DE102005057177A1 - Electrical air-cooled machine, has inner air channels, outer vent holes, air gap, inner cooling ribs having closed cooling circuit with inner ventilator that is integrated into clamping ring of rotor, where bearing plates have magnetic ring - Google Patents
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- H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Läufer und einer Statorkühleinrichtung zur Kühlung des Stators. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung beispielsweise einen mit Permanentmagneten erregten Motor oder Generator.The The present invention relates to an electric machine having a Stator, a runner and a stator cooling device for cooling of the stator. In particular, the present invention relates, for example a motor or generator excited by permanent magnets.
Beim Betrieb elektrischer Maschinen kommt es unwillkürlich durch abschleudernde Teile oder Abrasion zu einem Schmutzaufbau, z. B. einem Eisenabrieb. Dieser Eisenabrieb stellt insbesondere für elektrische, luftgekühlte Maschinen mit permanentmagnetischen Läufern eine Gefahr dar, da sich die Partikel auf den Permanentmagneten und magnetisierten Teilen der Maschine niederschlagen können und dort die Kühlung beieinträchtigen. Daher wird in solchen Fällen oft eine Wasserkühlung eingesetzt. Eine Wasserkühlung in der elektrischen Maschine ist jedoch zum einem aufwändig in der Konstruktion und Fertigung und zum anderen aufgrund von Einbaubedingungen nicht immer realisierbar. Der Grund hierfür ist beispielsweise, dass auf einem Fahrzeug eine Kühlwasserversorgung nicht vorhanden ist oder der Betreiber eine Wasserkühlung grundsätzlich ablehnt.At the Operation of electrical machines occurs involuntarily by centrifuging Parts or abrasion to a dirt buildup, z. B. an iron abrasion. This iron abrasion represents in particular for electric, air-cooled machines with permanent magnetic runners a danger because the particles on the permanent magnet and magnetized parts of the machine can knock down and there the cooling beieinträchtigen. Therefore, in such cases often a water cooling used. A water cooling in the electric machine, however, is a consuming in the construction and manufacturing and partly due to installation conditions not always feasible. The reason for this is, for example, that on a vehicle a cooling water supply does not exist or the operator fundamentally rejects water cooling.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine elektrische Maschine mit einem autarken, hochwirksamen und verschmutzungsunempfindlichen Kühlsystem bereitzustellen.The Object of the present invention is thus to provide an electrical Machine with a self-sufficient, highly effective and pollution-resistant cooling system provide.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Läufer und einer Statorkühleinrichtung zur Kühlung des Stators, wobei eine Kapselung um den Läufer angeordnet ist, um den Läufer von dem Stator abzukapseln und eine Läuferkühleinrichtung, die einen geschlossenen Kühlkreislauf einschließlich Kühlmittelfördereinheit aufweist, innerhalb der Kapselung angeordnet ist.According to the invention this Task solved by an electric machine with a stator, a rotor and a stator cooling device for cooling the stator, wherein an encapsulation is arranged around the rotor to the runner From the stator to encapsulate and a rotor cooling device, which has a closed Cooling circuit including Coolant delivery unit has, is disposed within the enclosure.
In vorteilhafter Weise ist das Läuferkühlsystem in sich geschlossen, so dass keine Verschmutzung in den Innenraum der elektrischen Maschine von außen gelangen kann. Darüber hinaus muss die Läuferkühleinrichtung nicht von einem externen Kühlmittel versorgt werden.In Advantageously, the rotor cooling system self-contained, so no pollution in the interior the electrical machine can reach from the outside. Furthermore must the rotor cooling device not from an external coolant be supplied.
Vorzugsweise ist das Kühlmittel der Statorkühleinrichtung und Läuferkühleinrichtung Luft. Damit reduziert sich der Dichtungsaufwand gegenüber wassergekühlten Systemen deutlich.Preferably is the coolant the stator cooling device and rotor cooling device Air. This reduces the sealing effort compared to water-cooled systems clear.
Vorteilhafterweise sind die Lagerschilde der elektrischen Maschine Teil der Kapselung und sie weisen zylindermantelförmige Dichtflächen auf, die ebenfalls zylindermantelförmigen Dichtflächen der Wicklung insbesondere der Wickelköpfe des Stators gegenüberstehen. Damit wird die Kapselung durch Maschinenkomponenten erreicht, die in den meisten elektrischen Maschinen ohnehin vorhanden sind.advantageously, the end shields of the electrical machine are part of the encapsulation and they show cylinder jacket-shaped sealing surfaces on, the likewise cylindrical jacket-shaped sealing surfaces of the winding especially the winding heads facing the stator. Thus, the encapsulation is achieved by machine components, the are present in most electrical machines anyway.
