DE102009031467B4

DE102009031467B4 - Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung und Verfahren zum Kühlen

Info

Publication number: DE102009031467B4
Application number: DE102009031467.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Dreher
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: DE102009031467A1

Abstract

Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung,wobei das Gehäuse ein Mittelstück umfasst, an dessen beiden axialen Endbereichen jeweils ein Lagerschild dicht verbunden ist, welches jeweils ein Lager zur Lagerung der Rotorwelle des Elektromotors aufnimmt,dadurch gekennzeichnet, dassan der dem Mittelstück zugewandten Seite des ersten Lagerschilds zwei Ausnehmungen vorgesehen sind,wobei im Mittelstück durchgehende als Kühlkanäle ausgebildete Ausnehmungen angeordnet sind, die jeweils in eine der Ausnehmungen des ersten Lagerschildes einmünden,wobei an der dem Mittelstück zugewandten Seite des zweiten Lagerschilds eine Ausnehmung vorgesehen ist, in welche alle Kühlkanäle einmünden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung und ein Verfahren zum Kühlen.
Aus der EP 0 585 644 A1 ist eine oberflächengekühlte geschlossene elektrische Maschine bekannt.
Aus der DE 17 03 783 C3 ist ein Motorpumpenaggregat bekannt.
Aus der DE 101 41 693 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt.
Aus der DE 198 49 573 A1 ist ein Elektromotor mit Kühlung bekannt.
Aus der US 3 456 140 A ist die Kühlung einer dynamoelektrischen Maschine bekannt.
Aus der DE 10 2004 013 133 A1 eine elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung bekannt.
Aus der US 6 515 384 B1 ist ein Motor mit gleichmäßiger Kühlung bekannt.
Aus der DE 10 2005 044 832A1 ist eine elektrische Maschine bekannt.
Aus der US 5 616 973 A ist ein Pumpenmotor bekannt.
Aus der DE 10 2004 050 645 A1 ist ein Gehäuse einer elektrischen Maschine mit in einer Gehäusewand verlaufenden Kühlkanälen bekannt.
Aus der DE 10 2007 003 247 A1 ist ein Kühlsystem für Elektromotoren mit konzentrierten Wicklungen bekannt.
Aus der DE 10 2005 002 897 A1 ist eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine mit Gussgehäuse bekannt.
Aus der DE 18 01 054 A1 ist eine elektrische Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer bekannt.
Aus der DD 16 970 A1 ist ein Verfahren zur Leistungserhöhung elektrischer Maschinen durch Verbesserung der Kühlung bekannt.
Aus der DE 81 27 137 U1 ist ein Kleinmotor bekannt.
Aus der DE 197 52 003 A1 ist eine Seilwinde mit flüssigkeitsgekühltem Elektromotor bekannt.
Aus der US 2006 / 0 043 801 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Reluktanzmotor bekannt.
Aus der DE 10 2006 042 160 A1 ist ein thermoelektrisches Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug bekannt.
Aus der DE 198 46 949 A1 ist eine Fahrzeugklimaanlage bekannt.
Aus der DE 2 445 065 A1 ist eine Kühlvorrichtung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung Weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung sind, dass der Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung,
wobei das Gehäuse ein Mittelstück umfasst, an dessen beiden axialen Endbereichen jeweils ein Lagerschild dicht verbunden ist, welches jeweils ein Lager zur Lagerung der Rotorwelle des Elektromotors aufnimmt,
wobei an der dem Mittelstück zugewandten Seite des ersten Lagerschilds zwei Ausnehmungen vorgesehen sind,
wobei im Mittelstück durchgehende als Kühlkanäle ausgebildete Ausnehmungen angeordnet sind die jeweils in eine der Ausnehmungen des ersten Lagerschildes einmünden,
wobei an der dem Mittelstück zugewandten Seite des zweiten Lagerschilds eine Ausnehmung vorgesehen ist, in welche alle Kühlkanäle einmünden.
Von Vorteil ist dabei, dass eine leistungsfähige effektive Kühlung bereit stellbar ist, indem die notwendigen Teile des Motors entsprechende Ausnehmungen und/oder Kühlkanäle aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mit der ersten Ausnehmung am ersten Lagerschild ein Einlass verbunden zum Einlassen des Kühlmittels und Weiterleiten zur ersten Ausnehmung
und mit der zweiten Ausnehmung am ersten Lagerschild ist ein Auslass verbunden zum Auslassen des Kühlmittels aus der zweiten Ausnehmung. Von Vorteil ist dabei, dass das Lagerschild einerseits die Funktion der Aufnahme eines Lagers der Rotorwelle und andererseits die Funktion der Aufspreizung des Kühlmittelstroms in die einzelnen Kühlkanäle bewirkt. Das Lagerschild ist also auch ein Verteiler für den Kühlmittelstrom. Ebenso ist die zweite Ausnehmung als Sammelbehälter für das aus den Kühlkanälen ausströmende Kühlmittel geeignet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste und zweite Ausnehmung am ersten Lagerschild halbringförmig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die erste Ausnehmung ein Verteiler und die zweite Ausnehmung als Sammelvorrichtung für den Auslass dient.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausnehmung am zweiten Lagerschild ringförmig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Verteilen des einströmenden Kühlmittelstroms in durch die Kühlkanäle ausströmende Kühlmittelströme ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet die Hälfte der Kühlkanäle in die erste Ausnehmung am ersten Lagerschildes und die zweite Hälfte der Kühlkanäle in die zweite Ausnehmung am zweiten Lagerschild. Von Vorteil ist dabei, dass der durch die Kanäle in die ringförmige Ausnehmung einströmende Strom dem daraus ausströmenden Strom gleicht und der Strömungswiderstand sich gleichmäßig aufteilt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kühlkanäle in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass eine am Umfang gleichmäßige Kühlung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Statorblechpaket des Elektromotors kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Mittelstück verbunden, insbesondere gut wärmeleitend. Von Vorteil ist dabei, dass die im Stator, insbesondere in der Statorwicklung, entstehende Wärme mit geringem Wärmeübergangswiderstand in das gekühlte Mittelstück durchleitbar ist.
Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittelstück als Statorblechpaket ausgeführt, also nach innen gerichtete Zähne aufweist, auf die die Statorwicklungen aufgewickelt vorgesehen sind. Von Vorteil ist dabei, dass die in den Statorwicklungen entstandene Wärme direkt in das Statorblechpaket abführbar ist.
Wichtig bei dem Verfahren ist, dass Einlass und Auslass zeitabschnittsweise vertauscht werden, insbesondere ständig wiederholend. Somit ist der Temperaturgradient zwischen Einlass und Auslass und somit auch den entsprechend nacheinander gekühlten Oberflächenbereichen des Motors weiter verringerbar. Realisierbar ist dies beispielsweise durch ein Umschaltventil, das entsprechend angesteuert wird, beispielsweise im Sekundentakt oder Minutentakt umschaltet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßer wassergekühlter Elektromotor schematisch skizziert und Teile für ein konkreteres Ausführungsbeispiel hierzu in den 2, 3, 4, 5 gezeigt.

