DE102006005316B4

DE102006005316B4 - Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine, elektrische Maschinen mit einer solchen Kühleinrichtung, Dynamoblech sowie Herstellungsverfahren für solche elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE102006005316B4
Application number: DE102006005316.8A
Authority: DE
Inventors: Axel Knauff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: DE102006005316A1; CN101379677B; US7808136B2; CN101379677A; JP2009526506A; WO2007090803A1; US20090026858A1

Abstract

Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (20), wobei an der Außenseite des Stators (2) rinnenförmige und im Wesentlichen axial verlaufende Aussparungen (6) vorhanden sind, welche mittels einer axial verschiebbaren Abdeckung (10) zu Kühlluftkanälen verschließbar sind, dadurch gekennzeichnet,- dass im Wesentlichen axial verlaufende Nuten (11) in den Seitenbereichen (7) einer Aussparung (6) eingebracht sind und- dass die jeweilige Aussparung (6) mittels einer in die Nuten (11) einschiebbaren Abdeckung (10) verschließbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei an der Außenseite des Stators rinnenförmige und im Wesentlichen axial verlaufende Aussparungen vorhanden sind, welche mittels einer Abdeckung zu einem Kühlluftkanal verschließbar sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einer solchen Kühleinrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Dynamoblech für ein Blechpaket eines Stators einer elektrischen Maschine, wobei die Dynamobleche eine kreisförmige Aussparung für einen Rotor der elektrischen Maschine, eine Vielzahl von Statornuten sowie Aussparungen mit einem rinnenförmigen Querschnitt an seinem Außenrand aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator ein Blechpaket aus einer Vielzahl von solchen Dynamoblechen aufweist. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor. Schließlich betrifft die Erfindung Herstellungsverfahren für solche elektrischen Maschinen.
Aus den Patent Abstracts of Japan JP S59 - 194 644 A ist eine elektrische Maschine bekannt, welche an der Außenseite des Stators axial verlaufende Nuten aufweist, die mittels einer Verschlussplatte zu Kühlluftkanälen verschlossen werden können. Die Verschlussplatte weist entlang ihrer Längssymmetrieachse mittig eine Leiste mit einem dreieckförmigen Querschnitt auf. Die Leiste kann in eine an der Außenseite des Stators ausgebildete Montagenut axial eingeschoben werden. Die Montagenut weist einen auf den Querschnitt der Leiste abgestimmten Querschnitt auf.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 04 643 A1 ist ein Linearmotor mit integrierter Kühlung bekannt. Bei dem Linearmotor wird das Primärteil mittels eines Kühlkreislaufes gekühlt, um die durch die stromdurchflossenen Leiterwicklungen erzeugte Verlustwärme abzuführen. In gleicher Weise ist bei einem Asynchron-Linearmotor auch das Sekundärteil zu kühlen, um die durch Wirbelströme erzeugte Verlustleistung abzuführen. Um die im Primär- und/oder Sekundärteil anfallende Verlustwärme mit einfachem Bauaufwand, ohne Erhöhung des Bauvolumens unter Schaffung von weitgehend temperaturneutralen Anschlussflächen, mit denen das Primär- und/oder Sekundärteil an den zu bewegenden Maschinenteilen zu befestigen ist, abführen zu können, wird vorgeschlagen, die Kühlrohre der Kühlkreisläufe für das Primär- und/oder Sekundärteil in Nuten auf deren Rücken- bzw. Anschlussflächen insbesondere mäanderförmig zu verlegen.
Die DE 198 51 439 A1 betrifft eine gattungsgemäße elektrische Maschine, mit einem von einem Gehäuse umgebenen Stator und eine mit dem Gehäuse verbundene Kühlanordnung auf. In den Stator sind am Außenumfang Kühlkanäle und / oder Ausnehmungen integriert. Gehäuse und Stator stehen zumindest bereichsweise flächig miteinander in Kontakt. Der Stator weist in Richtung der Statorachse übereinanderliegende Stanzbleche auf und die Stanzbleche sind so ausgestanzt, dass beim Stapeln der Bleche als Paket zumindest im Paket verlaufende Nuten oder Kanäle ausgebildet sind.
Die DE 33 05 301 A1 betrifft einen elektromotorischen Antrieb für Prozessmaschinen. Dieser Antrieb besteht aus einem Motor, der von einem Mantel, insbesondere aus Edelstahl, dicht umspritzt ist. Eine Grundplatte mit Dichtungseinrichtungen für die Motorwelle und die damit verbundene Welle der Prozessmaschine dient zur Flanschbefestigung an einer Prozessmaschine. In dem Motor ist vorzugsweise als Kanalsystem für ein fluides Medium ein Wärmetauscher angeordnet, der in die Oberfläche des Statorblechpakets eingearbeitet ist.
Die DE 36 29 050 A1 betrifft einen Stator für einen Außenläufer-Elektromotor, bestehend aus Statorwicklungen und einem Statorblechpaket mit in Motoraxialrichtung verlaufenden Schlitzen, in denen Wicklungsdrähte der Statorwicklungen angeordnet sind, und welche Schlitze durch längliche Schlitzabdeckungen abgedeckt sind, die in Längsrichtung in die Schlitze eingeschoben sind und an einem Ende mit einer Endscheibe verbunden sind, die an einem Ende angebracht ist.
