turbulenzerzeugenden Quernuten, Fig. 3 ein Ständergehäuse mit zwischen einzelnen Längskühlrippen passend eingefügten rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Innenrohren, Fig. 4 eine Ausführungsart von Außenluft durchströmten runden Innenrohren jeweils innerhalb eines Innenluftkanals, Fig. 5 durch Abschlußteile zu Innenluftkanälen ergänzte Längskühlrippen, Fig. 6 aus W-förmig gebogenen Blechen gebildete Innenluftkanäle mit beiderseitigen Außenkühlkanälen, Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Maschine mit außenverripptem Ständergehäuse und in das Ständergehäuse abwechselnd eingefUgteIA Innen- und Außenluftkanälen, Fig. 8 einen Teilquerschnitt durch das Ständergehäuse des Gegenstandes nach Fig. 7.Some embodiments of the invention are shown in the drawing partial section shown in simplified form and explained below, where the same parts are provided with the same reference numerals in each case, to which in Fig. 1 is particularly pointed out. For externally ribbed stator housings Fig. 1 longitudinal cooling ribs with cover surfaces, through which internal air flows as internal air channels and have transverse edges, Fig. 2 shows a stator housing with turbulence-generating Transverse grooves, Fig. 3 a stator housing with fitting between individual longitudinal cooling ribs inserted inner tubes having a rectangular cross-section, FIG. 4 shows an embodiment round inner tubes through which outside air flows, each within an inside air duct, FIG. 5 longitudinal cooling fins supplemented by closing parts to form internal air ducts, FIG. 6 Inside air ducts formed from W-shaped sheet metal with external cooling ducts on both sides, 7 shows a longitudinal section through a machine with an externally ribbed stator housing and alternately inserted inside and outside air ducts in the stator housing, 8 shows a partial cross-section through the stator housing of the object according to FIG. 7th

Das genutete Ständerblechpaket 1 wird an seinem Umfang von einem eng anliegenden StSndergehäuse 2 umgeben, das außenseitig mit Längskühlrippen 2A bestückt ist. Das Ständergehäuse 2 überragt das Ständerblechpaket 1 beidseitig und bildet in den Lagerschilden 3 beidseitige Stirnräume 4, mit denen die Innenluftkanäle 5, 5A bis 5D über Oeffnungen 6 in Verbindung stehen, wenn die Innenluftkanäle oberhalb des Ständergehäuses 2 liegen, oder im Falle der innerhalb des Ständergehäuses liegenden Innenluftkanäle 5 direkt in Verbindung stehen, d.h. endseitig in diese ragen.The grooved stator core 1 is tight on its circumference surrounding the adjacent stand housing 2, which is equipped on the outside with longitudinal cooling fins 2A is. The stator housing 2 projects beyond the stator core 1 on both sides and forms in the end shields 3 end spaces 4 on both sides, with which the interior air ducts 5, 5A to 5D are connected via openings 6 when the inside air ducts are above of the stator housing 2, or in the case of those lying within the stator housing Inside air ducts 5 are directly connected, i.e. protrude into them at the ends.

Die Außenluftkanäle können im einfachsten Fall wie üblich die zwischen den Längskühlrippen 2A liegenden ober- und endseitig offenen Räume 7 bilden. Diese Außenluftkanäle und die dazwischenliegenden Innenluftkanäle stehen über die Mantelflächen des Ständergehäuses 2 in guter, wärmeleitender Verbindung mit dem Ständerblechpaket 1, wobei zumindest in den Boden- und Deckflächen der Innenluftkanäle gemäß Fig. 1 wirbelerzeugende Querkanten in gleichen Absenden angeordnet sind. Statt der Querkanten als Teile vorstehender Querrippen 8 können zur Vereinfachung der Gußformen für das Ständergehäuse mit angegossenen Längskühlrippen 2A und Innenluftkanälen 5 gemäß Fig 2 als wirbelerzeugende Störstellen die Querkanten von bodenseitigen Durchbrechungen 9 dienen, die bis zum Rücken des Ständerblechpaketes 2 reichen und eine örtliche direkte Kontaktgabe der turbulenten Innenluft in den Innenluftkanälen 5 mit dem Ständerblechpaket ermöglichen und somit den direkten Wärmeübergang zwischen beiden erlauben.In the simplest case, the outside air ducts can, as usual, be between Forming spaces 7 open at the top and at the ends of the longitudinal cooling fins 2A. These Outside air ducts and the interior air ducts in between stand over the jacket surfaces of the stator housing 2 in a good, thermally conductive connection with the stator core 1, at least in the bottom and top surfaces of the interior air ducts according to FIG. 1 vortex-generating transverse edges are arranged in the same sending. Instead of the transverse edges as parts of protruding transverse ribs 8 can be used to simplify the molds for the Stator housing with cast longitudinal cooling fins 2A and internal air ducts 5 according to FIG 2 shows the transverse edges of openings on the bottom as vortex-generating defects Serve 9, which extend to the back of the stator core 2 and a local direct contact of the turbulent interior air in the interior air channels 5 with the Enable stator core and thus direct heat transfer between the two allow.

