DE1093471B

DE1093471B - Arrangement for cooling an electrical machine in the lower speed range with external ventilation by its own fan motor and in the upper speed range with self-ventilation

Info

Publication number: DE1093471B
Application number: DES65216A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dirk Forkel; Dipl-Ing Eugen Niederheiser
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-09-30
Filing date: 1959-09-30
Publication date: 1960-11-24

Description

Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Maschine im unteren Drehzahlbereich mit Fremdbelüftung durch einen eigenen Lüftermotor und im oberen Drehzahlbereich mit Eigenbelüftung Es ist bekannt, zur Belüftung einer elektrischen Maschine, deren Drehzahl während des Betriebes in weiten Grenzen schwankt, wie es beispielsweise bei Drehstromnebenschlußmotoren der Fall ist, den Lüfter mit einem gesonderten Lüftermotor anzutreiben. Damit der Leistungsbedarf und die Geräusche dieses Lüfters nicht unnötig groß werden, ist es im allgemeinen üblich, für den Lüfter keine allzu hohe Drehzahl vorzusehen. Häufig wird hierfür eine Drehzahl von 1500 U/min gewählt. Hierdurch wird eine gute Kühlung der Maschine in den unteren Drehzahlbereichen erreicht. Bei höheren Drehzahlen jedoch, also beispielsweise bei einer Drehzahl von 2100 U/min, ist die Kühlwirkung nicht intensiv genug, um die Maschine in diesem Drehzahlbereich voll auszunutzen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn es sich um oberflächengekühlte Maschinen handelt.Arrangement for cooling an electrical machine in the lower speed range with external ventilation through its own fan motor and in the upper speed range with self-ventilation It is known to ventilate an electrical machine whose Speed fluctuates within wide limits during operation, for example is the case with three-phase shunt motors, the fan with a separate fan motor to drive. So that the power requirement and the noise of this fan are not unnecessary become large, it is generally customary not to speed the fan too high to be provided. A speed of 1500 rpm is often chosen for this. Through this a good cooling of the machine is achieved in the lower speed ranges. at however, higher speeds, for example at a speed of 2100 rpm, the cooling effect is not intense enough to keep the machine in this speed range to take full advantage of it. This is especially the case when it is surface-cooled Machines.

Durch die Erfindung werden diese Nachteile überwunden. Gemäß der Erfindung wird zwischen der Welle der zu belüftenden Maschine und der Welle des getrennt angetriebenen Lüfters eine drehzahlabhängige Kupplung angeordnet, die die Maschinenwelle mit der Lüfterwelle kraftschlüssig verbindet, wenn die Drehzahl der Maschinenwelle die Drehzahl der Lüfterwelle überschreitet. Gleichzeitig wird durch gesonderte Mittel der Antrieb des Lüfters durch den Lüftermotor unterbrochen. Im unteren Drehzahlbereich der zu hebelüftenden Maschine wird der Lüfter also als Fremdlüfter betrieben, während der Lüfter in den oberen Drehzahlbereichen der Maschine als Eigenlüfter arbeitet; anders ausgedrückt, sowohl für die Fremdbelüftung als auch- für die Eigenbelüftung der Maschine wird ein und derselbe Lüfter verwendet. Die Anordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die zu belüftende elektrische Maschine im unteren Drehzahlbereich von den Lüfterverlusten entlastet und ausreichend fremdbelüftet ist; im oberen Drehzahlbereich hingegen findet eine intensive Kühlung statt, so daß die Maschine auch im oberen Drehzahlbereich voll ausgenutzt werden kann.The invention overcomes these disadvantages. According to the invention is driven between the shaft of the machine to be ventilated and the shaft of the separately driven one Fan, a speed-dependent coupling is arranged, which connects the machine shaft with the Fan shaft frictionally connects when the speed of the machine shaft exceeds the speed the fan shaft exceeds. At the same time, the drive is generated by separate means of the fan is interrupted by the fan motor. In the lower speed range of the zu the ventilating machine, the fan is operated as an external fan, while the Fan works as a self-fan in the upper speed ranges of the machine; different expressed, both for external ventilation and for self-ventilation of the The same fan is used in the machine. The arrangement according to the invention has the advantage that the electrical machine to be ventilated is in the lower speed range is relieved of fan losses and has sufficient external ventilation; in the upper speed range however, intensive cooling takes place, so that the machine is also in the upper Speed range can be fully exploited.