Es ist seit langem bekannt, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium zu kühlen. Vorzugsweise wird als gasförmiges Medium Luft und als flüssiges Medium Wasser verwendet. Derartige elektrische Maschinen können eigengekühlt oder fremdgekühlt sein. Im Falle der Luftkühlung spricht man von eigenbelüfteten oder fremdbelüfteten elektrischen Maschinen.
Bei eigenbelüfteten Maschinen erfolgt die Kühlung der elektrischen Maschine typischerweise durch ein auf einem Wellenende der elektrischen Maschine sitzendes Lüfterrad. Bei fremd-belüfteten elektrischen Maschinen geschieht dies mittels eines separaten Gebläses, welches unabhängig von der Umdrehungszahl der elektrischen Maschine einen Kühlluftstrom bereitstellt. Zur Kühlung der elektrischen Maschine kann die Luft durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotor sowie durch Kühlluftkanäle geleitet werden, die im Stator und/oder im Rotor axial verlaufen.
Im Falle einer Flüssigkeitskühlung wird typischerweise Wasser als Kühlmedium verwendet, welches durch metallene Rohre, wie z.B. durch Kupfer- oder Stahlrohre, geleitet wird. Die Rohre können mäanderförmig durch den Stator der elektrischen Maschine verlegt sein. Dazu sind die jeweiligen Kühlrohre an den beiden Stirnseiten der elektrischen Maschine an Umlenkeinrichtungen, wie z.B. an ein U-Rohr oder an eine Umlenkkammer, angeschlossen. Darüber hinaus sind noch ein Kühlwassereinlass und ein Kühlwasserauslass vorhanden. Das erhitzte Kühlwasser wird einem Wärmetauscher oder Rückkühler zugeführt, über den der Großteil der Abwärme der elektrischen Maschine an die Umgebung abgeführt werden kann.
Der Stator einer elektrischen Maschine ist üblicherweise geblecht ausgeführt, um die bei der Erregung entstehenden Wirbelstromverluste zu minimieren. Der Stator ist hierzu als Blechpaket aus einer Vielzahl von dünnen Dynamoblechen in axialer Stapelfolge ausgebildet. Der Rotor kann gleichfalls als Blechpaket ausgebildet sein. Zur Kühlung der elektrischen Maschine sind vor allem im Blechschnitt eines Statordynamoblechs entsprechende Aussparungen, vorzugsweise in Form von Ausstanzungen, vorhanden. Die Ausstanzungen können z.B. kreis-, rechteck- oder dreieckförmig sein. Nach dem Zusammenbau des Blechpaketes entstehen axial verlaufende Kühlkanäle, durch die z.B. Luft zur Kühlung geleitet werden kann.
Im Falle einer Flüssigkeitskühlung der elektrischen Maschine können Metallrohre in die durch die Ausstanzungen entstandenen Kanäle eingepasst werden, wobei der Durchmesser der zumeist kreisförmigen Metallrohre geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der korrespondierenden kreisförmigen Ausstanzung im Dynamoblech. Dadurch ist ein guter Wärmeübergang zwischen dem Blechpaket und der Kühlflüssigkeit gewährleistet.
Eine Flüssigkeitskühlung wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn elektrische Maschinen nahe an ihrer Leistungsgrenze betrieben werden, die abzuführende thermische Verlustleistung also vergleichsweise hoch ist. Die elektrische Anschlussleistung solcher Motoren beträgt typischerweise mehr als 5 kW. Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen sind zudem leiser im Betrieb, da keine Lüfter benötigt werden. Dagegen ist der technische Aufwand für eine Flüssigkeitskühlung im Vergleich zur Luftkühlung erheblich größer.
Für die elektrischen Maschinen werden je nach Kühlart unterschiedliche Gehäuse verwendet. Bei gehäuselosen elektrischen Maschinen können auch beide Kühlarten durch einen geeigneten Blechschnitt der Dynamobleche berücksichtigt werden. So können bei einer Flüssigkeitskühlung Kühlrohre mit einem vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt in entsprechende Kanäle im Blechpaket eingebracht werden. Bei einer Luftkühlung werden die Kanäle mit Luft durchströmt. An den Stirnseiten der elektrischen Maschine können je nach Kühlungsart, insbesondere bei der Flüssigkeitskühlung, noch geeignete Umlenkeinrichtungen oder Umlenkkammern vorhanden sein. Die Anzahl von im Stator einer elektrischen Maschine verlegten Kühlrohren kann im ein- und zweistelligen Bereich liegen.
Der Nachteil dabei ist, dass im Falle einer Flüssigkeitskühlung eine Vielzahl von Rohrverbindungen benötigt wird, um die vielen Kühlrohrenden im hydraulischen Sinne dicht zu verbinden. Dies kann im Falle von Kupferrohren z.B. mittels einer Löt- oder Schraubverbindung erfolgen. Die Herstellung einer solchen Kühleinrichtung ist entsprechend aufwändig.
