<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen gehäuselosen Elektromotor mit einem als Stator oder Rotor ausge- bildeten Blechpaket, wobei das Blechpaket mit Kanälen zur Führung eines Kühlmediums ausgeführt ist.
Üblicherweise werden flüssigkeitsgekühlte Elektromotoren mit einem Gehäuserohr und einem Gehäusemantel ausgebildet, wobei zwischen Gehäuserohr und Gehäusemantel Kühlflüssigkeit geführt wird. Dieses System hat den Nachteil, dass das Elektroblech und die Statorwicklung relativ weit vom Kühlmedium entfernt ist und eine unzureichende Kühlung erfährt.
Ein Elektromotor der angegebenen Art ist beispielsweise aus der EP 503 093 A1 bekannt, wobei eine Dichtheit der Kühlkanäle durch Bolzen erzielt wird, welche die Statorbleche zusam- menhalten. Die Verbindungsbolzen befinden sich innerhalb des Magnetkreises und können daher zusätzliche Eisenverluste hervorrufen.
Auch die US 4 745 314 A zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Motor, bestehend aus Kanälen im Stator, wobei die Statorbleche durch Bolzen, die in den Kühlkanälen geführt werden, gehalten werden.
In der Ausführungsform einer Motorkühlung gemäss der DD 47 234 A werden die Kühlkanäle durch hohl ausgebildete Zugbolzen realisiert.
Die US 4 745 320 A zeigt einen Motor mit Kühlkanälen im Stator, durch die mit Hilfe eines mit der Achse des Motors verbundenen Ventilators Luft gefördert wird. Das Blechpaket ist mit Hilfe von Stangen, welche in Nuten an der Aussenseite des Stators angeordnet sind, zusammengehalten.
Zur Reduktion der Eisenverluste bestehen die Verbindungselemente aus nicht magnetischem Material.
Die US 3 253 171 A zeigt eine elektrische Maschine, bestehend aus einem Blechpaket, wel- ches mit Hilfe von in Nuten an der Aussenseite eingesetzten Stangen zusammengehalten wird.
Aus der DE 596 011C ist ein Blechpaket für elektrische Maschinen bekannt, welches mit Hilfe eines doppel-T-förmigen Blechstreifens zusammengehalten wird.
Ein Verfahren zur Herstellung geklebter Blechpakete ist auch aus der DE 1 064 617 A bekannt, bei dem eine Verstärkungsschiene in Form eines nach aussen offenen U-Profils in eine Nut des Blechpakets eingebracht wird, welche in Längsrichtung über das Blechpaket hinausragt und gleich- zeitig als Spannband dienen kann.
Schliesslich sind aus der DD 220 465 A1 und der DE 602 094 A U-förmige Pressklammern bekannt, mit denen Blechpakte für gehäuselose Elektromotoren zusammengehalten werden kön- nen. Derartige U-förmige Pressklammern haben den Vorteil einer einfacheren Montage.
Die CH 648 440 A5 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine, bei dem unter Verwendung von Radialventilatoren ein Kühlluftstrom in einem besonderen Weg zur optima- len Kühlung der Statorwickelköpfe geführt wird. Im Stator selbst sind keine Kühlkanäle vorhanden, weshalb eine nur unzureichende Kühlung möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von Massnahmen, durch welche der angeführte Nach- teil beseitigt werden kann und ausserdem die Leistung des Motors bei gleichem Aussendurchmesser gegenüber den zuvor erwähnten bekannten Motoren gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Blechpaket zwischen endseiti- gen Abdeckblechen durch mindestens zwei an sich bekannte, in Winkelabständen angeordnete U-förmige Pressklammern, welche auf das Blechpaket aufgesetzt sind, zusammengespannt ist, dass mindestens ein Blech der endseitigen Bleche des Blechpaketes mit Schlitzen versehen ist, welche mindestens zwei Kanäle der innenseitig anschliessenden Bleche des Blechpaketes verbinden und als Umlenkkanal dienen, wobei die geschlitzten Bleche aussenseitig durch ungeschlitzte Bleche abgedeckt sind, welche einen Teil des Blechpakets bilden. Dadurch wird eine optimale Kühlung des Motors bei gleichzeitigem einfachem Aufbau erzielt.