Entsprechend einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Maschine können eines oder beide Lagerschilde einen amagnetischen Ring aufweisen. Dadurch lassen sich unter Umständen nachteilige magnetische Effekte der Lagerschilde vermeiden.Corresponding a further development of the machine according to the invention can one or both end shields have an amagnetic ring. Thereby may be possible avoid adverse magnetic effects of the end shields.
Die Dichtflächen der Lagerschilde können gegenüber den Dichtflächen der Wickelköpfe mit O-Ringen und/oder einem Flüssigdichtmittel abgedichtet sein. Dadurch wird eine hohe Dichtwirkung erzielt und die Demontage der elektrischen Maschine gewährleistet.The sealing surfaces the end shields can be opposite the sealing surfaces the winding heads with O-rings and / or a liquid sealant be sealed. As a result, a high sealing effect is achieved and ensures the dismantling of the electric machine.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist in einen der Lagerdruckringe des Läufers ein Lüfter integriert. Dadurch kommt dem Lagerdruckring doppelte Funktionalität zu und es kann Bauraum eingespart bzw. die Anzahl der Einzelteile der elektrischen Maschine reduziert werden.at a particularly preferred embodiment of the electrical machine is integrated in one of the bearing pressure rings of the rotor a fan. This comes the bearing pressure ring to double functionality and it can save space or the number of individual parts of the electrical machine can be reduced.
Günstigerweise verläuft der Kühlkreislauf im Läufer durch Aussparungen im Läuferblechpaket und durch den Läuferspalt zwischen Läufer und Stator. Somit wird durch den geschlossenen Läuferkühlkreis nicht nur der Läufer selbst, sondern auch der Stator an der Luftspaltseite gekühlt.conveniently, extends the cooling circuit in the runner through recesses in the rotor laminations and through the runner gap between runner and stator. Thus, by the closed rotor cooling circuit not only the runner itself, but also cooled the stator at the air gap side.
Die Kapselung des geschlossenen Läuferkühlkreislaufs sollte Kühlrippen zum Wärmetransport aus dem Innenraum nach außen aufweisen. Auf diese Weise lässt sich der Läuferraum besser nach außen entwärmen und die Wärme kann durch die Statorkühleinrichtung abgeführt werden.The Encapsulation of the closed rotor cooling circuit should be cooling fins for heat transport the interior to the outside exhibit. That way the runner room better to the outside segregated heat removal and the heat can through the stator cooling device dissipated become.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Lagerschild an der Abluftseite der Statorkühleinrichtung Abluftlöcher im Bereich des Läufers und des Stators besitzt. Diese Abluftlöcher können je nach Lüftungstyp offengehalten oder durch Stopfen verschlossen werden. Bei Fremdbelüftung kann es günstig sein, sie offen zu halten und bei Eigenbelüftung zu verschließen.Finally, can be provided that the end plate on the exhaust side of Statorkühleinrichtung exhaust holes in the area of the runner and the stator owns. These exhaust holes may vary depending on the type of ventilation kept open or closed by plugs. For forced ventilation can it cheap be kept open and closed with self-ventilation.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine darstellt.The The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawing which represents a cross section through an electrical machine according to the invention.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The below described embodiments represent preferred embodiments of the present invention.
In
der FIG ist eine elektrische, luftgekühlte Maschine mit einem permanentmagnetischen
Läufer, hier
ein PEM-Generator, dargestellt. Auf einer Welle
Die in dem Beispiel vorgestellte elektrische Maschine besitzt einen Außenluftkreislauf und einen Innenluftkreislauf, die voneinander unabhängig sind. Die Strömungsrichtungen sind in der FIG durch dicke Pfeile angedeutet.The in the example presented electric machine has a External air circuit and an indoor air circuit that are independent of each other. The flow directions are indicated in the FIG by thick arrows.