Zudem besteht das Risiko von Undichtigkeiten aufgrund der hohen Anzahl von Rohrverbindungen. Im Falle einer Undichtigkeit kann Flüssigkeit in die elektrische Maschine gelangen und diese schädigen. Ein dann erforderlicher Austausch der schadhaften Komponenten ist durch die verbundenen Rohrteile der Kühleinrichtung nur mit großem Aufwand möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine anzugeben, welche einen einfacheren Aufbau aufweist und die sowohl für eine Flüssigkeits- als auch für eine Luftkühlung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühleinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Im Anspruch 9 ist eine geeignete elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung angegeben.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Dynamoblech gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 11 und 12 genannt. Im Anspruch 13 ist eine geeignete elektrische Maschine mit einem Blechpaket aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Dynamoblechen angegeben.
In den Ansprüchen 14 und 15 sind Herstellungsverfahren für eine elektrische Maschine angegeben. Verfahrensvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen 16 und 17 genannt.
Erfindungsgemäß sind in den Seitenbereichen einer Aussparung im Wesentlichen axial verlaufende Nuten eingebracht. Die jeweilige Aussparung ist mittels einer in die Nuten einschiebbaren Abdeckung verschließbar.
Mit der Außenseite des Stators ist insbesondere die Mantelfläche der elektrischen Maschine, das heißt die zwischen den Stirnflächen der elektrischen Maschine eingeschlossene Fläche, bezeichnet. Vorzugsweise verlaufen die rinnenförmigen Aussparungen in axialer Richtung, das heißt parallel zur Drehachse des Rotors.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt im einfachen Aufbau der Kühleinrichtung. Dazu ist im Falle einer Flüssigkeitskühlung lediglich das Kühlrohr bzw. der Kühlschlauch von außen in die jeweilige rinnenförmige Aussparung einzubringen. Das Kühlrohr bzw. der Kühlschlauch kann dort z.B. eingeschnappt oder eingepresst werden.
Das Kühlrohr ist im Vergleich zum Kühlschlauch mechanisch stabiler. Zugleich weist dieses einen geringeren Wärmewiderstand und folglich eine höheres Kühlvermögen auf. Dagegen kann der flexible Kühlschlauch einfacher in die entsprechenden Aussparungen eingebracht werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass ein undichtes oder verstopftes Kühlrohr bzw. ein undichter oder verstopfter Kühlschlauch auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Kühlflüssigkeit im Falle von Undichtigkeiten drucklos über die Statoraußenseite abfließen kann. Die Kühlflüssigkeit gelangt folglich nicht in das Innere der elektrischen Maschine.
Im Falle einer Luftkühlung erhält man auf vorteilhaft einfache Weise Kühlluftkanäle, indem die rinnenförmigen Aussparungen mittels zumindest einer Abdeckung zu einem Kühlluftkanal abfließen kann. Die Kühlflüssigkeit gelangt folglich nicht in das Innere der elektrischen Maschine.
Im Falle einer Luftkühlung erhält man auf vorteilhaft einfache Weise Kühlluftkanäle, indem die rinnenförmigen Aussparungen mittels zumindest einer Abdeckung zu einem Kühlluftkanal verschlossen werden. Vorzugsweise wird der jeweilige Kühlluftkanal so abgedeckt, dass die Abdeckungen nahezu bündig mit der Außenfläche des Stators abschließen. Die Abdeckungen können z.B. in die rinnenförmigen Aussparungen eingerastet oder eingeklemmt werden und beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einem Metall gefertigt sein.
Es können darüber hinaus auch Kühlrohre oder Kühlschläuche, die in die rinnenförmigen Aussparungen eingebracht sind, mittels der Abdeckungen, wie z.B. zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen oder zum Sichtschutz, verschlossen werden.
Ein besonderer Vorteil ist es, dass ein einziger Typ einer elektrischen Maschine je nach Einsatzgebiet sowohl mit einer Flüssigkeitskühlung, mit einer Luftkühlung als auch mit einem gemischten Kühlbetrieb versehen werden kann. Dadurch reduziert sich die Lagerhaltung. Die Anzahl der benötigten Komponenten reduziert sich.
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die rinnenförmigen Aussparungen einen U-förmigen Querschnitt auf. Aussparungen mit einem solchen Querschnitt können z.B. mittels eines Fräskopfes oder eines Hobels von außen in den Stator eingebracht werden. Vorzugsweise verlaufen die rinnenförmigen Aussparungen in axialer Richtung. Die rinnenförmigen Aussparungen können aber auch einen rechteckförmigen Querschnitt mit insbesondere im Eckbereich vorgesehenen Anfassungen bzw. Rundungen aufweisen.
Die rinnenförmigen Aussparungen sind insbesondere gleichmäßig über den Umfang des Stators verteilt. Dies ist vorteilhaft bei elektrischen Maschinen, deren Stator einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Im Falle eines mehr oder weniger quadratischen Querschnitts (siehe dazu 1) ist eine Anordnung der rinnenförmigen Aussparungen im Eckbereich vorteilhaft.
