DD273923A1

DD273923A1 - LIQUID-COOLED HOUSING FOR AN ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: DD273923A1
Application number: DD31758888A
Authority: DD
Inventors: Juergen Ruehle; Uwe Bernau; Tino Noll
Original assignee: Werkzeugmasch Okt Veb
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1989-11-29

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gehaeuse eines Elektromotors so auszufuehren, dass unter Einbeziehung eines gleichmaessig verteilten Kuehlmittelstromes im Bereich einer hoeheren Waermeentwicklung eine erhoehte Waermeabfuhr gewaehrleistet ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die vom Kuehlmittel durchflossenen Labyrinthzonen A 1, A 2; B 1; B 2 an den Einflussoeffnungen 9; 10 der Lagerdeckel 7; 8 beginnen und an der Abflussoeffnung 15 enden. Im Bereich der Wickelkoepfe 2; 3 sind die Labyrinthzonen A 1 B 1 mit Turbolenznoppen 19 versehen und kleiner als die Labyrinthzonen A 2; B 2. Von den Lagerdeckeln 7; 8 erfolgt der Ueberlauf 11; 13/12; 14 der Kuehlfluessigkeit in die Labyrinthzonen des Kuehlmantels 4. Fig. 1The invention is based on the object, the housing of an electric motor auszufuehren that with the inclusion of a uniformly distributed coolant flow in the region of higher heat development an increased heat removal is gewaehrleistet. According to the invention, the object is achieved by the fact that the labyrinth zones A 1, A 2; B 1; B 2 at the influence openings 9; 10 of the bearing cap 7; 8 start and end at the drain opening 15. In the area of the winding core 2; 3, the labyrinth zones A 1 B 1 are provided with turbulence nubs 19 and smaller than the labyrinth zones A 2; B 2. From the bearing caps 7; 8, the overflow 11 takes place; 13/12; 14 of the cooling liquid in the labyrinth zones of the cooling jacket 4. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung ist anwendbar für einen flüssigkeitsgekühlten Elektromotor für den Einsatz in Baugruppen mit hoher Temperaturempfindlichkeit, niedrigem Geräuschpegel und hoher Schwinggüte.The invention is applicable to a liquid-cooled electric motor for use in assemblies having high temperature sensitivity, low noise level and high vibration quality.

Characteristic of the known state of the art

Im Präzisions- und Werkzeugmaschinenbau erfüllen flüssigkeitsgekühlte Elektromotore in hohem Maße die Anforderungen nach einer hohen Schwinggüte, eines niedrigen Geräuschpegels und einer hohen Temperaturkonstanz zu den benachbarten Baugruppen.In precision engineering and machine tool manufacturing, liquid-cooled electric motors meet to a high degree the requirements for high vibration quality, a low noise level and a high temperature stability to the neighboring assemblies.

Der flüssigkeitsgekühlte Elektromotor gestattet eine vielfältigere und engere Einbeziehung des Elektroantriebes in Gestellbaugruppen mit hohen mechanischen und thermischen Steifigkeits- und Genauigkeitsanforderungen, da Verformungen der Baugruppen durch Abwärme vermieden werden und die höhere Schwinggüte dieser Motoren den Laufgüteforderungen,The liquid-cooled electric motor allows a more diverse and closer involvement of the electric drive in frame assemblies with high mechanical and thermal stiffness and accuracy requirements, since deformations of the assemblies are avoided by waste heat and the higher vibration quality of these engines the Laufgüteforderungen,

z. B. von Spindelantrieben, besser genügen.z. B. of spindle drives, better meet.

Bekannte Ausführungen flüssigkeitsgekühlter Motore mit Kühlkanälen in der Statorbaugruppe besitzen den Nachteil, daß sich verhältnismäßig starke Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Zonen der Statorbaugruppe einstellen. Der äußere Statorbereich erfährt durch seine direkte Anlage mit dem Kühlmaterial eine stärkere Kühlung als die Wicklungsköpfe und die inneren Statorbereiche, die einer höheren Wärmebelastung unterliegen.Known designs of liquid-cooled motors with cooling channels in the stator assembly have the disadvantage that relatively high temperature differences occur between the various zones of the stator assembly. The outer stator region undergoes greater cooling than the winding heads and the inner stator regions, which are subject to a higher heat load due to its direct contact with the cooling material.