Um das gegossene Ständergehäuse gießtechnisch optimal gestalten und die Innenluftkanäle nach strömungsgünstigen Bedingungen hinsichtlich Querschnitt, lichter Breite und Höhe bemessen zu können, d.h. hohe, schmale Innenluftkanäle verwenden zu können, ist gemäß Fig. 3 der Einsatz entsprechender, gesonderter, rechteckförmiger Rohre 5A zwischen Außenkühlrippen 2A vorgesehen, wobei die gesonderten Rohre in die Gießform eingelegt und so umgossen sind, daß ihre freien Enden mit den Oeffnungen 6 und über diese mit den Stirnräumen 4 in Verbindung stehen. Die Rohre 5A können ebenfalls wirbelerzeugende Störstellen enthalten.To design the cast stator housing optimally in terms of casting technology and the inside air ducts according to flow-favorable conditions in terms of cross-section, to be able to measure the clear width and height, i.e. use tall, narrow indoor air ducts to be able to, is according to Fig. 3, the use of corresponding, separate, rectangular Tubes 5A provided between external cooling fins 2A, the separate tubes in the mold are inserted and cast around so that their free ends with the openings 6 and are in communication with the frontal spaces 4 via these. The tubes 5A can also contain vortex-generating defects.

Gemäß Fig. 4 können zum einfacheren Gießen die Innenluftkanäle SB breiter als optimal bemessen sein und zur Verengung des lichten Querschnitts mit ihrc endseitigen Stirnwände durchdringenden offenen Rohren 10 für die Außenkühlluft belegt sein, die die Kühlwirkung der Kühl- wirkung der Kühlrippen 2A unterstützen.According to FIG. 4, the inner air channels SB be wider than optimal and to narrow the clear cross-section with Ihrc end walls penetrating open tubes 10 for the outside cooling air be proven that the cooling effect of the cooling effect of the cooling fins 2A support.

Statt der in Fig. 4 dargestellten gegossenen, allseitig geschlossenen Innenluftkanäle 5B können die breiter bemessenen Innenluftkanäle als Kühlrippen 2B unter Verwendung formstabilerer breiterer Gießkerne so ausgebildet sein, daß sie im Bereich beiderseits des Ständerblechpaketes 1 gemeinsam von dem auch die Ständerbohrung bildenden Gießkernteile geformt werden und über dem Bereich des Ständerblechpaketes gemeinsam mit der Außenform des Ständergehäuses gegossen werden. Die Kühlrippen 2B werden nachträglich durch gegossene oder aus Blech gebildete gesonderte Deckel 11 zu den nach außen geschlossenen Innenluftkanälen 5D ergänzt.Instead of the cast shown in Fig. 4, closed on all sides Inside air ducts 5B can use the wider sized inside air ducts as cooling fins 2B be designed using more dimensionally stable wider casting cores so that they in the area on both sides of the stator core 1 together of which also the Stator hole forming cast core parts are formed and over the area of the stator core be cast together with the outer shape of the stator housing. The cooling fins 2B are retrofitted with separate covers that are cast or made of sheet metal 11 added to the interior air ducts 5D which are closed to the outside.