Die verwendeten an sich bekannten U-förmigen Pressklammern zum Zusammenhalten des Blechpakets liegen ausserhalb der magneti- schen Feldlinien und können daher aus magnetischem Material, wie Stahl, hergestellt sein. Die im Blechpaket enthaltenen Kanäle können konzentrisch um die Drehachse des Rotors und in gleichen Winkelabständen angeordnet sein. Ebenso sind mehrere, vorzugsweise zwei, zur Motorachse konzentrische Reihen von Kanälen möglich. Die Kanäle können auch als randseitige Rinnen aus- gebildet sein und durch einen, das Blechpaket umschliessenden Mantel, vorzugsweise aus dünnem Metall, abgedeckt sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Blechpaket an beiden Enden mit je einem
<Desc/Clms Page number 2>
Flansch versehen, in weichen mindestens ein Kanal zur Führung des Kühlmediums von einem Rohr in ein anderes Rohr vorgesehen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Bleche des Blechpaketes zumindest ein- seitig mit Back-Lack beschichtet.
Auch können die Kanäle mit einem thermoplastischen Material, wie z. B. Back-Lack ausgeklei- det sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Kanäle mit einem Rohr aus Kunststoff oder Metall, vorzugsweise Kupfer, ausgekleidet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Blechpaket zwischen endseitigen Abdeck- platten, vorzugsweise Abdeckblechen zusammengespannt, mit welchen die Rohre zur Führung des Kühlmediums verbunden sind.
Wenn die Rohre und die Abdeckbleche aus Kupfer bestehen, können diese durch Verschwei- #en miteinander verbunden werden.
Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt sind. Es zeigen : 1 bis 3 je einen Längsquerschnitt einer Hälfte eines Elektromotors der erfindungsgemässen Bauart, Fig. 4 einen Querschnitt des Motors nach der Linie IV-IV der Fig. 2, wobei die Nuten für die Wicklungen der Einfachheit weggelassen wurden, Fig. 5 einen ähnlichen Querschnitt einer zweiten Ausfüh- rungsform des Blechpaketes, Fig. 6 einen ähnlichen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des Blechpaketes, Fig. 7 des aussenseitigen Endes eines Blechpaketes mit einer weiteren Ausbildungs- form der Nut zur Führung des Kühlmittels, Fig. 8 die Seitenansicht eines Teiles eines Bleches des Blechpaketes, Fig.
9 die Seitenansicht eines Teiles eines Bleches des Blechpaketes innen anschliessend an das endseitige Blech und Fig. 10 die Seitenansicht eines Teiles eines Bleches des Blechpaketes am Ende desselben.
Der Motor nach den Fig. 1 bis 3 besteht aus einem Stator 1 und einem Rotor 2. Der Stator 1 besteht aus einem Blechpaket 3 mit einem Kranz von Nuten 4, welche am Innenumfang des Blechpaketes in Winkelabständen in Längsrichtung konzentrisch zur Rotorachse angeordnet sind und zur Aufnahme von Wicklungen 5 dienen. Der Stator 1 bzw. das Blechpaket 3 ist gehäuselos, wobei die Bleche des Blechpaketes 3 zumindest einseitig mit Back-Lack beschichtet sind und zwischen Abdeckblechen 6 eingespannt sind. Die Abdeckbleche 6 können durch Abdeckplatten aus Kunststoff oder anderem Material ersetzt werden. Die Bleche des Blechpaketes 3 sind mit einem Kranz ausgestanzter Löcher 7 versehen, welche in der Gesamtheit der Bleche jeweils einen Kanal 8 zur Führung eines strömenden Kühlmediums, z. B. Luft, Wasser oder Hydrauliköl ergeben, welcher durch ein Rohr 9, z.
B. aus Metall oder Kunststoff, vorzugsweise aus Kupfer, ausgefüttert ist. Die Rohre 9 sind an ihren Enden mit den Abdeckblechen 6 verbunden, wobei die Verbindung durch Umbördelung der Rohre oder insbesondere bei Kupferrohren und Kupferabdeckblechen durch Schweissen hergestellt sein kann. An jedes der Abdeckbleche 6 schliesst ein Flansch 10 an, welcher mit einem Ring von Kanalabschnitten 11versehen ist, von welchen jeder Abschnitt min- destens zwei aufeinanderfolgende Rohre 9 zur Umlenkung des Kühlmediums von einem in ein anderes Rohr 9 versehen ist.
