DE102005032967A1

DE102005032967A1 - Umrichtermotor

Info

Publication number: DE102005032967A1
Application number: DE102005032967A
Authority: DE
Inventors: Lars Hofmann; Jürgen Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichtermotor, umfassend einen eigenbelüfteten Motor (2) und einen Umrichter (4). Erfindungsgemäß ist ein Ständerblechpaket (16) des Motors (2) in einem ersten Teil (6) eines zweiteiligen Umrichtermotorgehäuses mit Hilfe von wenigstens vier Zapfen (14) lagesicher fixiert, wobei eine Innenseite (12) des ersten Teils (6) des Umrichtermotorgehäuses mit axial verlaufenden Kühlrippen (22) versehen ist, wobei eine Umrichterelektronik U-förmig um den ersten Teil (6) des Umrichtermotorgehäuses angeordnet und mit diesem thermisch leitend verbunden ist und wobei diese U-förmig angeordnete Umrichterelektronik mit einem zweiten Teil (8) des Umrichtermotorgehäuses verschlossen ist. Somit erhält man einen Umrichtermotor, der radial sehr kompakt ist, bei dem der Integrationsgrad des Umrichters (4) sehr hoch ist und bei dem die Kühlung des gehäuselosen Motors (2) und des gehäuselosen Umrichters (4) mit einem Motorwellenlüfters wesentlich verbessert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichtermotor, umfassend einen eigenbelüfteten Motor und einen Umrichter.
Die Integration eines Umrichters, insbesondere eines Frequenzumrichters, in einem Motor ist ein wesentliches Merkmal der dezentralen Antriebstechnik. Wegen des Platzbedarfs und der Forderung nach Kompaktheit sowie des Kostendrucks ist dabei gefordert, möglichst wenig oder preisgünstige Aufbautechniken zu generieren. Bei im Handel erhältlichen Umrichtermotoren wird entweder die axiale oder die radiale Aufbauweise umgesetzt. Dabei wird die Geometrie des Motors nicht speziell auf die Anforderungen angepasst. Es werden in der Regel Motoren aus dem Standardsortiment des jeweiligen Herstellers verwendet.
Bei einem radialen Aufbau wird der Umrichter, der in einem separaten Gehäuse untergebracht ist, statt einem Klemmenkasten auf dem Motor befestigt. Dabei erfolgt die Kühlung des Umrichters je nach Anbieter durch reine Selbstkühlung oder durch Zwangskühlung. Für die Zwangsbelüftung ist entweder der Motor mit einem Motorwellenlüfter versehen oder weist einen Fremdlüfter auf.
Ein auf dem Motor aufgesetzter Umrichter widerspricht der Kompaktheit. Er baut in der Regel sehr hoch auf, was nicht nur ungünstige Auswirkungen auf den Raumbedarf hat, sondern auch eine schwingungstechnische ungünstige Konstellation ist. Da die Leistungselektronik des Umrichters in der Regel in Sandwich-Bauweise gestapelt ist, erfolgt in den Zwischenräumen keine bzw. nur ungenügende Kühlung, wodurch ein Wärmestau auftreten kann. Interne Lüfter könnten dieses Problem beheben, die weitgehend wegen des Aufwands eines Austausches von Kunden abgelehnt werden.
Im Fall eines axialen Aufbaus wird der Umrichter in axialer Richtung am Motor angebracht. Ein derartiger Umrichtermotor baut sehr lang, vor allem bei Getriebeanwendungen wird die Gesamtlänge inakzeptabel. Die Entwärmung des Motors verschlechtert sich, da dieser mit der vom Umrichter vorgewärmten Kühlluft umspült wird. Außerdem steht die Oberfläche der Stirnfläche (B-seitiges Lagerschild), an welcher der Umrichter angeflanscht ist, nicht als Kühlfläche zur Verfügung. Ein weiterer Nachteil dieses axialen Aufbaus besteht darin, dass kein handelsüblicher Umrichter mit einem handelsüblichen Motor kombiniert werden kann, sondern dass nur ein für den axialen Aufbau vorgesehener Umrichter verwendet werden kann. Bei einem derartigen Umrichter wird die Leistungselektronik auf eine Vielzahl von Leiterplatten verteilt, die auch noch mittels Stecker und/oder Flachkabel miteinander elektrisch leitend verbunden werden müssen. Dadurch verschlechtert sich die Nutzung der Leiterplattenfläche. Ebenfalls leitet die Steifigkeit des Umrichtermotors.