Im Eckbereich können zusätzlich konventionelle geschlossene Kühlluftkanäle vorgesehen sein, die einen kreisförmigen, drei- oder viereckigen Querschnitt aufweisen. An diese können rinnenförmige Aussparungen angrenzen. Für Anwendungen, für die eine Luftkühlung ausreichend ist, können diese angrenzenden Aussparungen zu zusätzlichen Kühlluftkanälen verschlossen werden, während bei einer Flüssigkeitskühlung vorzugsweise nur die angrenzenden rinnenförmigen Aussparungen verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Grund der rinnenförmigen Aussparungen halbkreisförmig ausgestaltet. Das Kühlrohr oder der Kühlschlauch weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, der auf die Geometrie der rinnenförmigen Aussparungen abgestimmt ist. Dadurch liegt ein Großteil der Kühlrohroberfläche bzw. der Kühlschlauchoberfläche direkt an der metallischen Innenseite der rinnenförmigen Aussparung an. Dadurch ist in vorteilhafte Weise der Wärmeübergangswiderstand besonders gering und folglich die Kühlleistung sehr hoch. Der Wärmewiderstand kann weiterhin verringert werden, wenn eine wärmeleitfähige Substanz, wie z.B. Wärmeleitpaste, in die rinnenförmige Aussparung eingebracht wird, bevor die Kühlrohre bzw. die Kühlschläuche montiert werden.
Insbesondere ist der Durchmesser des Kühlrohrs bzw. des Kühlschlauchs nur geringfügig geringer als der Durchmesser der Aussparung. Die maximale Weite der rinnenförmigen Aussparung entspricht vorzugsweise dem Durchmesser der Aussparung im Grund. Vorzugsweise ist die Tiefe der Aussparung, das heißt der maximale Abstand zwischen Statoraußenseite und Grund, so bemessen, dass das Kühlrohr bzw. der Kühlschlauch komplett in der Aussparung eingelassen ist. Die Tiefe einer Aussparung ist vorzugsweise so bemessen, dass der Grund einer Aussparung sich außerhalb des magnetisch aktiven Teils des Stators befindet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Seitenbereiche der rinnenförmigen Aussparung durch Wandungen gebildet, deren Dicke derart dünnwandig bemessen ist, dass ein Kühlrohr im mechanisch elastischen Sinne in die jeweilige Aussparung einpressbar ist. Im mechanisch elastischen Sinne bedeutet, dass es weder am Kühlrohr noch an den Wandungen zu mechanischen dauerhaften (plastischen) Verformungen kommt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlrohre oder die Kühlschläuche zumindest teilweise mäanderförmig an der Außenseite des Stators der elektrischen Maschine verlegbar. Der besondere Vorteil dabei ist, dass zum einen keine Rohr- bzw. Schlauchverbindungen an den Stirnseiten der elektrischen Maschinen benötigt werden. Verbindungsstellen, die undicht werden könnten, existieren nicht. Zum anderen vereinfacht sich die Montage des Kühlsystems erheblich. Im einfachsten Fall wird ein durchgehendes verbindungsfreies Kühlrohr, welches mäanderförmig gebogen ist, als ein Bauteil um den Stator der elektrischen Maschine gewickelt und in die rinnenförmigen Aussparungen eingebracht. Im Falle eines Kühlschlauchs kann dieser als Meterware mäanderförmige entlang des Umfangs des Stators verlegt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Anzahl der Kühleinrichtungskomponenten erheblich reduziert wird. Im günstigsten Fall besteht die Kühleinrichtung aus der elektrischen Maschine mit dem den rinnenförmigen Aussparungen, in welches das durchgehende Kühlrohr bzw. der Kühlschlauch verlegt ist. Hinzu kommen die Anschlüsse zum Anschluss an eine Rückkühleinrichtung.
Die rinnenförmigen Aussparungen können auch axial verlaufende Nuten zum Einschieben der Abdeckungen umfassen. Die Abdeckungen können auf einfache Weise von einer Stirnseite des Stators her eingeschoben werden. Die Nuten sind vorzugsweise so ausgespart, dass diese möglichst nahe an der Außenseite des Stators liegen. In diesem Fall schließen die Abdeckungen nahezu bündig mit der Außenseite des Stators ab. Es entsteht zugleich ein Luftkanal mit einer bezogen auf die Außenkontur des Stators maximalen Querschnittsfläche.
Sind die Abdeckungen bandförmig ausgebildet, so lassen sich diese vorteilhaft als Ganzes in die Nuten einer Aussparung einschieben.
Erfindungsgemäß weist eine elektrische Maschine, wie ein Generator oder insbesondere ein Elektromotor, eine solche Kühleinrichtung auf. Eine solche elektrische Maschine weist im Vergleich zu bisher bekannten elektrischen Maschinen vorteilhaft weniger Komponenten auf. Zudem ist eine solche elektrische Maschine in weniger Fertigungs- und Montageschritten herstellbar.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst mit einem Dynamoblech für ein Blechpaket eines Stators einer elektrischen Maschine, wobei das Dynamoblech eine kreisförmige Aussparung für einen Rotor der elektrischen Maschine und eine Vielzahl von Statornuten aufweist. Erfindungsgemäß weist das Dynamoblech Aussparungen mit einem rinnenförmigen Querschnitt an seinem Außenrand auf.