In der DE-OS 2256142 wird der aus diesem Nachteil resultierende Mangel durch einen inneren Luftkühlkreis um die Wicklungsköpfe erschlossen. Dazu besitzen die Lagerdeckel mit Löchern versehene ringförmige Ansätze, die mit dem Stator z. B.In DE-OS 2256142, the defect resulting from this disadvantage is developed by an inner air cooling circuit around the winding heads. For this purpose, the bearing caps have holes provided with annular projections, which are connected to the stator z. B.

durch Schweißen fest verbunden sind, so daß im Bereich der Wicklungsköpfe ein Hohlraum entsteht, in dem eine definierte Luftzirkulation mit Wärmeaustausch zum flüssigkeitsgekühlten Motorgehäuse staatfinden kann.are firmly connected by welding, so that a cavity is formed in the region of the winding heads, in which a defined air circulation with heat exchange to the liquid-cooled motor housing state can find.

Der Nachteil der genannten Lösung besteht in dem Aufbau des Kühlmittelumlaufes. In dem den Stator umschließenden Kühlmantel fließt die Kühlflüssigkeit von einer zur anderen Lagerseite. Der eigene Kühlmittelumlauf der Lagerdeckel beginnt ebenfalls an der einen Lagerseite und führt über den Kühlmantel zum anderen Lagerdeckel, so daß die abtransportierte Wärmemenge des Bereiches um die Eintrittsöffnung und damit an dem einen Wicklungskopf höher ist als die des sich im Bereich der Austrittsöffnung befindlichen Wickelungskopfes. Dadurch entsteht ein Temperaturgefälle innerhalb des Motors von einer LagersBite zur anderen, was zu einer Einschränkung der Vorteile eines flüssigkeitsgekühlten Motors führt. Es ergibt sich daraus eine ungleichmäßige Restwärmeabstrahlung des Motors an die Umgebung, woraus eine unsymmetrische Verformung der angrenzenden Gestellbauteile resultiert.The disadvantage of the solution mentioned consists in the structure of the coolant circulation. In the cooling jacket surrounding the stator, the cooling liquid flows from one to the other bearing side. The own coolant circulation of the bearing cap also begins at the one bearing side and leads over the cooling jacket to the other bearing cap, so that the transported heat amount of the area around the inlet opening and thus at the one winding head is higher than that located in the region of the outlet opening winding head. This creates a temperature gradient within the engine from one LagersBite to another, limiting the benefits of a liquid-cooled engine. This results in an uneven residual heat radiation of the engine to the environment, resulting in an asymmetrical deformation of the adjacent frame components.

Die Gestaltung.der Lagerstelle weist auf Grund ihrer in axialer Richtung weit auseinanderliegenden Abstützstellen im Lagerdeckel und am Stator eine geringere radiale Steife auf, was bei höheren äußeren dynamischen Belastungen des gesamten Motors, z. B. bei dessen Befestigung auf einem schnell bewegten Hubschlitten, zu Einschränkungen der Laufgüte führt. Des weiteren bedingt die Befestigung der Lagerstelle am Stator, z. B. durch Schweißen, einen höheren Fertigungs- und Montageaufwand.The Gestaltung.der bearing point has due to their axially far wide support points in the bearing cap and the stator to a lower radial stiffness, resulting in higher external dynamic loads of the entire engine, z. As in its attachment to a fast-moving lifting leads to restrictions on the running quality. Furthermore, the attachment of the bearing on the stator, z. B. by welding, a higher manufacturing and assembly costs.

