DE102005032968A1

DE102005032968A1 - Umrichtermotor

Info

Publication number: DE102005032968A1
Application number: DE102005032968A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lottes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichtermotor, umfassend einen Motor (2) und einen Umrichter (4). Erfindungsgemäß ist dieser Umrichter (4) radial auf dem Motor (2) angeordnet und ist eine dem Motor (2) zugewandte Seite (28) des Gehäuses (22) des Umrichters (4) U-förmig ausgebildet. Somit erhält man einen Umrichtermotor, der eine geringere Gesamthöhe aufweist und dadurch weniger schwingungsanfällig ist und dessen Umrichter eine vergrößerte gekühlte Oberfläche aufweist, wodurch sich die Entwärmung des Umrichters (4) wesentlich verbessert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichtermotor, umfassend einen 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 leidet 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.
Bei den im Handel erhältlichen Umrichtermotoren mit einer radialen Aufbautechnik ist das Gehäuse des Umrichters zweigeteilt. Ein derartiges zweigeteiltes Gehäuse besteht aus einem unteren Teil und einem oberen Teil. Der untere Teil ist wannenförmig ausgebildet und besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere Aluminium. Der obere Teil ist ein Deckel aus nicht wärmeleitendem Material. Komponenten eines Umrichters, insbesondere eines Frequenzumrichters, sind in dem wannenförmigen Gehäuseteil des Gehäuses des Umrichters angeordnet, insbesondere in Sandwich-Bauweise. Die Seite dieses wannenförmigen Gehäuseteils, das im montierten Zustand dem Motor eines Umrichtermotors zugewandt ist, weist zur Oberflächenvergrößerung Kühlrippen oder Kühlstifte auf. Au ßerdem ist diese Seite derart ausgestaltet, dass diese sich der Kontur des Motors, auf dem der Umrichter radial aufgebaut ist, anpasst. Das heißt, der Hoden des wannenförmigen Gehäuseteils ist in Bezug zum oberen Teil des Gehäuses konkav geformt. Dadurch wird erreicht, dass möglichst alle Kühlrippen bzw. Kühlstifte des Gehäuses des Umrichters in einem von einem Lüfter erzeugten Luftstrom ragen. Dieser Lüfter ist in den überwiegenden Fällen der Motorwellenlüfter des Motors des Umrichtermotors. Das heißt, bei den im Handel erhältlichen Umrichtermotoren werden als Motoren eigenbelüftete Motoren verwendet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen radial aufgebauten Umrichtermotor mit verringert Gesamthöhe bei gleichzeitiger Verbesserung der Kühlung des Umrichters anzugeben.

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

Dadurch, dass das Gehäuse des Umrichters U-förmig ausgebildet ist, befindet sich der Umrichter im montierten Zustand des Umrichters nicht mehr nur in einer Ebene oberhalb des Motors, sondern in zwei weiteren Ebenen rechts und links des Motors. Somit umschließt der Umrichter eines radial aufgebauten Umrichtermotors, dessen Motor von drei Seiten. Durch dieses U-förmig ausgebildete Gehäuse des Umrichters verteilen sich die Komponenten eines herkömmlichen Umrichters, insbesondere eines Frequenzumrichters, auf drei Aufnahmebereiche des Gehäuses. Dadurch wird eine Umrichterelektronik nicht mehr in Sandwich-Bauweise im Gehäuse des Umrichters aufgebaut, wodurch sich die Bauhöhe des Umrichters wesentlich verkürzt.

Durch diese U-förmige Ausgestaltung des Gehäuses des Umrichters hat sich der Boden dieses Gehäuses gegenüber einem herkömmlich ausgebildeten Gehäuse des Umrichters eines Umrichtermotors wesentlich vergrößert. Die zusätzlichen Bodenteile sind die der beiden Schenkel des U-förmigen Gehäuses. Da der Umrichter mit seinem U-förmig ausgebildeten Gehäuse des Motors von drei Seiten zangenförmig umschlossen wird, befindet sich dieser Teil des Bodens des U-förmigen Gehäuses im Luftstrom des eigenbelüfteten Motors des Umrichtermotors. Das heißt, die zu kühlenden Flächen des Umrichters haben sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung seines Gehäuses wesentlich vergrößert, wodurch die Entwärmung des Umrichters sich wesentlich verbessert hat.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichtermotors weist eine dem Motor zugewandte Seite des U-förmigen Gehäuses unterschiedlich hohe Kühlrippen auf. Dadurch passt sich der Umrichter mit seinem Kühlkörper der Mantelfläche des Gehäuses des Motors des Umrichtermotors an, wodurch ein erzeugter Luftstrom vollständig für die Kühlung des Motors verwendet wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichtermotors setzt sich eine dem Motor zugewandte Seite des U-förmigen Gehäuses des Umrichters aus unterschiedlich planen Flächenabschnitten zusammen. Dadurch wird ebenfalls erreicht, dass sich der Umrichter mit seinem Kühlkörper der Mantelfläche des Gehäuses des Motors des Umrichtermotors anpasst. Mit diesen Flächenabschnitten wird eine Mantelfläche approximiert, bei dem die Montageflächen für die Komponenten des Umrichters weiterhin plan bleiben. Somit erhält man einen noch kompakteren Aufbau des Umrichtermotors.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichtermotors weisen die einzelnen Flächenabschnitte einer dem Motor zugewandten Seite des Umrichters unterschiedlich hohe Kühlrippen auf. Durch die Wahl der Höhe einer jeden Kühlrippe kann die Wärmeabführung von jedem Flächenabschnitt vorbestimmt werden. Somit werden nicht alle Flächenabschnitte für eine vorbestimmte Wärmeabführung, sondern individuell für unterschiedliche Wärmeabführungen dimensioniert.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichtermotors ist das Gehäuse des Motors bis auf einen dem Umrichter zugewandten Bereich berippt. Dadurch verringert sich die radiale Bauhöhe des Umrichtermotors weiter. Außerdem verbessert sich die Kühlung des Umrichters, da dessen Kühlkörper mehr in einen erzeugten Kühlstrom ragt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen 6 bis 13 zu entnehmen.

