DE102009047215A1 - Electrical machine e.g. generator, has heat transferring unit arranged in cooling channel, where longitudinal extension of unit runs from inner side to outer side of cooling channel in radial direction that runs with respect to machine axle - Google Patents

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Uwe Knappenberger
Daniel Kuehbacher
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Abstract

The machine has a housing (1) and a cooling channel (9) that is formed in a mantle of the housing. A heat transferring unit (10) e.g. bar and column, is arranged and uniformly distributed in the cooling channel, where a longitudinal extension of the heat transferring unit runs from an inner side of the cooling channel to an outer side of the cooling channel in a radial direction that runs with respect to a machine axle (6).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to an electric machine according to the preamble of the main claim.

Es ist schon eine elektrische Maschine aus der DE 101 41 693 A1 bekannt mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse ausgebildeten Kühlkanal. In dem Kühlkanal sind viele parallel verlaufende Leitstege angeordnet, die die Strömung in axialer Richtung bezüglich einer Rotorachse leiten. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Umströmung des Gehäuses der elektrischen Maschine sichergestellt, so dass die Ausbildung von sogenannten „Hot-Spots” aufgrund von lokal unzureichenden Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels verhindert wird. Die Leitstege verlaufen mit ihrer Längserstreckung in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse. Nachteilig ist, dass die Ausführung mit den vielen Leitstegen vergleichsweise aufwendig herstellbar ist.It is already an electric machine from the DE 101 41 693 A1 known with a housing and a cooling channel formed in the housing. In the cooling channel many parallel guide webs are arranged, which direct the flow in the axial direction with respect to a rotor axis. In this way, a uniform flow around the housing of the electric machine is ensured, so that the formation of so-called "hot spots" due to locally insufficient flow velocities of the coolant is prevented. The guide webs extend with their longitudinal extent in the axial direction with respect to the rotor axis. The disadvantage is that the design with the many guide webs is comparatively expensive to produce.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Wärmeübertragung weiter verbessert wird, indem die Wärmeübertragungsmittel mit ihrer Längserstreckung in radialer Richtung bezüglich einer Maschinenachse von einer Innenseite des Kühlkanals ausgehend bis an eine Außenseite des Kühlkanals verlaufen. Die Wärmeübertragungsmittel erhöhen abhängig von der Kanalhöhe die Fläche der Innenseite des Kühlkanals. Außerdem ergibt sich durch die mechanische Verbindung eine thermische Anbindung der Außenseite mit der Innenseite des Kühlkanals, und zwar abhängig von der Querschnittsfläche der Wärmeübertragungsmittel, der Wärmeleitfähigkeit des Gehäusematerials und der Anzahl und Lage der Verbindungen. Durch die Erhöhung der effektiven Kühlfläche wird die Kühlung der elektrischen Maschine verbessert.The electric machine according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the heat transfer is further improved by the heat transfer means extending with its longitudinal extent in the radial direction with respect to a machine axis from an inner side of the cooling channel up to an outer side of the cooling channel. The heat transfer means increase the area of the inside of the cooling channel depending on the channel height. In addition, due to the mechanical connection, a thermal connection of the outside to the inside of the cooling channel, depending on the cross-sectional area of the heat transfer medium, the thermal conductivity of the housing material and the number and location of the compounds. By increasing the effective cooling surface, the cooling of the electric machine is improved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen elektrischen Maschine möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the main claim electrical machine are possible.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Wärmeübertragungsmittel stegförmig oder säulenförmig ausgeführt und von der Strömung in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine umströmbar sind.It is particularly advantageous if the heat transfer means are web-shaped or column-shaped and can be flowed around by the flow in the circumferential direction of the electric machine.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die Wärmeübertragungsmittel im Querschnitt trapezförmig, kreisförmig, ovalförmig, rechteckförmig, viereckförmig oder vieleckförmig ausgeführt.According to an advantageous embodiment, the heat transfer means are trapezoidal, circular, oval, rectangular, quadrangular or polygonal shaped in cross section.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die Zeichnung zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.The drawing shows a sectional view of an electrical machine according to the invention.

Die elektrische Maschine kann ein Generator, ein elektrischer Motor oder ein sogenannter Motorgenerator sein, der als elektrischer Motor und als Generator arbeiten kann.The electric machine may be a generator, an electric motor or a so-called motor generator, which can operate as an electric motor and as a generator.

Die elektrische Maschine weist in bekannter Weise einen in einem Gehäuse 1 aufgenommenen Stator 2 mit einer Statorwicklung 3 und einen vom Stator 2 unter Belassung eines Luftspaltes 4 konzentrisch umschlossenen Rotor 5 auf, der um eine Rotorachse 6 drehbar gelagert ist.The electric machine has in a known manner in a housing 1 absorbed stator 2 with a stator winding 3 and one from the stator 2 leaving an air gap 4 concentrically enclosed rotor 5 on, around a rotor axis 6 is rotatably mounted.