Dabei ist die Rotorwelle des Elektromotors in Lagerschilden 2 und 6 gelagert, zwischen denen ein Mittelstück 1 angeordnet ist, das den Stator des Elektromotors umgibt. Die bei Betrieb erzeugte Wärme des Stators wird zum wesentlichen Teil über das Mittelstück 1 an die Umgebung und/oder ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder Gas, abgeführt.
Das Kühlmittel wird über einen Einlass 4 in einen Nutbereich 9 eingeführt, der als halbringförmige Ringnut 9 im Lagerschild 2 ausgeführt ist. Die halbringförmige Ringnut 9 ist nur in der oberen Hälfte des Lagerschilds ausgeführt. In der unteren Hälfte ist eine mittels einer Trennwand 3 von der halbringförmigen Ringnut 9 abgetrennte halbringförmige Ringnut 10 angeordnet, die wiederum einen Auslass 5 für das Kühlmittel aufweist.
Das Mittelstück 1 weist an seinem Umfang Kanäle 7 auf, die in axialer Richtung verlaufen.
Das Lagerschild 6 weist eine ringförmige Nut 11 auf, in die die Kanäle 7 mit ihrem entsprechenden Endbereich einmünden.
Somit wird das über den Einlass 4 einfließende Kühlmittel an die in die Ringnut 9 mündenden Kanäle 7 verteilt, durchströmt diese Kanäle und wird in der Ringnut 11 im Lagerschild 6 am gesamten Umfang verteilt, so dass das Kühlmittel durch diejenigen Kanäle zurückströmt, welche in den halbringförmigen Ringnutbereich 10 des Lagerschildes 2 einmünden. Von dort entweicht es durch den Auslass 5.
Auf diese Weise ist bei geeigneter Strömungsgeschwindigkeit ein gleichmäßiges Entwärmen des Stators des Elektromotors ermöglicht. Denn die obere Hälfte des Mittelstücks 1 wird gleichförmig durchströmt; ebenso wird die untere Hälfte gleichförmig durchströmt. Somit entstehen im Gegensatz zu einer mäanderförmigen Durchströmungsanordnung im oberen und im unteren Bereich im Wesentlichen keine mechanischen Spannungen. Die Temperaturdifferenz zwischen oberer und unterer Hälfte ist mittels der Strömungsgeschwindigkeit beeinflussbar.
Zwischen den Lagerschilden (2, 6) und dem Mittelstück 1 ist jeweils eine Dichtung 8 vorgesehen.
Die Lagerschilde (2, 6) und das Mittelstück 1 sind mittels in Bohrungen 20 vorgesehenen Verbindungsschrauben verbunden, so dass die Dichtung 8 als Ringdichtung derart verformbar ist, dass die Lagerschilde mit dem Mittelstück 1 dicht verbunden sind.
Die Erfindung umfasst auch die umgekehrte Fließrichtung des Kühlmediums in 1, also bei Vertauschen von Einlass 4 und Auslass 5.
In der 2 ist das Lagerschild 2 in einer konkreten Ausführung in Vorderansicht gezeigt. In der 3 ist das Lagerschild 6 in einer konkreten Ausführung in Vorderansicht gezeigt. In der 4 ist ein Querschnitt durch das Mittelstück 1 gezeigt.
In der 5 ist ein Elektromotor in transparenter Darstellung gezeigt, wobei die Kühlkanäle in Schrägansicht erkennbar sind.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist das Mittelstück 1 aus in axialer Richtung aufeinander gestapelt vorgesehenen Einzelblechstücken zusammengesetzt.
Bezugszeichenliste

