DE102010001488A1

DE102010001488A1 - Electric machine, has stator comprising cooling circuit with liquid coolant, and rotor comprising thermal siphon with vaporizer and condenser, which is designed as hole and attached at cooling circuit for dissipation of heat from rotor

Info

Publication number: DE102010001488A1
Application number: DE102010001488A
Authority: DE
Inventors: Konrad 93107 Brandl; Vladimir Dr. 91058 Danov; Bernd Dr. 91083 Gromoll; Jürgen 91174 Hofmann; Martin 90478 Sindelka; Iikka af 90453 Ursin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-08-04

Abstract

The machine (1) has a stator (2) comprising a cooling circuit (3) with liquid coolant i.e. water. A rotor (4) has a shaft thermal siphon with a vaporizer (5) and a condenser (7), which is designed as a hole. The condenser is attached at the cooling circuit for dissipation of heat from the rotor. The condenser is designed with cooling fins (8), which are connected with a shaft (6) of the rotor in a fixed manner. Liquid metal bearings have a permanent magnet and liquid metal. A dynamic gasket e.g. labyrinth seal, is provided between the condenser and a cabinet (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, der einen Kühlkreislauf mit einem flüssigen Kühlmittel aufweist.The invention relates to an electric machine with a stator having a cooling circuit with a liquid coolant.

Derartige elektrische Maschinen sind bekannt. Die Verlustwärme des Rotors der elektrischen Maschine wird dabei üblicherweise mittels eines Lüfters an den Kühlkreislauf abgegeben.Such electrical machines are known. The heat loss of the rotor of the electric machine is usually delivered by means of a fan to the cooling circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der oben genannten Art vorzuschlagen, die eine besonders effektive Wärmeabfuhr der Wärme des Rotors aufweist.The invention has for its object to propose an electric machine of the type mentioned above, which has a particularly effective heat dissipation of the heat of the rotor.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.The object is achieved with the features of claim 1.

Dabei ist ein Rotor vorgesehen, der einen Thermosiphon mit einem Verdampfer und mit mindestens einem Kondensator aufweist. Der Kondensator ist zur Wärmeabfuhr der Rotorwärme an den Kühlkreislauf angeschlossen. Hiermit lässt sich eine besonders gute Wärmeabfuhr erreichen.In this case, a rotor is provided, which has a thermosiphon with an evaporator and with at least one capacitor. The condenser is connected to the cooling circuit for heat dissipation of the rotor heat. This allows a particularly good heat dissipation can be achieved.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Maschine besteht, wenn gemäß Anspruch 2 der Kondensator mit Kühlrippen ausgeführt ist, die von einem Gehäuse mit einem Zulauf und einem Ablauf für das Kühlmittel umgeben sind.An advantageous development of the electric machine is when according to claim 2, the capacitor is designed with cooling fins, which are surrounded by a housing with an inlet and a drain for the coolant.

Über den Zulauf und Ablauf wird durch das Gehäuse flüssiges Kühlmittel hindurchgeleitet und von den Kühlrippen entsprechend der Differenztemperatur zum Kühlmittel Wärme abgeführt.About the inlet and outlet liquid coolant is passed through the housing and dissipated by the cooling fins according to the differential temperature to the coolant heat.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 3 die Kühlrippen des Kondensators fest mit der Welle des Rotors verbunden sind und eine dynamische Dichtung zwischen dem Kondensator und dem Gehäuse vorgesehen ist.Moreover, it is advantageous if according to claim 3, the cooling fins of the capacitor are fixedly connected to the shaft of the rotor and a dynamic seal between the capacitor and the housing is provided.

Weiterhin ist eine vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Maschine gegeben, wenn gemäß Anspruch 4 das Gehäuse mit zwei Gehäuseschalen ausgeführt ist, die über eine O-Ring-Dichtung miteinander verbunden sind.Furthermore, an advantageous development of the electric machine is given if according to claim 4, the housing is designed with two housing shells, which are connected to each other via an O-ring seal.

Die Kühlrippen können vorteilhaft fest mit dem Gehäuse verbunden werden, wenn gemäß Anspruch 5 der Kondensator mit den Kühlrippen feststeht und zur Welle des Rotors ein Spalt vorgesehen ist, der als Flüssigmetalllager ausgeführt ist.The cooling fins can advantageously be fixedly connected to the housing if according to claim 5, the capacitor is fixed to the cooling fins and the shaft of the rotor, a gap is provided, which is designed as a liquid metal bearing.

