DE10131114A1

DE10131114A1 - Elektromotor mit Kühlung

Info

Publication number: DE10131114A1
Application number: DE10131114A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hoppe
Original assignee: Siemens Linear Motor Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-23
Also published as: WO2003003544A1

Abstract

Beschrieben wird der Primärteil bzw. Sekundärteil eines Elektromotors, insbesondere eines Linearmotors. Für eine affektive Kühlung des Motorteils wird der Einsatz von Wärmeleitrohren (30) vorgeschlagen, deren eine Enden als Warmzonen in den Kern der Wicklungen (20) eingebracht sind und deren andere Enden als Kaltzonen mit einem Fächerkühler (40) verbunden sind. Beim Einsatz in Sekundärteilen sind die Warmzonen vorzugsweise zwischen Permanentmagneten angeordnet und die Kaltzonen mit einem Fächerkühler verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Elektromotoren mit einem Primärteil, der Wicklungen trägt, und einem Sekundärteil, der mit dem Primärteil zusammenwirkt und Permanentmagnete oder Induktionselemente trägt, wobei die Motoren als rotatorische Motoren oder als Linearmotoren ausgebildet sein können.
Im Betrieb der Motoren entsteht insbesondere im Primärteil Wärme, die nach außen abgeführt werden muß. Dies erfolgt in der Regel durch Wärmeleitung über das Joch des Primärteils, was aber insbesondere bei Hochleistungsmotoren nicht ausreichend ist. Deshalb werden Hochleistungsmotoren häufig mit zusätzlichen Kühleinrichtungen wie Kühlschlangen, durch die ein Kühlmittel transportiert wird, versehen. Gekühlte Sekundärteile wurden ebenfalls vorgeschlagen, da sich diese während des Betriebes ebenfalls aufheizen, sei es durch Wärmeabstrahlung des Primärteils oder durch Wirbelströme, wenn auch nicht im selben Maße wie Primärteile.
Flüssigkeitskühlungen erfordern jedoch einen relativ hohen apparativen Aufwand mit Zu- und Ableitungen und können an dem entsprechenden Motorteil nur an der der Funktionsseite (Wicklungen, Permanentmagnete, Induktionselemente) abgewandten Seite angebracht werden, so daß sich das gesamte Motorteil erwärmt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Primärteil, einen Sekundärteil sowie einen Motor anzugeben, die mit einer effizient arbeitenden Kühleinrichtung versehen sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Primärteil gemäß Anspruch 1, ein Sekundärteil gemäß Anspruch 3 bzw. durch Motoren gemäß der Patentansprüche 8 und 9; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Sekundärteil und/oder den Primärteil mit Wärmeleitrohren als Kühlmittel zu versehen.
Wärmeleitrohre sind kommerziell erhältliche, geschlossene Rohrelemente, die an der Innenwandung eine Kapillarschicht aufweisen und eine Transportflüssigkeit enthalten. Wird im Betrieb ein Ende (Warmzone) eines Wärmeleitrohres erwärmt, geht die Transportflüssigkeit in die Dampfphase über und wird durch den mittleren Bereich (Transportzone) des Wärmeleitrohres zum anderen Ende (Kaltzone) transportiert, wo der Dampf wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert. Die kondensierte Flüssigkeit wird über Kapillarkräfte in der Kapillarschicht wieder zurück in die Warmzone transportiert (www.waermeleitrohre.de; US 6167 948). Standardmaße für die Außendurchmesser sind etwa 0,1 bis 16 mm, für die Länge etwa 50 bis 300 mm; die Betriebstemperaturen betragen dabei bis zu 320°C.
Werden die Wärmeleitrohre bei einem Primärteil eingesetzt, so ist vorzugsweise die Warmzone in den Wicklungskern selbst eingebracht. Auf diese Weise kann die Wärme schon an dem Ort, an dem sie entsteht, abtransportiert werden, ohne daß der gesamte Primärteil sich erwärmt.
Bei Sekundärteilen können die Warmzonen der Wärmeleitrohre direkt an den Permanentmagneten bzw. den Induktionselementen vorgesehen sein, so daß die Wärme von der Seite des Sekundärteils, der dem Primärteil zugewandt ist, abgeführt werden kann.