Die Verlustwärme der elektrischen Maschine wird durch eine Kühlung des Gehäuses 1 abgeführt. Dazu ist im Mantel des Gehäuses 1 ein Kühlkanal 9 ausgebildet, der beispielsweise ein zylinderförmiger Hohlraum ist. Der Kühlkanal 9 hat einen Einlass 9.1 und einen Auslass 9.2 und ist von einem Kühlmittel durchströmbar.The heat loss of the electric machine is achieved by cooling the housing 1 dissipated. This is in the jacket of the housing 1 a cooling channel 9 formed, which is for example a cylindrical cavity. The cooling channel 9 has an inlet 9.1 and an outlet 9.2 and is traversed by a coolant.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragungsmittel 10 mit ihrer Längserstreckung in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 6 von einer Innenseite 9.3 des Kühlkanals 9 ausgehend bis an eine Außenseite 9.4 des Kühlkanals 9 verlaufen. Die Wärmeübertragungsmittel 10 sind stegförmig oder säulenförmig ausgeführt und von der Strömung in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine umströmbar. Im Querschnitt sind die Wärmeübertragungsmittel 10 beispielsweise trapezförmig, kreisförmig, ovalförmig, tropfenförmig, rechteckförmig, viereckförmig oder vieleckförmig ausgeführt. Das Kühlgehäuse 1 ist beispielsweise in einem Stück gegossen, so dass die Wärmeübertragungsmittel 10 einstückig am Gehäuse 1 ausgeführt sind. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Wärmeübertragungsmittel 10 wird außerdem die mechanische Stabilität des Gehäuses 1 erhöht.According to the invention it is provided that the heat transfer medium 10 with its longitudinal extent in the radial direction with respect to the rotor axis 6 from an inside 9.3 of the cooling channel 9 starting to an outside 9.4 of the cooling channel 9 run. The heat transfer medium 10 are designed web-shaped or columnar and flow around in the circumferential direction of the electric machine. In cross section, the heat transfer means 10 for example, trapezoidal, circular, oval-shaped, teardrop-shaped, rectangular, square or polygonal shaped. The cooling housing 1 For example, it is cast in one piece so that the heat transfer medium 10 in one piece on the housing 1 are executed. By the inventive design of the heat transfer medium 10 In addition, the mechanical stability of the housing 1 elevated.

Die Wärmeübertragungsmittel 10 sind punktuell bzw. einzeln im Kühlkanal 9 angeordnet, beispielsweise derart, dass sich ein Strömungsverlauf mit optimalem Wärmeübergang und gewünschtem Druckabfall einstellt. Beispielsweise sind die Wärmeübertragungsmittel 10 gleichmäßig im Kühlkanal 9 verteilt.The heat transfer medium 10 are punctiform or individually in the cooling channel 9 arranged, for example, such that adjusts a flow path with optimum heat transfer and desired pressure drop. For example, the heat transfer means 10 evenly in the cooling channel 9 distributed.

Das Verhältnis der Höhe der Wärmeübertragungsmittel 10 zur Höhe des Kühlkanals 9 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,8. Die Wärmeübertragungsmittel 10 werden beispielsweise mit ihrer Längserstreckung in einem Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet, der zwischen 0 Grad und 45 Grad liegt. Auf diese Weise werden Wirbel in der Strömung erzeugt, die eine Erhöhung des Wärmeübergangs bewirken.The ratio of the height of the heat transfer medium 10 to the height of the cooling channel 9 lies for example in the range between 0.1 and 0.8. The heat transfer medium 10 are arranged, for example, with their longitudinal extent at an angle to the flow direction, which is between 0 degrees and 45 degrees. In this way, vortices are generated in the flow, which cause an increase in the heat transfer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10141693 A1 [0002] DE 10141693 A1 [0002]

Claims (5)

Elektrische Maschine mit einem Gehäuse (1) und zumindest einem in einem Mantel des Gehäuses (1) ausgebildeten Kühlkanal (9), in dem Wärmeübertragungsmittel (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsmittel (10) mit ihrer Längserstreckung in radialer Richtung bezüglich einer Maschinenachse (6) von einer Innenseite des Kühlkanals (9) ausgehend bis an eine Außenseite des Kühlkanals (9) verlaufen.Electric machine with a housing ( 1 ) and at least one in a jacket of the housing ( 1 ) formed cooling channel ( 9 ), in the heat transfer medium ( 10 ), characterized in that the heat transfer means ( 10 ) with its longitudinal extent in the radial direction with respect to a machine axis ( 6 ) from an inside of the cooling channel ( 9 ) starting to an outer side of the cooling channel ( 9 ). Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsmittel (10) stegförmig oder säulenförmig ausgeführt und von der Strömung in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine umströmbar sind.Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer means ( 10 ) run bar-shaped or columnar and can be flowed around by the flow in the circumferential direction of the electric machine. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsmittel (10) im Querschnitt trapezförmig, kreisförmig, ovalförmig oder rechteckförmig ausgeführt sind.Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer means ( 10 ) are trapezoidal, circular, oval or rectangular in cross section. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsmittel (10) punktuell oder einzeln im Kühlkanal (9) angeordnet sind.Machine according to claim 1, characterized in that the heat transfer means ( 10 ) selectively or individually in the cooling channel ( 9 ) are arranged. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsmittel (10) gleichmäßig im Kühlkanal verteilt angeordnet sind.Machine according to claim 1, characterized in that the heat transfer means ( 10 ) are evenly distributed in the cooling channel.
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