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

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Umrichtermotors nach der Erfindung und die
2 zeigt eine Frontansicht mit aufgeschnittenem Umrichter eines Umrichtermotors nach der Erfindung.
In der 1 ist ein Umrichtermotor nach der Erfindung perspektivisch dargestellt. Dieser Umrichtermotor weist wie ein handelsüblicher Umrichtermotor einen Motor 2, insbesondere einen eigenbelüfteten Motor, und einen Umrichter 4, insbesondere einen Frequenzumrichter, auf. Dieser Umrichter 4 ist radial mit dem Motor 2 verbunden. Der Motor 2, der in dieser Darstellung ein eigenbelüfteter Motor 2 ist, weist an einem Lagerschild 6 auf einem Wellenende 8 einen Lüfter 10 auf, der von einer Lüfterhaube 12 abgedeckt wird. Mit Hilfe dieser Lüfterhaube 12 wird angesaugte Umgebungsluft als Kühlung axial über die Kühlrippen 14 des Gehäuses 16 des Motors 2 und die Kühlrippen 18 des Umrichters 4 geführt. Optional weist dieser Umrichtermotor eine Bremse 20 auf, die ebenfalls auf dem Wellenende 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 22 des Umrichters 4 ist wie bei Umrichtern von handelsüblichen Umrichtermotoren zweiteilig ausgeführt. Ein unterer Teil 24 dieses Gehäuses 22 ist wannenförmig ausgebildet und besteht aus einem gut wärmeleitenden Material. Ein oberer Teil 26 ist ein Deckel, mit dem der untere Teil 24 verschließbar ist. Eine dem Motor 2 zugewandte Seite 28 des unteren Teil 24 des Gehäuses 22 des Umrichters 4 des Umrichtermotors ist U-förmig ausgebildet (2). Eine Stirnseite des Umrichters 4 des Umrichtermotors weist mehrere Kundenschnittstellen 30 auf.
In der 2, die eine Sicht auf eine Stirnseite eines erfindungsgemäßen Umrichtermotors mit aufgeschnittenem Umrichter 4 darstellt, ist die dem Motor 2 zugewandte Seite 28 des unteren Teils 24 des Gehäuses 22 des Umrichters 4 im Einzelnen erkennbar. Diese Seite 28 des unteren Teils 24 des Gehäuses 22 ist der Boden des wannenförmig ausgebildeten Gehäuses 22. Diese Seite 28 ist erfindungsgemäß U-förmig ausgebildet. Dadurch erhält der wannenförmige Teil des Gehäuses 22 noch zwei weitere Aufnahmevorrichtungen 32 und 34, die beidseits des Motors 2 den wannenförmigen Teil des Gehäuses 22 erweitern. In diesen beiden Aufnahmevorrichtungen 32 und 34 ist jeweils ein Teil einer Umrichterelektronik 36 untergebracht. Im wannenförmigen Teil des Gehäuses 22 sind die abschaltbaren Leistungshalbleiter 38 eines lastseitigen Stromrichters des Umrichters 4, der direkt mit dem Boden des Gehäuses 22 wärmeleitend verbunden. Auf diesen abschaltbaren Leistungshalbleitern 38 ist eine Leiterplatte 40 mit einem Teil der Umrichterelektronik 36 angeordnet. Diese Leiterplatte 40 weist außerdem die Komponenten eines Spannungszwischenteiles auf. Auch im Deckel 26 des Umrichters 4 kann ein Teil der Umrichterelektronik 36 untergebracht sein. Bei der Aufteilung der Umrichterelektronik 36 auf die unterschiedlichen Einbaumöglichkeiten innerhalb des Gehäuses 22 des Umrichters 4 sollte darauf geachtet werden, dass im Fehlerfall ein Austausch eines beschädigten Teils der Umrichterelektronik 36 ohne größeren Aufwand möglich ist.
Der Boden des Gehäuses 22 ist, wie bereits erwähnt, U-förmig ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform besteht dieser U-förmig ausgebildete Boden aus mehreren planen Flächenabschnitten. Der überwiegende Teil dieser planen Flächenabschnitte weist Kühlrippen 18, 42 und 44 auf, die unterschiedlich hoch sind. Durch die Unterteilung der dem Motor 2 zugewandten Seite 28 des Gehäuses 22 des Umrichters 4 des Umrichtermotors und damit des Bodens des wannenförmigen Gehäuses 22 wird eine parallel zur Außenfläche des Gehäuses des Motors 2 verlaufende Mantelfläche approximiert. Dadurch umschließt der Kühlkörper des Umrichters 4 den Motor 2 des Umrichtermotors zangenförmig, wodurch einerseits der radiale Aufbau des Umrichtermotors sehr kompakt und andererseits die Kühlung des Umrichters 4 wesentlich verbessert wird. Dieser Boden 28 des Umrichters 4 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material. Dieser Boden 28 ist in Flächenabschnitte unterteilt, damit der Umrichter 4 den Motor 2 zum Teil umschließen kann. Da von diesen Flächenabschnitten unterschiedliche Wärmemengen abgeführt werden müssen, sind diese Flächenabschnitte mit Kühlrippen 18, 42 und 44 mit unterschiedlichen Höhen versehen. Somit bildet jeder Flächenabschnitt, auch der Flächenabschnitt des Bodens 28 des Umrichters 4, einen Teilkühlkörper des Kühlkörpers des Umrichters 4.
Dieser Darstellung gemäß 2 kann ebenfalls entnommen werden, dass das Gehäuse 16 des Motors bis auf einen dem Umrichter 4 zugewandten Bereich 46 berippt ist. Dadurch wird der radiale Aufbau des Umrichtermotors noch mehr verringert. Diese Verringerung entspricht zumindest die Höhe der Kühlrippe 14 des Gehäuses 16 des Motors 2. Außerdem gelangen die Kühlrippen 18, 42 und 44 mehr in einem vom Motorwellenlüfter des Motors 2 erzeugten Kühlluftstrom, wodurch außerdem die Kühlung des Umrichters 4 weiter verbessert wird. Vorteilhafterweise kann dieser Bereich 46 des Gehäuses 16 des Motors 2 des Umrichtermotors mit einer Wärmesperre aus thermisch schlecht leitendem Material versehen sein. Mittels einer derartigen Wärmesperre wird der direkte Wärmetransport vom Stator des Motors 2 zum Kühlkörper des Umrichters 4 unterbunden. Dadurch erhält man eine thermische Entkopplung zwischen Umrichter 4 und Motor 2 eines Umrichtermotors.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Umrichters 4 eines Umrichtermotors verringert sich die Gesamthöhe dieses Umrichtermotors. Außerdem wird die gekühlte Oberfläche des Ge häuses 22 des Umrichters 4 größer, wodurch sich die Entwärmung des Umrichters 4 wesentlich verbessert. Durch den kompakten Aufbau des Umrichtermotors ist dieser weniger schwingungsanfällig. Außerdem kann bei einem Fehlerfall in der Umrichterelektronik 36 der schadhafte Teil ohne großen Aufwand ausgetauscht werden, da durch die U-förmige Ausgestaltung des Bodens des unteren Teils 24 des Gehäuses 22 des Umrichters 4 die Umrichterelektronik 36 auf mehrere Einbauplätze aufgeteilt werden kann, die für sich genommen alle gut zugänglich sind.