Die Abdichtung der Kühlflüssigkeit im Lagerdeckel zum Inneren und zur äußeren Umgebung des Motors durch Ringe aus elastischem Material stellt ein Verschleißteil dar und kann zu Leck- und damit zu Sicherheitsverlusten führen.The sealing of the coolant in the bearing cap to the inside and to the outside of the engine by rings of elastic material is a wearing part and can lead to leaks and thus safety losses.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, einen flüssigkeitsgekühlten Motor in seinen technischen Eigenschaften zu verbessern.It is an object of the invention to improve a liquid-cooled engine in its technical properties.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gehäuse eines Motors der eingangs genannten Art so auszuführen, daß unter Einbeziehung eines gleichmäßig verteilten Kühlmittelstromes im Bereich einer höheren Wärmeentwicklung eine erhöhte Wärmeabfuhr gewährleistet ist und daß durch die Ausführung der Gehäusebaugruppe eine hohe mechanische und thermische Steife erzielt wird.The invention has for its object to perform the housing of an engine of the type mentioned above, that with the inclusion of a uniformly distributed coolant flow in the region of higher heat development increased heat dissipation is ensured and that a high mechanical and thermal stiffness is achieved by the design of the housing assembly ,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die vom Kühlmittel durchflossenen Labyrinthzonen der Lagerdeckel und des Kühlmantels jeweils an den Einflußöffnungen der Lagerdeckel beginnen und über die Überlauföffnungen der Lagerdeckel zu den jeweils am äußeren Anfang der Endseiten des Kühlmantels angeordneten Einflußöffnungen führen und in der in der Mitte des Kühlmantels angeordneten Abflußöffnung enden. Die Labyrinthzonen kleineren Durchschnittquerschnittes sind im Bereich der Winkelköpfe angeordnet. Im Bereich der kleineren Labyrinthzonen sind Turbolenznoppen angeordnet. Der Kühlmantel und die Lagerdeckel bilden in sich geschlossene flüssigkeitsdichte Durchflußsektionen.According to the invention, this object is achieved in that the flowed through by the coolant labyrinth zones of the bearing cap and the cooling jacket each begin at the influence openings of the bearing cap and lead over the overflow openings of the bearing cap to the respective outer end of the end faces of the cooling jacket arranged influence openings and in the middle of the cooling jacket arranged discharge opening. The labyrinth zones of smaller average cross section are arranged in the area of the angle heads. Turbulence nubs are arranged in the area of the smaller labyrinth zones. The cooling jacket and the bearing caps form self-contained liquid-tight flow-through sections.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: Hauptansicht des Motors in Schnittdarstellung Fig.2: Ansicht des Lagerdeckels (Schnitt A-A).Fig. 1: Main view of the engine in a sectional view Fig.2: View of the bearing cap (section A-A).

Der Stator 1 mit seinen Wicklungsköpfen 2 und 3 ist fest am Kühlmantel 4 angeordnet. Der Kühlmantel 4 besitzt zwei durch verbundene Ringnuten gebildete Labyrinthzonen A1-A2; B1-B2, die symmetrisch von den an den beiden Endseiten des Kühlmantels 4 angeordneten Einflußöffnungen 13 und 14zu der gemeinsamen Ausflußöffnung 15 führen.The stator 1 with its winding heads 2 and 3 is fixedly arranged on the cooling jacket 4. The cooling jacket 4 has two labyrinth zones A1-A2 formed by connected annular grooves; B1-B2, which lead symmetrically from the arranged at the two end sides of the cooling jacket 4 influence openings 13 and 14 to the common outflow opening 15.