Bei beiden Aufbautechniken erfolgt die Kühlung über einen durch Eigenlüfter oder Fremdlüfter erzeugten Volumenstrom. Diese Lösung stellt hinsichtlich der thermischen Entkopplung zwischen Motor und Umrichter sowie der Strömungsführung nicht das Optimum dar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen radial aufgebauten Umrichtermotor anzugeben, der die zuvor genannten Nachteile nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Umrichtermotors werden nicht mehr ein Motor mit seinem Motorgehäuse und ein Umrichter mit seinem Umrichtergehäuse zu einem Umrichtermotor als Einheit zusammengesetzt, sondern in einem Umrichtermotorgehäuse, das zweiteilig aufgebaut ist, werden der Motor und der Umrichter untergebracht. D.h., der Motor und der Umrich ter werden jeweils "gehäuselos" für den Aufbau eines Umrichtermotors verwendet. Dadurch, dass nun ein Umrichtermotorgehäuse verwendet wird, sind Umrichter und Motorgehäuse zu einer Einheit verschmolzen, bei dem der Integrationsgrad sehr hoch ist, wodurch die Synergien genutzt werden können. Außerdem erreicht man durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Umrichtermotorgehäuses einen sehr kompakt aufgebauten Umrichtermotor, bei dem die Kühlung des Motors und des Umrichters mit einem Motorwellenlüfter optimal ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Umrichtermotors ist der erste Teil des Umrichtermotorgehäuses derart ausgebildet, dass der zweite Teil dieses Umrichtermotorgehäuses sich auf diesen abstützen kann. Dadurch sind beide Teile des Umrichtermotorgehäuses für die Integration des Motors und des Umrichters frei zugänglich.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Umrichtermotors besteht der erste Teil des Umrichtermotorgehäuses aus einzelnen planen Flächenabschnitten. Dadurch können Teile einer Umrichterelektronik des Umrichters mit dem ersten Teil des Umrichtermotorgehäuses thermisch optimal mechanisch verbunden werden. Dieser erste Teil des Umrichtermotorgehäuses bildet den Kühlkörper für diese Teile der Umrichterelektronik.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Umrichtermotors ist der Durchmesser einer einem Motorwellenlüfter abdeckende Lüfterhaube gleich dem Durchmesser des ersten Teils des Umrichtermotorgehäuses. Dadurch bleibt ein vom Motorwellenlüfter erzeugter Luftstrom im Innern des ersten Teils des Umrichtermotorgehäuses und wird über die an einer Innenseite des ersten Teils des Umrichtermotorgehäuses angeordneten axial verlaufenden Kühlrippen und über das Ständerblechpaket des Motors geführt. Somit wird ein erzwungener Luftstrom vollständig zur Kühlung der Komponenten des Umrichtermotors verwendet, ohne dass davon Teilströme in die Umgebung des Umrichtermotors vagabundieren.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Umrichtermotors sind den Unteransprüchen 6 bis 10 zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figur Bezug genommen, in der eine vorteilhafte Ausführungsform eines Umrichtermotors nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