Die Unterbrechung des Antriebes des Lüfters durch den Lüftermotor kann durch eine drehzahlabhängige Schaltvorrichtung vorgenommen werden, die den Lüftermotor vom speisenden Netz abschaltet, wenn die Drehzahl der Maschinenwelle die Drehzahl der Lüfterwelle überschreitet. Es kann aber zur Unterbrechung des Antriebes des Lüfters durch den Lüftermotor zwischen der Lüfterwelle und der Welle des Lüftermotors auch eine weitere drehzahlabhängige Kupplung angeordnet werden.The interruption of the drive of the fan by the fan motor can be made by a speed-dependent switching device that the The fan motor switches off from the supply network when the speed of the machine shaft the speed of the fan shaft exceeds. But it can interrupt the drive of the fan by the fan motor between the fan shaft and the shaft of the fan motor a further speed-dependent clutch can also be arranged.

Sowohl die zwischen der Welle der zu belüftenden Maschine und der Lüfterwelle angeordnete drehzahlabhängige Kupplung als auch die gegebenenfalls zwischen der Lüfterwelle und der Welle des Lüftermotors vorgesehene drehzahlabhängige Kupplung können beispielsweise als mechanischer Freilauf, als Fliehkraftkupplung oder als in gleicher Weise wirkende Schaltkupplung ausgebildet werden.Both those between the shaft of the machine to be ventilated and the Fan shaft arranged speed-dependent clutch as well as optionally between The speed-dependent coupling provided for the fan shaft and the shaft of the fan motor can for example as a mechanical freewheel, as a centrifugal clutch or as can be formed acting in the same way clutch.

An Hand der schematischen Darstellungen der Fig. 1 bis 4 sei die Anordnung gemäß der Erfindung erläutert.The arrangement is based on the schematic representations of FIGS. 1 to 4 explained according to the invention.

In Fig. 1 ist die Welle des Drehstromnebenschlußmotors 1 mit der Welle des Lüfters 2 über den mechanischen Freilauf 3 verbunden. Zwischen der Welle des Lüftermotors 4 und der Welle des Lüfters 2 ist der mechanische Freilauf 5 angeordnet. Bei dieser Anordnung wird der Lüfter 2 jeweils von dem schneller laufenden Motor mitgenommen. Liegt also die Drehzahl des Drehstromnebenschlußmotors 1 unter der Drehzahl des Lüftermotors 4, so wird der Lüfter 2 vom Lüftermotor 4 angetrieben. Überschreitet jetzt die Drehzahl des Drehstromnebenschlußmotors 1 die während des Betriebes konstante Drehzahl des Lüftermotors 4, so wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lüfter 2 und dem Lüftermotor 4 gelöst und der Lüfter 2 vom Drehstromnebenschlußmotor 1 angetrieben, so daß der im unteren Drehzahlbereich als Fremdlüfter arbeitende Lüfter 2 im oberen Drehzahlbereich des Drehstromnebenschlußmotors 1 als Eigenlüfter arbeitet. Die Anordnung der Fig.2 unterscheidet sich von der Anordnung der Fig. 1 dadurch, daß die Welle des Lüftermotors 4 fest mit der Welle des Lüfters 2 verbunden ist. Zur Unterbrechung des Antriebes des Lüfters 2 durch den Lüftermotor 4 ist hierbei die drehzahlabhängige Schaltvorrichtung 6 vorgesehen, die den Lüftermotor 4 vom speisenden Netz abschaltet, wenn die Drehzahl des Drehstromnebenschlußmotors 1 die Drehzahl des Lüftermotors 4 überschreitet. Die drehzahlabhängige Schaltvorrichtung 6 kann mit Hilfe eines Fliehkraftschalters, eines Drehzahlgebers oder auch in Abhängigkeit von der Bürstenverstellung betätigt werden.In Fig. 1, the shaft of the three-phase bypass motor 1 is with the shaft of the fan 2 connected via the mechanical freewheel 3. Between the wave of the Fan motor 4 and the shaft of fan 2, the mechanical freewheel 5 is arranged. In this arrangement, the fan 2 is each of the faster running motor taken away. So if the speed of the three-phase bypass motor 1 is below the Speed of the fan motor 4, the fan 2 is driven by the fan motor 4. If the speed of the three-phase shunt motor 1 now exceeds the during the If the fan motor 4 operates at a constant speed, the non-positive connection is established between the fan 2 and the fan motor 4 released and the fan 2 from the three-phase shunt motor 1 driven so that the working fan in the lower speed range Fan 2 in the upper speed range of the three-phase shunt motor 1 as an internal fan is working. The arrangement of Figure 2 differs from the arrangement 1 in that the shaft of the fan motor 4 is fixed to the shaft of the fan 2 is connected. To interrupt the drive of fan 2 by the fan motor 4, the speed-dependent switching device 6 is provided, which controls the fan motor 4 disconnects from the supply network if the speed of the three-phase shunt motor 1 exceeds the speed of fan motor 4. The speed-dependent switching device 6 can be done with the help of a centrifugal switch, a speed sensor or as a function operated by the brush adjustment.