An den beiden Endseiten des Kühlmantels 4 befinden sich die Lagerdeckel 7 und 8. In diesen sind Labyrinthzonen A1-A2 oder B1-B2 von den Einflußöffnungen 9 bzw. 10 als eine äußere und eine verbundene innere Ringnut ausgebildet. Die Einflußöffnungen 9 bzw. 10 sind der äußeren Ringnut A1 bzw. B1 zugeordnet. Die Überlauföffnungen 11 und 12 der Lagerdeckel 8 und 7 sind mit den Einflußöffnungen 13 bzw.14des Kühlmantels 4 verbunden, so daß der Kühlmittelumlauf von den beiden Lagerdeckeln 7 und 8 zur Mitte des Kühlmantels 4 führt.At the two end sides of the cooling jacket 4 are the bearing caps 7 and 8. In these labyrinth zones A1-A2 or B1-B2 are formed by the influence openings 9 and 10 as an outer and a connected inner annular groove. The influence openings 9 and 10 are associated with the outer annular groove A1 and B1. The overflow openings 11 and 12 of the bearing caps 8 and 7 are connected to the influence openings 13 or 14 of the cooling jacket 4, so that the coolant circulation from the two bearing caps 7 and 8 leads to the center of the cooling jacket 4.

Die so gebildeten Labyrinthzonen A1-A2 und B1-B 2 der gesamten Kühlummantelung weisen in den Bereichen der Wicklungsköpfe 2; 3, in den Labyrinthzonen A1 und B1 gegenüber den übrigen Labyrinthzonen A2 und B2 zusätzlich Turbolenznoppen 19 auf.The labyrinth zones A1-A2 and B1-B 2 thus formed of the entire cooling jacket have in the areas of the winding heads 2; 3, in the labyrinth zones A1 and B1 with respect to the other labyrinth zones A2 and B2 additionally turbulence nubs 19 on.

In den Lagerdeckeln 7 und 8 befinden sich die Wälzlager 17 bzw. 16, die die mit dem Rotor 5 verbundene Welle 6 aufnehmen. Der Rotor 5 besitzt eigene Lüfterflügel 18. Die Lagerdeckel 7 und 8 besitzen Zentrierungen, mit denen der Kühlmantel 4 und damit der Stator 1 lagebestimmt gegenüber dem Rotor 5 angeordnet wird. Der Kühlmantel 4 und die Lagerdeckel 7 und 8 bilden in sich geschlossene und flüssigkeitsdichte Durchflußsektionen.In the bearing caps 7 and 8 are the rolling bearings 17 and 16, which receive the shaft 6 connected to the rotor 5. The rotor 5 has its own fan blades 18. The bearing caps 7 and 8 have centerings, with which the cooling jacket 4 and thus the stator 1 positionally arranged relative to the rotor 5 is arranged. The cooling jacket 4 and the bearing caps 7 and 8 form self-contained and liquid-tight flow sections.

Die Wirkungsweise der Kühlung des Motors ist folgende:The mode of operation of the cooling of the engine is the following:

Beim Drehen des Rotors 5 mit der Welle 6 erzeugen die Lüfterflügel 18 einen Luftstrom, der die Wärme der Wicklungsköpfe 2 und 3 an die Labyrinthzonen A1 und B1 führt.When rotating the rotor 5 with the shaft 6, the fan blades 18 generate an air flow, which leads the heat of the winding heads 2 and 3 to the labyrinth zones A1 and B1.

Die Kühlflüssigkeit tritt gleichzeitig an den Einflußöffnungen 9 und 10 der Lagerdeckel 7 und 8 ein, fließt über die äußere Ringnut der Labyrinthzone A1 bzw. B1 in die innere Ringnut der Labyrinthzone A2 bzw. B 2. Durch die Gestaltung der Labyrinthzonen A1 bzw. B1, die durch die zusätzlichen Turbolenznoppen 19 gekennzeichnet sind, erfolgt in diesen Bereichen gegenüber den Labyrinthzonen A2 bzw. B2 eine erhöhte Wärmeübergabe an das Kühlmittel.The cooling liquid enters the influence openings 9 and 10 of the bearing caps 7 and 8 at the same time, flows via the outer annular groove of the labyrinth zone A1 or B1 into the inner annular groove of the labyrinth zone A2 or B2. By designing the labyrinth zones A1 and B1, which are characterized by the additional turbulence nubs 19, takes place in these areas compared to the labyrinth zones A2 and B2, an increased heat transfer to the coolant.