Vorzugsweise sind die Kaltzonen der Primärteile mit Kühlmassen verbunden, die die Wärme ableiten können. Dies können beispielsweise Fächerkühler oder andere, ggf. separat gekühlte Elemente sein.
Die erfindungsgemäße Kühlung eignet sich insbesondere für elektrische Linearmotoren.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines Primärteils,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Primärteil und
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen Sekundärteil.
Gemäß Fig. 1 umfaßt der Primärteil einen Trägerkörper 10, an dessen Unterseite Wicklungszähne (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Um die Wicklungszähne sind Wicklungen 20 gewickelt, die insbesondere aus der Draufsicht der Fig. 2 ersichtlich sind.
Im Inneren der Wicklungen 20 sind die Warmzonen von Wärmeleitrohren 20, die auch als Thermopipes oder Heatpipes bezeichnet werden, eingebracht.
Die anderen Enden der Wärmeleitrohre 30 erstrecken sich bis zu einem Fächerkühler 40, der mit Kühlrippen 42 versehen ist.
Im Betrieb wird die im Inneren der Wicklungen 20 entstehende Wärme über die Wärmeleitrohre an den Fächerkühler 40 transportiert und von diesem an die umgebende Luft abgegeben.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Sekundärteil mit einer Trägerplatte 50, auf der Permanentmagnete 60in Gruppen zu jeweils drei parallel zueinander angeordnet sind. Die Gruppen der Permanentmagnete sind jeweils etwa im Polteilungsmaß des Primärteils von einander beabstandet, und in die Zwischenräume zwischen den Gruppen der Permanentmagnete 60 sind jeweils die Warmzonen von Wärmeleitrohren 70 angeordnet. Die Kaltzonen sind in Fig. 3 nicht dargestellt, sie können aber entsprechend Fig. 1 und 2 ebenfalls mit Fächerkühlern oder anderen Kühlmassen verbunden sein.
Für die Ausführung der Fig. 3 ist es vorzuziehen, Wärmeleitrohre 70 aus nichtmagnetischem Material zu verwenden.
Wärmeleitrohre arbeiten hocheffektiv, sie haben etwa die acht- bis zwölffache Wärmetransportfähigkeit von massiven Kupferstäben mit gleichen Abmessungen. Da Wärmeleitrohre ein passives Kühlsystem sind, werden keine aktiven Bauelemente wie Lüfter od. dgl. benötigt. Desweiteren können Wärmeleitrohre auch bei vergossenen Aufbauten verwendet werden, bei denen die Wicklungen des Primärteils bzw. die Permanentmagnete oder Induktionselemente des Sekundärteils in einen Vergußkörper aus Vergußmasse eingebettet sind. In diesem Fall sind zumindest die Warmzonen der Wärmeleitrohre ebenfalls in den Vergußkörper eingebettet.

Claims

1. Primärteil für einen Elektromotor mit einem Wicklungsträger (10), der mehrere Wicklungen (20) trägt, und Kühlmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel Wärmeleitrohre (30) aufweisen.

2. Primärteil nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitrohre (30) jeweils eine Warmzone, eine Transportzone und eine Kaltzone aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmzonen in den Wicklungskernen der Wicklungen (20) angeordnet sind.

3. Sekundärteil eines Elektromotors mit einer Trägerstruktur (50) und mehreren Permanentmagneten (60) oder Induktionselementen oder Kühlmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel Wärmeleitrohre (70) aufweisen.

4. Sekundärteil nach Anspruch 3, wobei die Wärmeleitrohre (70) jeweils eine Warmzone, eine Transportzone und eine Kaltzone aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmzonen zwischen den Permanentmagneten (60) angeordnet sind.

5. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 2 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltzonen mit einer Kühlmasse verbunden sind.

6. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmasse ein Fächerkühler (40) ist.

7. Primärteil oder Sekundärteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil oder der Sekundärteil linear ausgebildet ist.

8. Linearmotor mit einem Primärteil und/oder einem Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Rotationsmotor mit einem Primärteil und/oder einem Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6.