Die in der Fig.3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung der Fig. 1 dadurch, daß die Welle des Drehstromnebenschlußmotors 1 mit der Welle des Lüfters 2 statt über einen mechanischen Freilauf über die Fliehkraftkupplung 7 verbunden sind. Es ist aber auch möglich, statt einer solchen Fliehkraftkupplung eine Magnetkupplung oder eine in gleicher Weise wirkende Schaltkupplung vorzusehen. Diese Kupplungen können dann mit Hilfe eines Fliehkraftschalters, eines Drehzahlgebers oder auch in Abhängigkeit von der Bürstenverstellung betätigt werden.The arrangement shown in Figure 3 differs from that Arrangement of Fig. 1 in that the shaft of the three-phase shunt motor 1 with the shaft of the fan 2 instead of a mechanical freewheel via the centrifugal clutch 7 are connected. But it is also possible instead of such a centrifugal clutch provide a magnetic coupling or a clutch that acts in the same way. These clutches can then with the help of a centrifugal switch, a speed sensor or can be operated depending on the brush adjustment.

Läßt man bei der Anordnung der Fig. 3 den mechanischen Freilauf 5 fort und sieht statt dessen zum Abschalten des Lüftermotors 4 die drehzahlabhängige Schaltvorrichtung 6 der Fig. 2 vor, so ergibt sich die in der Fig. 4 dargestellte Anordnung. Da hierbei mechanische Freiläufe vermieden sind, ist diese Anordnung für Drehstromnebenschlußmotoren geeignet, die in beiden Drehrichtungen umlaufen müssen. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, daß der Lüftermotor 4 bei Drehrichtungsänderungen des Drehstromnebenschlußmotors 1 umgepolt wird.If one leaves the mechanical freewheel 5 in the arrangement of FIG continues and instead sees the speed-dependent switching off of the fan motor 4 Switching device 6 of FIG. 2, then that shown in FIG. 4 results Arrangement. Since this avoids mechanical freewheels, this arrangement is suitable for three-phase shunt motors that rotate in both directions of rotation have to. In this case, however, it is necessary that the fan motor 4 at Changes in the direction of rotation of the three-phase shunt motor 1 is reversed.