Durch die Überlauföffnungen 11 und 12 der Lagerdeckel 7 und 8 fließt das Kühlmittel über die Einflußöffnungen 13 und 14 in den Kühlmantel 4. Dabei führt die Flußrichtung des Kühlmittels jeweils von den Lagerseiten über ein Labyrinth zur Mitte des Kühlmantels 4, zur gemeinsamen Ausflußöffnung 15 und durchfließt so in den Bereichen der Wicklungsköpfe 2 und3 die Labyrinthzonen A1 bzw. B1 mit erhöhter Wärmeübergabe an das Kühlmittel und in den übrigen Bereichen die Labyrinthzonen A2 bzw. B2.Through the overflow openings 11 and 12 of the bearing cap 7 and 8, the coolant flows through the influence openings 13 and 14 in the cooling jacket 4. The flow direction of the coolant in each case from the bearing sides via a labyrinth to the center of the cooling jacket 4, the common outflow opening 15 and flows through so in the areas of the winding heads 2 and 3, the labyrinth zones A1 and B1 with increased heat transfer to the coolant and in the other areas the labyrinth zones A2 and B2.

Durch die Zentrierung des Lagerdeckels an den inneren Durchmessern des Kühlmantels ergibt sich eine hohe mechanische Steife des Bauteiles und eine zusammenhängende Anordnung der Labyrinthzonen der Lagerdeckel mit dem Kühlmantel. Die Ausbildung der Labyrinthzonen hinsichtlich ihrer Größe und Anordnung zu den abzuführenden Wärmemengen sowie der Überlauf des Labyrinthes von den Lagerdeckeln zu dem Kühlmantel ist konstruktiv einfach zu lösen.The centering of the bearing cap on the inner diameters of the cooling jacket results in a high mechanical stiffness of the component and a contiguous arrangement of the labyrinth zones of the bearing cap with the cooling jacket. The formation of the labyrinth zones in terms of their size and arrangement to the dissipated amounts of heat and the overflow of the labyrinth of the bearing caps to the cooling jacket is structurally simple to solve.

Durch den beidseitigen Einlaß des Kühlmittels an den Lagerdeckeln und den symmetrischen Durchfluß des Kühlmittels zum Auslaß sowie durch die angepaßte Gestaltung der Labyrinthzonen im Bereich der Wicklungsköpfe wird der unterschiedlichen Wärmeentwicklung in den Bereich des Elektromotors Rechnung getragen und damit eine hohe thermische Steife erziehlt.By the two-sided inlet of the coolant to the bearing caps and the symmetrical flow of the coolant to the outlet and by the adapted design of the labyrinth zones in the region of the winding heads of different heat development in the field of the electric motor is taken into account and thus erziehlt a high thermal stiffness.

Die hohe mechanische Steife des Bauteiles in Verbindung mit der geschlossenen flüssigkeitsdichten Gestaltung ergibt außerdem den Vorteil einer hohen Laufgüte und eines geringen Lärmpegels.The high mechanical stiffness of the component in conjunction with the closed liquid-tight design also gives the advantage of a high running quality and a low noise level.

Claims

1. A liquid-cooled housing for an electric motor with a cooling jacket through which a coolant flows, for a stator, a rotor shaft and two associated liquid-cooled bearing caps, characterized in that the labyrinth zones (A1-A2, B1-B2) of the bearing cap (7) flow through the coolant 8) and the cooling jacket (4) respectively at the influence openings (9; 10) of the bearing cover (7; 8) begin, via the overflow openings (11; 12) of the bearing cap (7; 8) to the respective outer periphery of the Leading end sides of the cooling jacket (4) arranged influence openings (13; 14) and in the middle of the cooling jacket (4) arranged common discharge opening (15) terminate, the labyrinth zones (A 1, B1) in the winding heads (2 ) of the stator (1) are arranged and additionally have turbulence nubs (19).

2. Liquid-cooled housing according to claim!, Characterized in that the cooling jacket (4) and the bearing cap (7; 8) constitute self-contained, liquid-tight flow-through sections.