DE102007045267A1

DE102007045267A1 - Gehäuselose dynamoelektrische Maschine

Info

Publication number: DE102007045267A1
Application number: DE200710045267
Authority: DE
Inventors: Christoph Stuckmann; Sebastian Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-16
Also published as: WO2009040212A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gehäuselose dynamoelektrische Maschine mit einem Ständer und einem Rotor, wobei der Ständer aus axial geschichteten Elektroblechlamellen (1) aufgebaut ist, die zum Luftspalt gewandten Nuten (2) und Zähne (3) ausbilden, wobei in den Nuten (2) ein Wicklungssystem angeordnet ist, das einen magnetischen Fluss generiert und wobei die Elektroblechlamellen (1) in Umfangsrichtung betrachtet zumindest abschnittsweise axial verlaufende Ausnehmungen (5) in einem die Zähne elektromagnetisch verbindenden Jochrücken (4) aufweisen, wobei zumindest einige Ausnehmungen (5) mit Kühlrohren (6) versehen sind und zumindest diese Ausnehmungen mit innerhalb der Elektroblechlamelle (1) verlaufenden magnetischen Flusssperren (7) versehen sind, so dass keine radialen Feldkomponenten den die Kühlrohre (6) umgebenden Kühlrohrteilkreis durchsetzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine gehäuselose elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Rotor, wobei der Ständer aus axial geschichteten Elektroblechlamellen aufgebaut ist, die zum Luftspalt gewandt Nuten und Zähne ausbilden, wobei in den Nuten ein Wicklungssystem angeordnet ist, das einen Feldaufbau generiert und wobei die Elektroblechlamellen in Umfangsrichtung betrachtet zumindest abschnittsweise axial verlaufende Ausnehmungen in einem um die Zähne elektromagnetisch verbindenden Jochrücken aufweist.
Elektrische Maschinen weisen physikalisch bedingt während ihres Betriebs Verluste auf, u. a. Hysterese-, Wirbelstrom- und Eisenverluste, die durch geeignete Kühlmaßnahmen abgeführt werden müssen. Dabei werden luftgekühlte Maschinen als auch flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen eingesetzt.
Um eine Flüssigkeitskühlung, insbesondere eine Wasserkühlung, in eine gehäuselose elektrische Maschine zu integrieren, muss das Kühlwasser durch den Aktivteil des Ständers geleitet werden. Eine zuverlässige Methode ist, Rohre in gestanzte Ausnehmungen des Aktivteils des Ständers einzubringen. Dabei ist zu beachten, dass die Kühlrohre nicht in Gebieten des Aktivteils des Ständers liegen, die vom magnetischen Fluss durchsetzt werden, da die Kühlrohre die einzelnen Elektroblechlamellen kurzschließen, aus denen der Ständer geschichtet aufgebaut ist. Damit würden die in den Kühlrohren induzierten Spannungen über die vielen Kurzschlussschleifen zwischen Elektroblechlamellen und Kühlrohr weitere hohe Verluste erzeugen.
Bei sehr kompakt aufgebauten gehäuselosen elektrischen Maschinen liegen Gebiete des Elektroblechquerschnitts, der nicht radial vom Magnetfeld durchsetzt wird, am äußeren Rand des Querschnitts, beispielsweise in den Ecken. Dort haben aber die Kühlrohre aufgrund des Abstands zu den Wärmequellen, wie beispielsweise der Wicklung den kleinstmöglichen Kühleffekt.
Um nunmehr die Kühlrohre näher an die Verlustquellen zu bringen, könnten die Kühlrohre mit einer elektrisch isolierten Schicht versehen werden, die aber normalerweise schlechte Wärmeleiteigenschaften aufweist, so dass damit der Kühleffekt reduziert würde.
Aus der DE 100 27 307 A1 ist beispielsweise ein luftgekühltes Ständerblechpaket einer gehäuselosen elektrischen Maschine bekannt.
Aus der DE 197 42 255 C1 ist eine gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlrohren bekannt, die in den Eckbereichen eines Ständerblechpakets angeordnet sind. Dabei sind Kühlmittelrohre in Aussparungen eingesetzt.
Nachteilig dabei ist jeweils, dass sobald eine Flüssigkeitskühlung mit ausreichender Effizienz eingesetzt wird, d. h. ohne isolierende Beschichtung der Kühlrohre auskommt, sich aufgrund der physikalischen Gegebenheiten die oben genannten Effekte aufgrund des die Kühlrohre durchsetzten Magnetfeldes ergeben, so dass weitere Verluste entstehen.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gehäuselose dynamoelektrische Maschine zu schaffen, bei der mit einer effizienten Kühlung die möglichst im Bereich der Wärmequellen angeordnet ist, ein kompakter Aufbau der dynamoelektrischen Maschine gewährleistet werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine gehäuselose dynamoelektrische Maschine mit einem Ständer und einem Rotor, wobei der Ständer aus axial geschichteten Elektroblechlamellen aufgebaut ist, die zum Luftspalt gewandt Nuten und Zähne ausbilden, wobei in den Nuten ein Wicklungssystem angeordnet ist, das einen magnetischen Fluss generiert und wobei die Elektroblechlamellen in Umfangsrichtung betrachtet zumindest abschnittsweise axial verlaufende Ausnehmungen in einem die Zähne elektromagnetisch verbindenden Jochrücken aufweisen, wobei zumindest einige Ausnehmungen mit Kühlrohren versehen sind und zumindest diese Ausnehmungen mit innerhalb der Elektroblechlamelle verlaufenden magnetischen Flusssperren versehen sind, so dass keine radialen Feldkomponenten den die Kühlrohre umgebenden Kühlrohrteilkreis durchsetzen.