Durch die Aussparungen mit dem rinnenförmigen Querschnitt entstehen beim Zusammenbau des Stators der elektrischen Maschine im Wesentlichen axial verlaufende halboffene Kanäle. Diese halboffenen Kanäle bzw. rinnenförmigen Aussparungen dienen der Aufnahme zumindest eines Kühlrohrs bzw. Kühlschlauchs in der bereits zuvor beschriebenen Art und Weise.
Der Querschnitt der Aussparungen ist vorzugsweise U-förmig und insbesondere halbkreisförmig ausgebildet. Der halbkreisförmige Teil der Aussparung liegt in einem der Außenseite des Stators gegenüberliegenden Bereich. In die rinnenförmigen Aussparungen kann ein im Querschnitt korrespondierendes Kühlrohr bzw. ein im Querschnitt korrespondierender Kühlschlauch zur Kühlung der elektrischen Maschine eingelegt, eingepasst oder eingeschnappt werden. Dadurch liegt ein Großteil der zylindrischen Mantelfläche des Kühlrohrs bzw. des Kühlschlauchs direkt an der Innenseite der rinnenförmigen Aussparung an.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Querschnitt der Aussparungen im Bereich des Außenrands um zumindest zwei sich gegenüberliegende weitere Aussparungen erweitert, die je eine Nut ausbilden. Nach Zusammenbau des Stators aus der Vielzahl der Dynamobleche können in diese Nuten eine oder mehrere Abdeckungen zum Verschließen einer rinnenförmigen Aussparung und zur Bildung eines Kühlluftkanals eingeschoben werden.
Die Aussparungen werden vorzugsweise mittels eines Stanzverfahrens oder mittels eines Laserschneidverfahrens in ein Dynamoblech eingebracht, vorzugsweise zusammen mit den Aussparungen für die kreisförmige Öffnung des Rotors sowie der Statornuten.
Erfindungsgemäß weist eine elektrische Maschine, wie ein Generator oder insbesondere ein Elektromotor, einen Stator auf, der als Blechpaket aus einer Vielzahl von Dynamoblechen gebildet ist. Eine solche elektrische Maschine weist im Vergleich zu bisher bekannten elektrischen Maschinen vorteilhaft weniger Komponenten auf. Zudem ist eine solche elektrische Maschine in weniger Fertigungs- und Montageschritten herstellbar.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, gelöst. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei das Herstellungsverfahren zumindest folgende Schritte umfasst:

a) Einbringen von rinnenförmigen und im Wesentlichen axial verlaufenden Aussparungen an der Außenseite des Stators der elektrischen Maschine,
b) Einbringen zumindest eines Kühlrohrs oder eines Kühlschlauchs in die Aussparungen und/oder
c) Verschließen der Aussparungen mittels zumindest einer Abdeckung zu einem Kühlluftkanal.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Maschinen erheblich vereinfacht. Insbesondere wird das zumindest eine Kühlrohr bzw. der zumindest eine Kühlschlauch zur Herstellung der Kühleinrichtung in einem oder in wenigen Herstellungsschritten in die rinnenförmigen Aussparungen an der Außenseite des Stators der elektrischen Maschine eingebracht. Zudem verringert sich die Herstellungszeit für eine solche elektrische Maschine erheblich.
Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, gelöst. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator aus einem Blechpaket mit einer Vielzahl von Dynamoblechen gebildet wird, in welche je eine kreisförmige Aussparung für den Rotor und eine Vielzahl von Statornuten eingebracht werden, wobei das Herstellungsverfahren zumindest folgende Schritte umfasst:

a) Einbringen von Aussparungen mit einem rinnenförmigen Querschnitt an einem Außenrand des Dynamoblechs,
b) Einbringen zumindest eines Kühlrohrs oder eines Kühlschlauchs in die Aussparungen und/oder
c) Verschließen der Aussparungen mittels zumindest einer Abdeckung zu einem Kühlluftkanal.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Maschinen erheblich vereinfacht. Insbesondere werden bereits bei der Fertigung eines Dynamoblechs, das heißt beim Blechzuschnitt, geeignete Aussparungen vorgesehen, die geeignet sind, das zumindest eine Kühlrohr bzw. den zumindest einen Kühlschlauch nach Zusammenbau des Blechpakets des Stators mit der Vielzahl von Dynamoblechen aufzunehmen. Zudem verringert sich die Herstellungszeit für eine solche elektrische Maschine erheblich.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die rinnenförmigen Aussparungen mittels eines Stanz- oder Laserschneidverfahrens in das jeweilige Dynamoblech eingebracht. Diese Verfahren erlauben eine besonders hohe Fertigungsgeschwindigkeit.