Die Kanäle 8 können in beliebiger Form, z. B. kreisrund, oval, rechteckig oder elliptisch ausge- führt sein und können auch am äusseren Rand des Blechpaketes 3, wie Fig. 5 zeigt, vorgesehen sein. In letzterem Falle bilden die Kanäle 8 randseitige Rinnen, welche zur Sicherung der Strömung des Kühlmediums von einem dünnen Mantel 13 umschlossen sind, welcher aus beliebigem Werk- stoff, z. B. Kunststoff oder aus Blech bestehen kann. Das Blechpaket einschliesslich der endseitigen Flansche 10 können verschraubt sein. Sie können aber auch, wie die Fig. 3 und 6 zeigen, durch mindestens zwei Pressklammern 12 zusammengespannt sein, welche in Winkelabständen ange- ordnet sind und als U-förmige Teile ausgebildet sind.
Weiters ist es möglich, die Kanalabschnitte 11 in mindestens einem randseitigen Blech des Blechpaketes 3 vorzusehen (Fig. 9) und durch mindestens ein weiteres ungestanztes Blech abzu- decken (Fig. 10), in welchem Fall auch die Flansche 10 allenfalls mit den Abdeckblechen 6 entfal- len können (Fig. 7). Hiebei können in den Blechen die Kanalabschnitte 11, wie Fig. 9 zeigt, so lang sein, dass sie zwei benachbarte Enden der Kanäle 8 verbinden, um die Möglichkeit zu bieten, dass das Kühlmedium aus einem Kanal 8 in den Nachbarkanal umgeleitet wird. Bei der Ausführungs- form nach Fig. 4 ist im linken Viertel eine Ausführungsform angedeutet, bei welcher sechs Enden
<Desc/Clms Page number 3>
der Kanäle 8 durch einen Kanalabschnitt 11zusammengefasst sind.
Der Back-Lack hat eine isolierende und klebende Funktion, wobei die Flansche 10 auch als Pressflansche zum Zusammenpressen des Blechpaketes 3 dienen können. Das Anpressen der Flansche 10 an das Blechpaket 3 bzw. die Abdeckbleche 6 kann anstelle der Klammern 12 mittels Schrauben erfolgen.
Durch den Wegfall eines Motorgehäuses kann bei gleichem Aussendurchmesser des Elektro- motors das Blechpaket einen grösseren Aussendurchmesser als bei üblichen Motoren mit Aussenge- häuse erhalten, wodurch die Leistung des Motors gesteigert werden kann. Durch die Kühlkanäle 8 wird gegenüber den üblichen Elektromotoren mit Aussenkühlung eine bessere Kühlung erzielt, da der Wärmeübergang vom Blechpaket zum Gehäuse wegfällt.
Als weitere Variante können die Rohre 9, vor allem wenn sie aus Kupfer bestehen, in Längsabschnitten unterbrochen sein.
Um die Rohre 9, insbesondere wenn sie aus Kupfer bestehen, an das Blechpaket satt anzu- pressen, kann eine Kugel durch das Rohr 9 durchgezogen werden.
Obwohl jede Art der Führung des Kühlmediums möglich ist, hat sich eine meanderförmige Füh- rung des Kühlmediums von einem in das benachbarte Rohr als zweckmässig erwiesen.
Eine weitere Variante besteht darin, dass Gruppen von Rohren 9 durch einen Kanalabschnitt 11 zusammengefasst werden und das Kühlmedium durch diese Gruppe in einer Richtung und sodann durch eine folgende Gruppe in der anderen Richtung geführt wird. Zu diesem Zwecke sind die Kanalabschnitte 11an beiden Enden des Blechpaketes 3 zueinander winkelversetzt angeordnet.
Weiters besteht die Möglichkeit, dass die Zufuhr des Kühlmediums auf einer Motorseite erfolgt und auf der anderen Motorseite das Kühlmedium abgeführt wird. Hiebei können die auf beiden Seiten des Blechpaketes 3 vorgesehenen ringförmigen Sammelkammern beiderseits, im vorlie- genden Falle oben und unten, durch einen O-Ring abgedichtet werden.