1: Mittelstück
2: Lagerschild
3: Trennwand
4: Einlass für Kühlmittel
5: Auslass für Kühlmittel
6: Lagerschild
7: Kanal
8: Dichtung
9: halbringförmige Ringnut
10: halbringförmige Ringnut
11: ringförmige Ringnut
20: Bohrung für Verbindungsschrauben

Claims

Elektromotor mit Gehäuse und Kühlanordnung, wobei das Gehäuse ein Mittelstück umfasst, an dessen beiden axialen Endbereichen jeweils ein Lagerschild dicht verbunden ist, welches jeweils ein Lager zur Lagerung der Rotorwelle des Elektromotors aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Mittelstück zugewandten Seite des ersten Lagerschilds zwei Ausnehmungen vorgesehen sind, wobei im Mittelstück durchgehende als Kühlkanäle ausgebildete Ausnehmungen angeordnet sind, die jeweils in eine der Ausnehmungen des ersten Lagerschildes einmünden, wobei an der dem Mittelstück zugewandten Seite des zweiten Lagerschilds eine Ausnehmung vorgesehen ist, in welche alle Kühlkanäle einmünden.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Ausnehmung am ersten Lagerschild ein Einlass verbunden ist zum Einlassen des Kühlmittels und Weiterleiten zur ersten Ausnehmung und mit der zweiten Ausnehmung am ersten Lagerschild ein Auslass verbunden ist zum Auslassen des Kühlmittels aus der zweiten Ausnehmung.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Ausnehmung am ersten Lagerschild halbringförmig ausgeführt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung am zweiten Lagerschild ringförmig ausgeführt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälfte der Kühlkanäle in die erste Ausnehmung am ersten Lagerschild und die zweite Hälfte der Kühlkanäle in die zweite Ausnehmung am ersten Lagerschild mündet.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket des Elektromotors kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Mittelstück verbunden ist, insbesondere gut wärmeleitend.
Elektromotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelstück als Statorblechpaket ausgeführt ist, also nach innen gerichtete Zähne aufweist, auf die die Statorwicklungen aufgewickelt vorgesehen sind.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel von einer ersten Ausnehmung im ersten Lageschild über eine erste Menge an Kühlstäben zu der Ausnehmung am zweiten Lageschild geleitet und von dort über die anderen Kühlstäbe zu einer zweiten Ausnehmung am ersten Lagerschild geleitet wird.
Elektromotor nach einem den Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass und Auslass vertauscht sind.
Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass und Auslass zeitabschnittsweise vertauscht werden, insbesondere ständig wiederholend.