Verwendet man bei der Anordnung der Fig.4 an Stelle der Fliehkraftkupplung 7 beispielsweise eine Magnetkupplung oder eine andere in gleicher Weise wirkende Schaltkupplung, so kann man zusätzlich eine Betätigung dieser Kupplung und der Schaltvorrichtung 6 in Abhängigkeit von der Temperatur des Drehstromnebenschlußmotors 1 vorsehen. Diese temperaturabhängige Beeinflussung kann dann derart ausgestaltet werden, daß beim Überschreiten der Lüfterdrehzahl durch die Drehzahl des Drehstromnebenschlußmotors 1 eine Umschaltung auf Eigenbelüftung zunächst unterbleibt, bis die Temperatur des Drehstromnebenschlußmotors 1 einen vorgegebenen Wert überschreitet.Is used in the arrangement of Fig. 4 instead of the centrifugal clutch 7, for example, a magnetic coupling or another acting in the same way Clutch, you can also actuate this clutch and the switching device 6 depending on the temperature of the three-phase shunt motor 1. This temperature-dependent influence can then be designed in such a way that when the fan speed is exceeded by the speed of the three-phase shunt motor 1 a switchover to self-ventilation does not take place until the temperature of the Three-phase shunt motor 1 exceeds a predetermined value.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ist besonders für oberflächengekühlte Maschinen geeignet, läßt sich aber auch für durchzugbelüftete Maschinen anwenden. Der bei der Anordnung gemäß der Erfindung im unteren Drehzahlbereich der zu belüftenden Maschine als Fremdlüfter und im oberen Drehzahlbereich der Maschine als Eigenlüfter arbeitende Lüfter kann an die zu belüftende Maschine angebaut werden. Zweckmäßigerweise wird er jedoch in an sich bekannter Weise in die Maschine eingebaut, wie es an Hand der Fig. 5 eines oberflächenbelüfteten Drehstromnebenschlußmotors dargestellt ist. Der Lüfter 2 dieser Maschine, der durch den Lüftermotor 4 angetrieben wird, ist als Radiallüfter mit geraden Lüfterschaufeln ausgestattet und kann daher unabhängig von der Drehrichtung arbeiten. Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Beispiel sind die Lüfterschaufeln so ausgebildet, daß der Lüfter sowohl als Außenlüfter als auch als Innenlüfter arbeitet.The arrangement according to the invention is particularly for surface-cooled Suitable for machines, but can also be used for through-ventilated machines. In the arrangement according to the invention in the lower speed range of the to be ventilated Machine as an external fan and in the upper speed range of the machine as an internal fan working fan can be attached to the machine to be ventilated. Appropriately however, it is installed in the machine in a manner known per se, as is done on hand 5 of a surface-ventilated three-phase shunt motor is shown. The fan 2 of this machine, which is driven by the fan motor 4, is equipped as a radial fan with straight fan blades and can therefore be operated independently work from the direction of rotation. In the example shown in FIG the fan blades are designed so that the fan as an external fan as well works as an internal fan.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for ventilating an electrical machine, the speed of which fluctuates within wide limits during operation, the intended fan being driven by a special fan motor, in particular an arrangement for ventilating a three-phase shunt motor, characterized in that between the shaft of the machine to be ventilated (1) and the shaft of the separately driven fan (2) a speed-dependent coupling (3, 7) is arranged, which connects the machine shaft with the fan shaft in a non-positive manner when the speed of the machine shaft exceeds the speed of the fan shaft, with the drive being driven by separate means of the fan (2) is interrupted by the fan motor (4).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that between the fan shaft and the shaft of the fan motor (4) another speed-dependent coupling (5) is arranged.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the speed-dependent clutch is designed as a mechanical freewheel (3).

4th Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the speed-dependent Coupling is designed as a centrifugal clutch (7).

5. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the speed-dependent clutch is a magnetic clutch is trained.

6. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the speed-dependent clutch as a clutch to be actuated by an external force is trained.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the speed-dependent clutch with a centrifugal switch, a speed sensor or is operated depending on the brush adjustment. B.

Arrangement according to Claim 5 or 6, characterized in that the speed-dependent clutch is additionally is influenced depending on the temperature of the machine to be ventilated.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that by the additional temperature-dependent influence of the speed-dependent clutch the engagement the clutch at a machine speed above the fan speed takes place when the temperature of the machine to be ventilated is a predetermined one Value exceeds.

10. Arrangement according to claim 1 or 9, characterized in that that when engaging the speed-dependent clutch between the fan shaft and the machine shaft of the fan motor (4) by a speed-dependent switching device (6) is switched off, which may also depend on the temperature of the ventilated Machine is affected.

11. Arrangement according to claim 1, 2 or 10, characterized in that that the fan motor (4) changes in the direction of rotation of the electrical to be ventilated The polarity of the machine (1) is reversed. Publications considered: German Patent Specifications @Tr. 539 281, 556 173, 704 030, 724 957; Swiss patent specification No. 146 670