In dieser Figur sind mit 2 ein eigenbelüfteter Motor, mit 4 ein Umrichter, mit 6 ein erster Teil eines Umrichtermotorgehäuses und mit 8 ein zweiter Teil des Umrichtermotorgehäuses bezeichnet. Der erste Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses besteht bei dieser vorteilhaften Ausführungsform aus einzelnen planen Flächenabschnitten 10. Dadurch weist dieser erste Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses einen achteckförmigen Querschnitt auf. Dieser Teil 6 weist außerdem an einer Innenseite 12 wenigstens 4 Zapfen 14 auf. Mit Hilfe dieser Zapfen 14 wird ein Ständerblechpaket 16 des Motors 2 innerhalb dieses ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses lagesicher fixiert. Vorteilhafter weise wird dieses Ständerblechpaket 16 in diesem ersten Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses eingepresst. Im Inneren des Ständerblechpaketes 16 ist der Läufer 18 des Motors 2 angeordnet. Somit entspricht dieser Motor 2 einem Motor ohne Gehäuse.

Dieser gehäuselose Motor 2 weist einen Motorwellenlüfter auf, der in dieser Ansicht nicht sichtbar ist. Im ersten Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses sind jedoch die Bohrungen 20 für eine den Motorwellenlüfter abdeckende Lüfterhaube. Aus dieser Lage der Bohrungen 20 in der Stirnseite des ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses ist zu entnehmen, dass der Innendurchmesser der Lüfterhaube gleich dem Innendurchmesser des ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses ist. Dadurch wird ein vom Motorwellenlüfter erzeugter Luftstrom durch das Innere des ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses getrieben. Damit von dem ersten Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses eine möglichst hohe Verlustleistung abgeführt werden kann, ist die Innenseite 12 dieses ersten Teils 6 mittels einer Vielzahl von Kühlrippen 22 vergrößert. Diese Kühlrippen 22 verlaufen im Innern des ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses jeweils in axialer Richtung. Außerdem weist dieser erste Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses noch jeweils einen Steg 24 und 26 auf, die seitwärts am ersten Teil 6 angeordnet sind.

Der zweite Teil 8 des Umrichtermotorgehäuses ist ebenfalls zweiteilig aufgebaut. Ein erster Teil 28 ist zylindrisch mit einem rechteckförmigen Querschnitt und weist an einer den Stegen 24 und 26 gegenüberliegenden Seiten einen umlaufenden Flansch 30 auf. Ein zweiter Teil 32 ist plattenförmig und stützt sich auf diesen umlaufenden Flansch 30 ab. Dadurch ist dieser zweite Teil 32 funktionell ein Deckel des ersten Teils 28 des zweiten Teils 8 des Umrichtermotorgehäuses. Im inneren dieses ersten Teils 28 des zweiten Teils 8 des Umrichtermotorgehäuses ist eine Umrichterelektronik, bestehend wenigstens aus einem verlustbehafteten Bauelement 34, beispielsweise ein Leistungsmodul, insbesondere ein Brückenmodul, und mehreren miteinander elektrisch leitenden verbundenen Leiterplatten 36, 38 und 40. Auf der Leiterplatte 36 sind zumindest die Bauelemente untergebracht und miteinander elektrisch leitend verbunden, die für die Ansteuerung der abschaltbaren Halbleiterschalter, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), notwendig sind. Die Bauelemente eines Spannungszwischenkreises kann ebenfalls auf dieser Leiterplatte 36 untergebracht sein. Weitere Vorrichtungen einer Umrichterelektronik sind auf den Leiterplatten 38 und 40 angeordnet. Das Leistungsmodul 34 ist direkt mit einem planaren Flächenabschnitt 10 des ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses thermisch leitend verbunden. Dieser erste Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses bildet somit nicht nur ein Gehäuse für den gehäuselosen Motor 2, sondern ist gleichzeitig ein Kühlkörper des gehäuselosen Umrichters 4.