Schließlich ist es besonders vorteilhaft, wenn das zumindest eine Kühlrohr oder der zumindest eine Kühlschlauch zumindest teilweise mäanderförmig in den Aussparungen verlegt wird. Im besten Fall wird ein bereits mäanderförmig vorgebogenes Kühlrohr entlang des Statorumfangs einpasst, eingeklipst oder eingepresst. Es können auch mehrere mäanderförmige vorgebogene Kühlrohre verwendet werden, welche nacheinander oder überlappend entlang des Statorumfangs eingebracht werden.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt

1 eine elektrische Maschine 1 nach dem Stand der Technik,
2 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Stators einer beispielhaften elektrischen Maschine mit zwei rinnenförmigen Aussparungen an der Statoraußenseite gemäß der Erfindung,
3 den Ausschnitt des Stators der beispielhaften elektrischen Maschine gemäß 2 mit in die rinnenförmigen Aussparungen eingebrachten Kühlrohren und
4 den Ausschnitt des Stators der beispielhaften elektrischen Maschine gemäß 2 mit mittels Abdeckungen zu einem Kühlluftkanal verschlossenen rinnenförmigen Aussparungen sowie den Stator in geblechter Ausführung gemäß der Erfindung.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1 nach dem Stand der Technik. Die elektrische Maschine 1 ist z.B. ein Elektromotor oder ein Generator. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 sowie einen Rotor 20 auf. Der Stator 2 weist beispielhaft einen mehr oder weniger quadratischen Querschnitt auf, wobei die Längskanten des Stators 2 stark abgefasst sind.
Üblicherweise ist eine elektrische Maschine 1 zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten geblecht ausgeführt. Dies ist auch im Beispiel der 4 der Fall. Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Dynamo- oder Motorblech des Stators 2 bezeichnet. Eine Vielzahl von Dynamoblechen 4 ist in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 zu einem Blechpaket gestapelt und mittels eines Spannverbands verspannt. Bohrungen 12 dienen zur Aufnahme entsprechender, nicht weiter gezeigter Spannschrauben. Ein Blechpaket kann 100 und mehr Dynamobleche aufweisen.
Mit dem Bezugszeichen 22 ist ein Dynamo- oder Motorblech des Rotors 20 bezeichnet. Das Blechpaket des Rotors 20 sitzt üblicherweise auf einer An- oder Abtriebswelle des elektrischen Maschine 1. Es ist analog zum Ständerblechpaket aufgebaut.
Im Eckbereich des Stators 2 sind beispielhaft rechteck- und dreieckförmige Kühlluftkanäle 3, 13 vorhanden, die durch die entsprechenden Aussparungen in jedem Dynamoblech 4 eines Blechpakets gebildet werden.
Mit den Bezugszeichen 5 und 23 sind Stator- bzw. Rotornuten bezeichnet. In diese können die Wicklungssysteme oder massive Kupferstäbe eingebracht sein.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Stators 2 einer beispielhaften elektrischen Maschine 1 gemäß der Erfindung mit zwei rinnenförmigen, axial verlaufenden Aussparungen 6 an der Statoraußenseite. Zur Veranschaulichung ist nur ein axialer Abschnitt des Stators 2 gezeigt. Darüber hinaus zeigt die 2 eine Anzahl von geschlossenen Luftkanälen 3, 13, die entlang des Umfangs im nicht magnetisch aktiven Teil des Stators 2, insbesondere im Eckbereich des Stators 2, angeordnet sind.
Die Aussparungen 6 weisen gemäß einer Ausführungsform im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt auf, so dass vorteilhaft zur Kühlung der elektrischen Maschine 1 dort je ein Kühlrohr oder ein Kühlschlauch eingebracht werden kann. Vorzugsweise ist der Grund 16 der Aussparungen 6 halbkreisförmig, wie in der 2 gezeigt, ausgestaltet. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Querschnitt der Aussparungen 6 geometrisch auf den Querschnitt des Kühlrohrs bzw. des Kühlschlauchs abgestimmt. Im Falle eines Kühlrohrs stimmen der Kühlrohraußendurchmesser sowie die Innendurchmesser des halbkreisförmigen Grunds 16 in etwa überein. Die rinnenförmige Aussparung 6 gemäß 2 weist in einem Bereich 7 eine maximale Weite auf, die dem Innendurchmesser des halbkreisförmig ausgebildeten Grunds 16 entspricht.
Die rinnenförmigen Aussparungen 6 sind gemäß der Erfindung mittels zumindest einer Abdeckung 10 zu einem Kühlluftkanal verschließbar. In der 4 ist dies im Detail gezeigt. Die Aussparungen 6 können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen axial verlaufende Nuten 11 zum Einschieben dieser Abdeckungen 10 umfassen.
3 zeigt den Ausschnitt des Stators 2 der beispielhaften elektrischen Maschine 1 gemäß 2, wobei in die rinnenförmigen Aussparungen 6 Kühlrohre 9 eingebracht sind. Die gezeigten Abschnitte der Kühlrohre 9 weisen einen kreisförmigen Querschnitt 8 auf. Wie die vorliegende 3 zeigt, liegen die Kühlrohre 9 bündig an der Innenseite der jeweiligen rinnenförmigen Aussparung 6 an. Dies gewährleistet einen besonders niedrigen Wärmeübergangswiderstand zwischen Stator 2 und Kühlrohr 9. Wärmeleitende Stoffe, wie z.B. Wärmeleitpaste oder bandförmige Metalllitzen, die zwischen einer Aussparung 6 und einem Kühlrohr 9 bzw. Kühlschlauch eingebracht werden, können den Wärmeübergangswiderstand weiter absenken.