Der
Außenluftkreislauf
besitzt seinen Lufteintritt
Alternativ
kann die Luft auch direkt aus der Umgebung angesaugt werden, wobei
der Lufteintritt zum Beispiel durch ein Lochblech oder ein Sedimentabscheidegitter
Der
Außendurchmesser
des Luftdurchtritts
Im
Falle der Eigenbelüftung
ist ein separater Lüfter
Der
Innenluftkreislauf befindet sich in dem Läuferraum, der zur Umgebung
und zum Ständerraum
abgedichtet ist. Die Kapselung wird im Wesentlichen durch Innenseitenwände
Die
Dichtflächen
an der Ständerwicklung
Um
nachteilige magnetische Effekte zu vermeiden, können Teile des Lagerschildmaterials
(in der Regel Eisenguss) durch amagnetische Materialien, vorzugsweise
Kunststoff, ersetzt werden. Speziell die Innenseitenwände
Im
Bereich der Welle
In
dem in der FIG dargestellten Beispiel ist auf der DE-Seite des Läufers ein
Innenlüfter
Das in der FIG wiedergegebene Ausführungsbeispiel weist folgende konkrete Vorteile auf:
- – Aufgrund des gekapselten Läufers und des durchzugsbelüfteten Ständers kann der Läufer permanentmagnetisch ausgeführt sein, ohne der Gefahr der Verschmutzung durch Eisenpartikel oder andere magnetisierbare Teile ausgesetzt zu sein. Der Ständer kann gleichzeitig die Vorteile der direkten Luftkühlung nutzen, die eine größere Ausnutzung zulassen.
- – Die Abdichtung des Läuferraums erfolgt durch Dichtungsdeckel, die in die Lagerschilde integriert sind, wodurch sich eine Mehrfachfunktionalität der Lagerschilde ergibt. Durch diese Integration sind keine zusätzlichen Teile notwenig, und durch die direkte Abdichtung gegen die Wicklung wird aufgrund des begrenzten Platzes eine raumoptimale und kostengünstige Abdichtung geschaffen.
- – Ein amagnetischer Ringeinsatz in die Lagerschilde bietet den oben genannten Vorteil, dass nachteilige, magnetische Effekte in den Dichtungsdeckeln (integriert in die Lagerschilde) vermieden werden.
- – Die
Integration des Innenlüfters
29 in den Läuferdruckring führt zu einer platzsparenden und kostensparenden Ausführung. - – Die gleichzeitige Förderung der Kühlluft des Läuferraumes in außenliegende Luftlöcher und in den Luftspalt ergibt eine optimale Kühlung des Läufers.
- – Schließlich hat
die Kombiausführung
des Lagerschilds der Abluftseite des Außenluftkreislaufs für die fremdbelüftete und
eine eigenbelüftete
(mit Lüfter
versehene) Ausführung
den Vorteil, dass das gleiche Lagerschild beide Kühlvarianten
erlaubt. Beim Verzicht auf den Lüfter
bleiben die Abluftlöcher
19 offen, so dass sich für die Kühlluft zusätzliche Strömungswege ergeben.
- - Due to the encapsulated rotor and the draft-ventilated stator, the rotor can be made permanently magnetic, without being exposed to the risk of contamination by iron particles or other magnetizable parts. At the same time, the stand can take advantage of direct air cooling, which allows greater utilization.
- - The seal of the rotor space is made by seal covers, which are integrated in the end shields, resulting in a multiple functionality of the end shields. Due to this integration, no additional parts are necessary, and the direct seal against the winding creates a space-optimal and cost-effective seal due to the limited space.
- - An amagnetic ring insert in the end shields provides the above advantage that adverse, magnetic effects in the seal covers (integrated into the end shields) are avoided.
- - The integration of the internal fan
29 in the rotor pressure ring leads to a space-saving and cost-saving design. - - The simultaneous promotion of the cooling air of the rotor space in the outer air holes and in the air gap results in optimal cooling of the rotor.
- - Finally, the combination version of the end shield of the exhaust air side of the outside air circuit for the externally ventilated and a self-ventilated (provided with fan) design has the advantage that the same end shield allows both cooling variants. When dispensing with the fan, the exhaust holes remain
19 open, so that there are additional flow paths for the cooling air.
Claims (9)
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DE200510057177 DE102005057177A1 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Electrical air-cooled machine, has inner air channels, outer vent holes, air gap, inner cooling ribs having closed cooling circuit with inner ventilator that is integrated into clamping ring of rotor, where bearing plates have magnetic ring |
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- 2005-11-30 DE DE200510057177 patent/DE102005057177A1/en not_active Withdrawn
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