Damit dieses Umrichtermotorgehäuse sicher aufgestellt werden kann, weist der erste Teil 6 dieses Umrichtermotorgehäuses eine Montagevorrichtung 42 auf. Diese Montagevorrichtung 42 bildet mit dem ersten Teil 6 des Umrichtermotorgehäuses eine Baueinheit. Für die sichere Aufstellung des Umrichtermotors weist die Montagevorrichtung 42 Bohrungen 44 auf, durch die Befestigungsschrauben gesteckt werden können.

Um den Aufwand der Montage des Umrichtermotors zu verringern bzw. um einen Umrichtermotor hoher Schutzart, beispielsweise IP54 und höher, herstellen zu können, bildet der erste Teil 6 und der zweite Teil 8 des Umrichtermotorgehäuses eine Baueinheit. Dadurch wird zumindest eine Verbindungsstelle eingespart, die entsprechend einer verlangten Schutzart abgedichtet werden müsste.

Durch die Verwendung eines Umrichtermotorgehäuses gemäß der Erfindung wird eine höhere Integration eines Umrichters 4 in einem Motor 2 erreicht. Dadurch kann ein Gehäuse einer Vorrichtung, beispielsweise des Motors, des Umrichtermotors eingespart werden. Neben der höheren Integration und der Einsparung eines Gehäuses verbessert sich die Kühlung von Motor und Umrichter, insbesondere des Umrichters, wesentlich, da ein vom Motorwellenlüfter des Motors 2 erzeugter Luftstrom vollständig ins Innere des Umrichtermotorgehäuses, insbesondere des ersten Teils 6 des Umrichtermotorgehäuses, geleitet wird, und somit für die Kühlung des Motors 2 und des Umrichters 4 voll zur Verfügung steht. Ferner ist der Umrichtermotor nach der Erfindung in radialer Richtung kompakter als ein im Handel erhältlicher radial aufgebauter Umrichtermotor. Dadurch beansprucht der Umrichtermotor nach der Erfindung weniger Platz im Feld eines dezentralen Antriebssystems. Durch den kompakteren Aufbau ist dieser Umrichter auch noch weniger schwingungsanfällig.

Claims

Umrichtermotor, umfassend einen eigenbelüfteten Motor (2) und einen Umrichter (4), wobei ein Ständerblechpaket (16) des Motors (2) in einem ersten Teil (6) eines zweiteiligen Umrichtermotorgehäuses mit Hilfe von wenigstens vier Zapfen (14) lagesicher fixiert ist, wobei eine Innenseite (12) des ersten Teils (6) des Umrichtermotorgehäuses mit axial verlaufenden Kühlrippen (22) versehen ist, wobei eine Umrichterelektronik U-förmig um den ersten Teil (6) des Umrichtermotorgehäuses (6) angeordnet und mit diesem thermisch leitend verbunden ist, und wobei diese U-förmig angeordnete Umrichterelektronik mit einem zweiten Teil (8) des Umrichtermotorgehäuses verschlossen ist.
Umrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (6) des Umrichtermotorgehäuses seitwärts jeweils einen Steg (24, 26) aufweist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (6) des Umrichtermotorgehäuses aus einzelnen planen Flächenabschnitten (10) besteht.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der erste Teil (6) des Umrichtermotorgehäuses einen achteckförmigen Querschnitt aufweist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser einer Lüfterhaube des eigenbelüfteten Motors (2) gleich dem Durchmesser des ersten Teils (6) des Umrichtermotorgehäuses ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichterelektronik mehrere miteinander elektrisch leitend verbundene Leiterplatten (36, 38, 40) aufweist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (8) des Umrichtermotorgehäuses einen Deckel aufweist.
Umrichtermotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (8) des Umrichtermotorgehäuses mit den Stegen (24, 26) des ersten Teils (6) des Umrichtermotorgehäuses nicht lösbar verbunden ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teil (6, 8) des Umrichtermotorgehäuses eine Baueinheit bilden.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (6) des Umrichtermotorgehäuses mit einer Montagevorrichtung (42) versehen ist.