Gemäß einer Ausführungsform (vergleiche 3) sind die Seitenbereiche 7 einer Aussparung 6 durch Wandungen 15 gebildet, deren Dicke A derart dünnwandig bemessen sein kann, dass ein Kühlrohr 9 im mechanisch elastischen Sinne in die jeweilige Aussparung 6 einpressbar ist. Je nach Abmessungen der elektrischen Maschine 1 und je nach Durchmesser und Rohrwandstärke des verwendeten Kühlrohrs 9 kann die Dicke A im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm liegen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind das zumindest eine Kühlrohr 9 oder der zumindest eine Kühlschlauch zumindest teilweise mäanderförmig an der Außenseite des Stators 2 der elektrischen Maschine 1 verlegbar. So kann es sich bei den in 3 gezeigten Kühlrohrabschnitten 9 auch um ein und dasselbe Kühlrohr 9 handeln. Dazu kann das Kühlrohr 9 im Stirnbereich eine 180°-Biegung aufweisen, deren Durchmesser typischerweise dem Abstand zwischen den in den rinnenförmigen Aussparungen 6 verlegten Kühlrohrabschnitten 9 entspricht.
4 zeigt den Ausschnitt des Stators 2 der beispielhaften elektrischen Maschine 1 gemäß 2 mit mittels Abdeckungen 10 zu einem Kühlluftkanal verschlossenen rinnenförmigen Aussparungen 6 sowie den Stator 2 in geblechter Ausführung gemäß der Erfindung.
Im Beispiel der 4 sind die Abdeckungen 6 gemäß einer weiteren Ausführung bandförmig ausgebildet. Der Querschnitt der Aussparungen 6 ist im Bereich des Außenrands um zumindest zwei sich gegenüberliegende weitere Aussparungen 11 erweitert, die je eine Nut 11 ausbilden. Durch die Ausbildung der Nuten 11 im Außenbereich des Stators 2 schließen die gezeigten Abdeckungen 10 nahezu bündig mit der Statoraußenseite bzw. mit der Oberfläche des Stators 2 ab.
Die 4 zeigt weiterhin den Stator 2, der gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Blechpaket aus einer Vielzahl von Dynamoblechen 4 aufweist. Der in 4 gezeigte Statorabschnitt zeigt beispielhaft fünf Dynamobleche 4.
Gemäß der Erfindung weist ein Dynamoblech 4 eine kreisförmige Aussparung für einen nicht weiter dargestellten Rotor 20 der elektrischen Maschine 1 und eine Vielzahl von Statornuten 5 auf. Weiterhin weist das Dynamoblech 4 Aussparungen 6 mit einem rinnenförmigen Querschnitt an seinem Außenrand 4 auf. Der Querschnitt der Aussparungen 6 ist wieder U-förmig und insbesondere halbkreisförmig ausgebildet. Der halbkreisförmige Abschnitt der Aussparung 6 liegt in einem der Außenseite des Stators 2 gegenüberliegenden Bereich.
Typischerweise sind gemäß einer weiteren Ausführungsform alle gezeigten Aussparungen 5, 6, 11 mittels eines Stanzverfahrens oder mittels eines Laserschneidverfahrens hergestellt. Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine 1, insbesondere für einen Elektromotor, mit einem Stator 2 und einem Rotor 20. Erfindungsgemäß sind axial verlaufende rinnenförmige Aussparungen 6 an der Außenseite des Stators 2 vorhanden, in welche ein Kühlrohr 9 oder ein Kühlschlauch einbringbar ist und/oder welche mittels einer Abdeckung 10 zu einem Kühlluftkanal verschließbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine 1 mit einer solchen Kühleinrichtung. Die Erfindung betrifft ein Dynamoblech 4 für ein Blechpaket eines Stators 2, wobei unter anderem das Dynamoblech 4 eine Vielzahl von Statornuten 5 sowie Aussparungen 6 mit einem rinnenförmigen Querschnitt am Außenrand aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine 1, deren Stator 2 ein Blechpaket aus einer Vielzahl von solchen Dynamoblechen 4 aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung Herstellungsverfahren für derartige elektrische Maschinen 1. Die Kühlrohre 9 bzw. Kühlschläuche werden zur Kühlung von außen in die halboffenen rinnenförmigen Aussparungen 6 eingebracht.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt im einfachen Aufbau der Kühleinrichtung. Das Kühlrohr 9 bzw. der Kühlschlauch braucht lediglich in die rinnenförmigen Aussparungen 6 eingeschnappt oder eingepresst zu werden. Im Falle einer Flüssigkeitskühlung können undichte Kühlrohre 9 oder Kühlschläuche auf einfache Weise ausgetauscht werden. Bei einer Undichtigkeit kann die Kühlflüssigkeit drucklos über die Statoraußenseite abfließen und gelangt folglich nicht in das Innere der elektrischen Maschine 1. Im Falle einer Luftkühlung erhält man auf vorteilhaft einfache Weise Kühlluftkanäle, indem die rinnenförmigen Aussparungen 6 mittels einer Abdeckung 10 zu einem Kühlluftkanal verschlossen werden. Ein besonderer Vorteil ist es, dass ein einziger Typ einer elektrischen Maschine 1 je nach Einsatzgebiet sowohl mit einer Flüssigkeitskühlung, mit einer Luftkühlung als auch mit einem gemischten Kühlbetrieb eingesetzt werden kann.