Insbesondere die Ausnehmungen, die mit Kühlrohren versetzt werden, werden mit Flusssperren versehen, so dass sich die oben genannten physikalischen Effekte nicht einstellen können. Damit ist eine effiziente Kühlung der dynamoelektrischen Maschine in unmittelbarer Nähe ihrer Wärmequellen, wie Wicklung und Joch gewährleistet.
Die Kühlrohre sind aufgrund der Anforderungen an eine gute Wärmeleitfähigkeit insbesondere aus Edelstahl oder Kupfer gefertigt.
Die Ausnehmungen, in denen die Kühlrohre positioniert sind, sind zu einem kleinen Teil offen gestaltet, so dass sich eine ausreichende Anpressung des Blechpakets an das Kühlrohr ergibt, aber gleichzeitig eine geringe Öffnung in Umfangsrichtung betrachtet, so dass sich damit eine magnetische Flusssperre einstellt.
Vorteilhafterweise ist aber die radiale Ausdehnung der Flusssperre größer als das dreifache des Durchmessers des Kühlrohrs. Damit wird eine ausreichende Unterdrückung der oben beschriebenen Effekte erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befinden sich insbesondere in den Eckbereichen der gehäuselosen dynamoelektrischen Maschine größere Ausnehmungen, die Form eines Drei- oder Mehreckes haben, so dass sich in den Ecken der Ausnehmung die Kühlrohre befinden. Jeder Eckpunkt ist dabei zu der zentralen Öffnung über einen schmalen Schlitz verbun den, so dass sich um jedes Kühlrohr eine Flusssperre ergibt, die keine radialen Feldkomponenten zulässt.
Um den Effekt zusätzlich zu verstärken, ohne die Elektroblechdurchmesser zu vergrößern, sind insbesondere zwischen den Ausnehmungen zusätzliche Flusssperren ohne Kühlrohre vorgesehen, die aufgrund der vorgebbaren Stanzwerkzeuge beliebig gestaltet und angeordnet werden können.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Zeichnung zu entnehmen; dabei zeigen
1 einen Elektroblechquerschnitt,
2 eine Detaildarstellung,
3, 4 weitere Ausführungsformen.
1 zeigt einen Querschnitt einer Elektroblechlamelle 1, mit Zähnen 3 und Nuten 2, die zu einem Luftspalt 9, der nicht näher dargestellten gehäuselosen dynamoelektrischen Maschine weisen. In den Nuten 2 ist ein nicht näher dargestelltes Wicklungssystem vorhanden, das an den Stirnseiten der dynamoelektrischen Maschine Wickelköpfe bildet. Das Wicklungssystem kann dabei ein klassisches gesehntes Wicklungssystem oder auch aus Zahnspulen aufgebaut sein.
Im Jochrücken 4, der die Zähne 3 elektromagnetisch verbindet und zur Flussleitung dient, befindet sich insbesondere in den Eckbereichen Ausnehmungen 5, wobei in deren Eckbereiche Kühlrohre 6 positioniert sind. Die Kühlrohre 6 sind somit in einigen Eckpunkten der Ausnehmung 5 positioniert.
Vorteilhafterweise sind die Kühlrohre 6 in den Eckbereichen der Ausnehmung 5 angeordnet, wobei die Eckbereiche zur Ausnehmung selbst schmale Spalte aufweisen, die als Flusssperre 7 fungieren.
Um diesen parasitären magnetischen Fluss weiter zu reduzieren sind in diesem Ausführungsbeispiel zusätzliche Flusssperren 8 vorgesehen, die in diesem Fall zwischen den Ausnehmungen 5 angeordnet sind.
Vorteilhafterweise sind diese Flusssperren 8 Ausstanzungen in den Elektroblechen; diese Ausstanzungen können aber auch mit einem nicht leitenden Material gefüllt sein.
Damit werden die Bereiche, in denen der magnetische Fluss die Kühlrohre 6 radial durchsetzen kann, noch geringer, so dass in den Kühlrohren 6 nahezu keine Spannungen über Kurzschlussschleifen zwischen Elektroblechlamelle 1 und Kühlrohr 6 erzeugt werden.
Damit können die dynamoelektrischen gehäuselosen Maschinen noch kompakter ausgeführt werden, da kein zusätzlicher "Sicherheitsabstand" der metallenen Kühlrohre 6 zu den Wärmequellen und damit zu dem magnetischen Fluss eingehalten werden muss.
2 zeigt in einer Detaildarstellung die Flusssperre 7 in den Ausnehmungen 5, wobei dabei besonders gut zu sehen ist, dass das Elektroblechlamelle 1 das Kühlrohr 6 nur zum Teil direkt umgibt.
3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen der Elektroblechlamelle 1 mit zusätzlichen Flusssperren 10, 11, die eine weitere Führung des magnetischen Flusses, insbesondere zur Vermeidung von Wirbelströmen in den Kühlrohren 6 beinhalten.
Durch die Flusssperren 10, im Zusammenhang mit den Ausbeulungen in der Ausnehmung 5, wo die Kühlrohre 6 positioniert sind, wird erreicht, dass im Bereich jeweils zwischen den Ausnehmungen 5, in der Flusskomponente mit vektorieller negativer als auch positiver Orientierung vorhanden sind, eine zumindest teilweise Kompensation der induzierten Spannung eintritt.
Derartige kompakte gehäuselose dynamoelektrische Maschinen eignen sich insbesondere für Werkzeugmaschinen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10027307 A1 [0006]
- DE 19742255 C1 [0007]