An die beiden Flansche 10 kann auch jeweils ein Lagerschild 15 montiert werden. Hiebei ist es möglich, das Lagerschild 15 allenfalls auf seiner Innenseite mit einem Kühlkanal 16 zu versehen, welcher sich vorzugsweise rund um die Rotorachse erstreckt und eine Zufluss- sowie eine Abfluss- öffnung aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit in den Stromfluss einer Kühlung der Rotorwelle einge- bunden sein kann. Eine derartige Wellenkühlung ist beispielsweise Gegenstand des EP-Patents EP 0 660 492 B1 (A 2610/93). Die Kühlung bringt den Vorteil, dass der Innenring 17 eines Zylinder- rollenlagers 19 zur Lagerung der Rotorwelle 20 gegenüber dem Aussenring 18 des Zylinderrollenla- gers 19 keine unterschiedliche Erwärmung erfährt, wodurch Störungen im Zylinderrollenlager 19 entstehen könnten.
Als Rohre 9 können beispielsweise Thermoplastikrohre verwendet werden, die allenfalls mit Abdeckplatten, statt den Abdeckbleche 6, aus Thermoplastikmaterial verschweisst werden.
Je dünner die Rohre 9, insbesondere Kupferrohre, sind, umso besser ist natürlich auch die Kühlwirkung.
Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, bei ein- oder zweiseitiger Beschichtung der Bleche des Blechpaketes 3, auf die Rohre 9 zu verzichten, da die Beschichtung nach Erwär- mung des Blechpaketes auf ca. 150 bis 160 C die erforderliche Abdichtung der Kanäle 8 sichert.
Schliesslich besteht auch die Möglichkeit, den Back-Lack als Beschichtung der Wand der Kanä- le 8 aufzusprühen. Anstelle von Back-Lack kann auch eine andere thermoplastische Beschichtung vorgenommen werden.
Kupferrohre als Auskleidung der Kanäle 8 haben den Vorteil, dass sie weder rosten noch leck werden.
Wenn Abdeckplatten statt der Abdeckbleche 6 verwendet werden, ist es vorteilhaft die Abdeckplatten aus dem gleichen Material wie die Rohre 9 herzustellen. Es kann aber auch auf die Abdeckplatten verzichtet werden, wenn die Rohre 9 an ihren Enden umgebördelt werden, wodurch dann das Blechpaket 3 zusammen gehalten wird.
Es können auch zwei oder mehrere konzentrische Reihen von Kühlkanälen vorgesehen sein, wobei zweckmässig die Kühlkanäle der einen Reihe zwischen den Kühlkanälen der anderen Reihe angeordnet sein können. Je mehr Kühlrohre vorgesehen sind, umso grösser ist die Wärmeabgabe des Systems, wobei auch der Abstand zwischen den Rohren für die Wärmeabfuhr bedeutungsvoll ist. Dieser Abstand kann z. B. 10 mm betragen.
Schliesslich besteht auch die Möglichkeit, die Kühlkanäle mit verschiedenem Durchmesser zu
<Desc/Clms Page number 4>
versehen. So ist es beispielsweise möglich, den äusseren Kühlkranz mit einem grösseren Durch- messer als den inneren Kühlkranz auszustatten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gehäuseloser Elektromotor mit einem als Stator (1 ) oder Rotor (2) ausgebildeten Blechpa- ket (3), wobei das Blechpaket (3) mit Kanälen (8) zur Führung eines Kühlmediums ausge- führt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (3) zwischen endseitigen
Abdeckblechen (6) durch mindestens zwei an sich bekannte in Winkelabständen angeord- nete U-förmige Pressklammern (12), welche auf das Blechpaket (3) aufgesetzt sind, zusammengespannt ist, dass mindestens ein Blech der endseitigen Bleche (6) des Blech- paketes (3) mit Schlitzen (11) versehen ist, welche mindestens zwei Kanäle (8) der innen- seitig anschliessenden Bleche des Blechpaketes (3) verbinden und als Umlenkkanal die- nen, wobei die geschlitzten Bleche aussenseitig durch ungeschlitzte Bleche abgedeckt sind, welche einen Teil des Blechpaketes (3) bilden.