Claims

Umrichtermotor, umfassend einen Motor (2) und einen Umrichter (4), wobei der Umrichter (4) radial auf dem Motor (2) angeordnet ist und wobei eine dem Motor (2) zugewandte Seite (28) des Gehäuses (22) des Umrichters (4) U-förmig ausgebildet ist.
Umrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Motor (2) zugewandte Seite (28) des Gehäuses (22) des Umrichters (4) unterschiedlich hohe Kühlrippen (18, 42, 44) aufweist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Motor (2) zugewandte Seite (28) des Gehäuses (22) des Umrichters (4) aus unterschiedlich planen Flächenabschnitten zusammengesetzt ist.
Umrichtermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die planen Flächenabschnitte jeweils Kühlrippen (18, 42, 44) aufweisen, die von Flächenabschnitt zu Flächenabschnitt unterschiedlich hoch sind.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) des Motors (2) bis auf einen dem Umrichter (4) zugewandten Bereich (46) berippt ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Gehäuse (22) des Umrichters (4) mittels eines Deckels (26) verschließbar ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umrichterelektronik (36) des Umrichters (4) im Gehäuse (22) des Umrichters (4) an räumlich getrennten Stellen untergebracht ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil einer Umrichterelektronik (36) des Umrichters (4) im Deckel (26) des Gehäuses (22) des Umrichters (4) angeordnet ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Umrichter (4) zugewandte Bereich (46) des Gehäuses (16) des Motors (2) mit einer Wärmesperre versehen ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Motor (2) ein eigenbelüfteter Motor vorgesehen ist.
Umrichtermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Motor (2) ein fremdbelüfteter Motor vorgesehen ist.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) des Umrichters (4) aus einem wärmeleitenden Material besteht.
Umrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (26) des Gehäuses (22) des Umrichters (4) aus einem nicht wärmeleitenden Material besteht.