Claims

Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (20), wobei an der Außenseite des Stators (2) rinnenförmige und im Wesentlichen axial verlaufende Aussparungen (6) vorhanden sind, welche mittels einer axial verschiebbaren Abdeckung (10) zu Kühlluftkanälen verschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, - dass im Wesentlichen axial verlaufende Nuten (11) in den Seitenbereichen (7) einer Aussparung (6) eingebracht sind und - dass die jeweilige Aussparung (6) mittels einer in die Nuten (11) einschiebbaren Abdeckung (10) verschließbar ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (11) möglichst nahe an der Außenseite des Stators (2) angeordnet sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckungen (6) bandförmig ausgebildet sind.
Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlrohr (9) oder ein Kühlschlauch in die Aussparungen (6) einbringbar ist.
Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (6) einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass der Grund (16) der Aussparungen (6) halbkreisförmig ausgestaltet ist und - dass der Querschnitt der Aussparungen (6) geometrisch auf den Querschnitt des aufzunehmenden Kühlrohrs (9) oder Kühlschlauchs abgestimmt ist, wobei der Querschnitt des Kühlrohrs (9) oder Kühlschlauchs insbesondere kreisförmig ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenbereiche (7) der Aussparung (6) durch Wandungen (15) gebildet sind, deren Dicke (A) derart dünnwandig bemessen ist, dass das Kühlrohr (9) im mechanisch elastischen Sinne in die jeweilige Aussparung (6) einpressbar ist.
Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kühlrohr (9) oder der zumindest eine Kühlschlauch zumindest teilweise mäanderförmig an der Außenseite des Stators (2) der elektrischen Maschine (1) verlegbar ist.
Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, mit einer Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Dynamoblech für ein Blechpaket eines Stators (2) einer elektrischen Maschine (1), wobei das Dynamoblech (4) eine kreisförmige Aussparung für einen Rotor (20) der elektrischen Maschine (1), eine Vielzahl von Statornuten (5) sowie Aussparungen (6) mit einem rinnenförmigen Querschnitt an seinem Außenrand aufweist, dadurch gekennzeicnet, dass der Querschnitt der Aussparungen (6) im Bereich des Außenrandes um zumindest zwei sich gegenüberliegende weitere Aussparungen erweitert ist, die je eine Nut (11) ausbilden.
Dynamoblech nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Aussparungen (6) U-förmig, insbesondere halbkreisförmig, ist.
Dynamoblech nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (5, 6, 11) mittels eines Stanzverfahrens oder mittels eines Laserschneidverfahrens hergestellt sind.
Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, mit einem Stator (2) und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) ein Blechpaket aus einer Vielzahl von Dynamoblechen (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 aufweist.
Herstellungsverfahren für eine elektrische Maschine (1), insbesondere für einen Elektromotor, wobei die elektrische Maschine (1) einen Stator (2) und einen Rotor (20) aufweist und wobei das Herstellungsverfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Einbringen von rinnenförmigen und im Wesentlichen axial verlaufenden Aussparungen (6) an der Außenseite des Stators (2) der elektrischen Maschine (1), wobei der Querschnitt der Aussparungen (6) zur Außenseite hin um zumindest zwei sich gegenüberliegende weitere Aussparungen erweitert ist, die je eine Nut (11) ausbilden, b) Einbringen zumindest eines Kühlrohrs (9) oder eines Kühlschlauchs in die Aussparungen (6) und/oder c) Verschließen der Aussparungen (6) mittels zumindest einer Abdeckung (10) zu einem Kühlluftkanal.
Herstellungsverfahren für eine elektrische Maschine (1), insbesondere für einen Elektromotor, wobei die elektrische Maschine (1) einen Stator (2) und einen Rotor (20) aufweist und wobei der Stator (2) aus einem Blechpaket mit einer Vielzahl von Dynamoblechen (4) gebildet wird, in welche je eine kreisförmige Aussparung für den Rotor (20) und eine Vielzahl von Statornuten (5) eingebracht werden, wobei das Herstellungsverfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Einbringen von rinnenförmigen und im Wesentlichen axial verlaufenden Aussparungen (6) an einem Außenrand des Dynamoblechs (4), wobei der Querschnitt der Aussparungen (6) im Bereich des Außenrandes um zumindest zwei sich gegenüberliegende weitere Aussparungen erweitert ist, die je eine Nut (11) ausbilden, b) Einbringen zumindest eines Kühlrohrs (9) oder eines Kühlschlauchs in die Aussparungen (6) und/oder c) Verschließen der Aussparungen (6) mittels zumindest einer Abdeckung (10) zu einem Kühlluftkanal.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die rinnenförmigen Aussparungen (6) mittels eines Stanz- oder Laserschneidverfahrens in das jeweilige Dynamoblech (4) eingebracht werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kühlrohr (6) oder der zumindest eine Kühlschlauch zumindest teilweise mäanderförmig in den Aussparungen (6) verlegt wird.