Eine besonders gute Wärmeabfuhr lässt sich erreichen, wenn gemäß Anspruch 6 die Welle des Rotors einen bis an die Enden der Welle reichenden Verdampfer aufweist, wobei an den beiden Enden der Welle jeweils ein Kondensator vorgesehen ist und die Kondensatoren jeweils an den Kühlkreislauf angeschlossen sind.A particularly good heat dissipation can be achieved if according to claim 6, the shaft of the rotor has a reaching to the ends of the shaft evaporator, wherein at both ends of the shaft in each case a capacitor is provided and the capacitors are each connected to the cooling circuit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing. Show it:

1 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine, 1 a sectional view of an electrical machine,

2 einen Kondensator der elektrischen Maschine gemäß 1 mit einer dynamischen Dichtung zwischen Welle und Gehäuse und 2 a capacitor of the electric machine according to 1 with a dynamic seal between shaft and housing and

3 einen Kondensator der elektrischen Maschine gemäß 1 mit einem Flüssigmetalllager zwischen Welle und Kühlrippen. 3 a capacitor of the electric machine according to 1 with a liquid metal bearing between shaft and cooling fins.

In 1 ist eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine 1 mit einem neuartigen Kühlverfahren dargestellt, das eine besonders effektive Wärmeabfuhr der Rotorwärme ermöglicht. Der Stator 2 der elektrischen Maschine 1 wird über einen Kühlkreislauf 3 mit einem flüssigen Kühlmittel, z. B. Wasser, gekühlt. Der Rotor 4 der elektrischen Maschine 1 ist mit einem Thermosiphon versehen. Der Verdampfer 5 des Thermosiphons ist als Bohrung in der Welle 6 ausgeführt, die nach Evakuierung teilweise mit Flüssigkeit, z. B. mit Wasser, befüllt und dann verschlossen wird. An den beiden Enden der Welle 6 des Rotors 4 ist jeweils ein Kondensator 7 vorgesehen. Die Abwärme des Rotors 4 kann unter Benutzung von Verdampfung, Verdunstung oder jeglicher Art des Phasenübergangs der Flüssigkeit sehr effektiv an den Kühlkreislauf 3 übertragen werden.In 1 is a sectional view of an electric machine 1 presented with a novel cooling method that allows a particularly effective heat dissipation of the rotor heat. The stator 2 the electric machine 1 is via a cooling circuit 3 with a liquid coolant, eg. As water, cooled. The rotor 4 the electric machine 1 is equipped with a thermosyphon. The evaporator 5 The thermosyphon is as a bore in the shaft 6 executed, which after evacuation partially with liquid, eg. B. with water, filled and then sealed. At the two ends of the shaft 6 of the rotor 4 is each a capacitor 7 intended. The waste heat of the rotor 4 can very effectively be fed to the refrigeration cycle using evaporation, evaporation or any kind of phase transition of the liquid 3 be transmitted.

Das Kühlprinzip mit einem Wellenthermosiphon ist bei elektrischen Maschinen an sich bekannt (s. S. 197 in Heat Pipes; Dunn, P. D.; Reay, D. A.; Pergamon Press; 1976; ISBN 0080198546 ) und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.The cooling principle with a Wellenthermosiphon is known in electrical machines per se (s. P. 197 in Heat Pipes; Dunn, PD; Reay, DA; Pergamon Press; 1976; ISBN 0080198546 ) and therefore needs no further explanation.

Beide Kondensatoren 7 sind mit mehreren Kühlrippen 8 ausgeführt. An jedem Ende der Welle 6 ist ein feststehendes Gehäuse 9 vorgesehen, das die Kühlrippen 8 an dem jeweiligen Ende der Welle 6 umgibt. Über einen Zulauf 10 und einen Ablauf 11 in den Gehäusen 9 für das Kühlmittel werden die Kondensatoren 7 gemäß 2, 3 an den Kühlkreislauf 3 erfindungsgemäß angeschlossen und die Wärme der Kühlrippen 8 über das Kühlmittel abgeführt.Both capacitors 7 are with several cooling fins 8th executed. At each end of the shaft 6 is a fixed housing 9 provided that the cooling fins 8th at the respective end of the shaft 6 surrounds. About a feed 10 and a process 11 in the cases 9 for the coolant become the capacitors 7 according to 2 . 3 to the cooling circuit 3 connected according to the invention and the heat of the cooling fins 8th discharged via the coolant.

Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist der Kondensator 7 mit den Kühlrippen 8 direkt an der Welle 6 des Rotors 4 montiert. Z. B. wird eine aus gut wärmeleitendem Material hergestellte Hülse mit den Kühlrippen 8 auf die Welle 6 montiert. Dabei wird eine Schrumpfverbindung als besonders geeignet angesehen, um eine besonders gute Wärmeleitung zwischen der Welle 6 und der Hülse zu erzielen. In diesem Fall wird die Bewegung zwischen den Kühlrippen 8 bzw. der Hülse und dem Gehäuse 9 durch eine dynamische Dichtung 12 ermöglicht, z. B. durch einen Simmerring, eine Labyrinthdichtung oder eine Flüssigringdichtung. Dabei ist das Gehäuse 9 mit zwei Gehäuseschalen ausgeführt, die über eine O-Ring-Dichtung 13 zueinander abgedichtet sind.In the embodiment according to 2 is the capacitor 7 with the cooling fins 8th directly on the shaft 6 of the rotor 4 assembled. For example, a sleeve made of good heat conducting material with the cooling fins 8th on the wave 6 assembled. In this case, a shrink connection is considered to be particularly suitable for a particularly good heat conduction between the shaft 6 and the sleeve too achieve. In this case, the movement between the cooling fins 8th or the sleeve and the housing 9 through a dynamic seal 12 allows, for. B. by a Simmerring, a labyrinth seal or a liquid ring seal. Here is the case 9 designed with two housing shells that have an O-ring seal 13 sealed to each other.

Die Ausführungsform gemäß 3 ist ohne eine dynamische Dichtung ausgeführt. Hierbei stehen die Kühlrippen 8 mit dem Gehäuse 9 fest und zur Welle 6 des Rotors ist ein Spalt vorgesehen, der als Flüssigmetalllager ausgeführt ist. Das Flüssigmetalllager umfasst im Wesentlichen einen Permanentmagneten 14 und flüssiges Metall 15. Die Wärmeleitung erfolgt hierbei von der Welle 6 zu den Kühlrippen 8 über das Flüssigmetalllager.The embodiment according to 3 is designed without a dynamic seal. Here are the cooling fins 8th with the housing 9 stuck and to the shaft 6 the rotor is provided a gap, which is designed as a liquid metal bearing. The liquid metal bearing essentially comprises a permanent magnet 14 and liquid metal 15 , The heat conduction takes place here by the shaft 6 to the cooling fins 8th over the liquid metal bearing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

P. 197 in Heat Pipes; Dunn, PD; Reay, DA; Pergamon Press; 1976; ISBN 0080198546 [0017]

Claims

Electric machine ( 1 ) with a stator ( 2 ), a cooling circuit ( 3 ) with a liquid coolant, characterized by a rotor ( 4 ), a thermosyphon with an evaporator ( 5 ) and at least one capacitor ( 7 ), wherein the capacitor ( 7 ) for the heat dissipation of the rotor heat to the cooling circuit ( 3 ) connected.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the capacitor ( 7 ) with cooling fins ( 8th ) carried out by a housing ( 9 ) with a feed ( 10 ) and a procedure ( 11 ) are surrounded for the coolant.

Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling fins ( 8th ) fixed to the shaft ( 6 ) of the rotor ( 4 ) and a dynamic seal ( 12 ) between the capacitor ( 7 ) and the housing ( 9 ) is provided.

Electrical machine according to claim 2 or 3, characterized in that the housing ( 9 ) is designed with two housing shells, which via an O-ring seal ( 13 ) are interconnected.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor ( 7 ) with the cooling fins ( 8th ) and to the shaft of the rotor ( 4 ) a gap is provided which serves as a liquid metal bearing ( 14 . 15 ) is executed.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 6 ) of the rotor ( 4 ) one to the ends of the shaft ( 6 ) reaching evaporator ( 5 ), wherein at the two ends of the shaft ( 6 ) one capacitor each ( 7 ) and the capacitors ( 7 ) each to the cooling circuit ( 3 ) are connected.