Bei aus Stahl geschweißten Ständergehäusen 2, an dessen ringförmigen mit O£fnungen 6 versehenem Mantelteil aus U-förmig gebogenen angeschweißten Blechstreifen die Längskühlrippen 2A gemäß Fig. 6 gebildet sind, können die Innenluftkanäle SC in einfacher Weise durch W-förmig gebogene Blechstreifen 12 gebildet werden, die zwischen weiter beabstandeten und U-förmigen Blechstreifen für die Kühlrippen 2A angeordnet sind, wobei die beiden Außenflügel der W-förmigen Blechstreifen die Außenkühlungsoberfläche vergrößern.In the case of stator housings 2 welded from steel, at its ring-shaped with openings 6 provided shell part made of U-shaped bent welded sheet metal strips the longitudinal cooling fins 2A are formed according to FIG. 6, the inside air ducts SC are formed in a simple manner by W-shaped sheet metal strips 12 which between further spaced and U-shaped sheet metal strips for the cooling fins 2A are arranged, wherein the two outer wings of the W-shaped sheet metal strips the outer cooling surface enlarge.

In Fig. 7 und 8 ist ferner ein gegossenes Ständergehäuse mit in dessen Mantelringfläche eingegossenen Hohlräumen als Innenluftkanäle 5E und dazwischen eingegossenen gesonderten Rohren 13 für die Außenkühlluft gezeigt, das am Umfang noch tängskühlrippen 2A für die Außenkühlluft trägt und somit eine besonders intensive Entwärmung der Maschine ermöglicht. Auch in den vorbeschriebenen Fällen der Ausführungen nach den Fig. 5 bis 8 können in den Innenluftkanälen wirbelerzeugende Störstellen vorgesehen sein.In Fig. 7 and 8, a cast stator housing is also in its Shell ring surface cast cavities as internal air channels 5E and between them cast separate tubes 13 for the outside cooling air shown on the circumference still carries longitudinal cooling fins 2A for the outside cooling air and thus a particularly intensive one Enables cooling of the machine. Also in the cases described above According to FIGS. 5 to 8, vortex-generating disturbances can be found in the interior air ducts be provided.

1 2 PatentansprUche 8 Figuren1 2 claims 8 figures

Claims

Claims 1. Externally ventilated electrical machines with closed Internal cooling circuit, the stator housing of which rests closely on the circumference of the stator core and connected to the end spaces on both sides of the stator core and has internal air ducts that are closed to the outside, d a u r c h e k e n n n Note that at least between some of the in the stator housing is perfect embedded straight interior air ducts (5, 5A to 5E) at least at the end open rectilinear outside air ducts (7, 10, 13) are arranged (Fig. 1 to 7).

2. Machine according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the outside air ducts are tubes (13) embedded in the stator housing (Figures 7, 8).

3. Machine according to claim 1 or 2 with circumferential longitudinal cooling fins on the stator housing, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that heat-conducting with the boundary surfaces of at least some of the longitudinal cooling fins (2A) closed to the outside Inside air channels (5, 5A to 5E) are in communication (Fig. 1 to 6).

4. Machine according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, that each pair of longitudinal cooling fins ('A) through the top, end and bottom walls to interior air ducts (5, 5B, 5D) and located within the bottom walls Stator housing openings (6) are provided in the area of the end spaces (Fig. 1, 2, 4 and 6) *

5. Machine according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that between adjacent longitudinal cooling ribs that are closed on the outside and on the ends (2B) determining the cross-section and in front of the housing openings in the end spaces ending inner tubes (10) are appropriately embedded (Fig. 4).

6. Machine according to one of the preceding claims, d a -d u r c h e k e n n n n e i n e t that a closed indoor air duct as well as on both sides Adjacent cooling fins each consist of a correspondingly alternately curved and on the circumference of the smooth stator housing attached sheet metal strips (12) are formed (Fig. 6).

7. Machine according to one of the preceding claims, d a -d u r c it is noted that the detk, end and / or bottom walls as separate suitable attachable connection parts (11) are formed (Fig. 5).

8. Machine according to one of the preceding claims, d a -d u r c h e k e n n n n e i c h n e t that in the interior air ducts (5B) at least one outside air flowed through tube (10) is inserted, which the end walls of the inside air ducts sealed penetrates (Fig. 4).

9. Machine according to one of the preceding claims d a -d u r c h It is not noted that there are turbulence-generating disturbances in the interior air ducts (8. 9) are arranged (Fig. 1, 2).

10. Machine according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that as imperfections in the top and / or bottom surfaces of the interior air ducts Transverse edges are provided (Fig. 1, 2).

11. Machine according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the transverse edges are parts of protruding transverse ribs (8) (Fig. 1).

12. Machine according to claim 10 or 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the transverse edges in the bottom surface are parts of housing openings (9) are between the longitudinal ribs (Fig 2).