Claims

Gehäuselose dynamoelektrische Maschine mit einem Ständer und einem Rotor, wobei der Ständer aus axial geschichteten Elektroblechlamellen (1) aufgebaut ist, die zum Luftspalt gewandt Nuten (2) und Zähne (3) ausbilden, wobei in den Nuten (2) ein Wicklungssystem angeordnet ist, das einen magnetischen Fluss generiert und wobei die Elektroblechlamellen (1) in Umfangsrichtung betrachtet zumindest abschnittsweise axial verlaufende Ausnehmungen (5) in einem die Zähne elektromagnetisch verbindenden Jochrücken (4) aufweisen, wobei zumindest einige Ausnehmungen (5) mit Kühlrohren (6) versehen sind und zumindest diese Ausnehmungen mit innerhalb der Elektroblechlamelle (1) verlaufenden magnetischen Flusssperren (7) versehen sind, so dass keine radialen Feldkomponenten den die Kühlrohre (6) umgebenden Kühlrohrteilkreis durchsetzen.
Gehäuselose dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kühlrohren (6) versehenen Ausnehmungen (5) in Umfangsrichtung betrachtet fast vollständig geschlossen sind und somit durch den offenen Kreis eine Flusssperre (7) bilden.
Gehäuselose dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung dieser Flusssperre (7) größer als das dreifache des Durchmessers des Kühlrohres (6) ist.
Gehäuselose dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlrohre (6) in den Ecken einer drei- oder mehreckigen Ausnehmung (5) befinden.
Gehäuselose dynamoelektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Flusssperren (8) im Bereich der Ausnehmungen (5) mit Kühlrohren (6) im Jochrücken angeordnet sind.
Gehäuselose dynamoelektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich diese Ausnehmungen (5) und/oder die Flusssperren (8) in den Eckbereichen der gehäuselosen elektrischen Maschine und damit den Elektroblechlamellen (1) befinden.
Gehäuselose dynamoelektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (6) aus Edelstahl oder Kupfer sind.