DE102010028020A1 - Cooling device for dynamo electric machine, has cooling body whose rib is engaged with another rib of another cooling body in contact-less manner, where thermal energy of rotary part is transferred on latter cooling body over gap of ribs - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zur Entwärmung rotierender Teile. Die Erfindung kommt insbesondere bei dynamoelektrischen Maschinen zum Einsatz, bei denen sowohl der Stator als auch der Rotor aus Gründen der Effizienz gekühlt werden.The invention relates to a cooling device for cooling of rotating parts. The invention is used in particular in dynamoelectric machines in which both the stator and the rotor are cooled for reasons of efficiency.
Zur Entwärmung des Rotors einer dynamoelektrischen Maschine ist beispielsweise aus der
Neben luftgekühlten elektrischen Maschinen sind auch wassergekühlte Maschinen bekannt, bei denen Kühlwasser durch einen Außenmantel der elektrischen Maschine zur Wärmeabfuhr zirkuliert. Um bei einer solchen Maschine die vom Rotor erzeugte Wärme abzuführen, werden dynamische Dichtungen benötigt, die einen Wärmetransport eines Kältemittels vom Rotor zum Außenmantel der elektrischen Maschine ermöglichen.In addition to air-cooled electrical machines and water-cooled machines are known in which cooling water circulates through an outer jacket of the electric machine for heat dissipation. In order to dissipate the heat generated by the rotor in such a machine, dynamic seals are required, which allow a heat transfer of a refrigerant from the rotor to the outer jacket of the electric machine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit der Entwärmung rotierender Teile, insbesondere eines Rotors einer dynamoelektrischen Maschine, anzugeben.The invention has for its object to provide a simple way of cooling of rotating parts, in particular a rotor of a dynamoelectric machine.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine solche Kühleinrichtung umfasst
- – einen ersten Kühlkörper, der an einem rotierenden Teil, von dem Wärme abzuführen ist, montierbar ist, und
- – einen zweiten Kühlkörper zur Montage an einem feststehenden Teil,
- A first heat sink mountable on a rotary part from which heat is to be dissipated, and
- A second heat sink for mounting on a fixed part,
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete geometrische Anordnung Wärme von dem rotierenden Teil zu einer feststehenden Wärmesenke auch ohne Konvektion abgeführt werden kann. Hierbei ist die besagte geometrische Anordnung durch die ineinander greifenden Rippen des ersten und zweiten Kühlkörpers geprägt. Die Rippen der beiden Kühlkörper berühren sich hierbei nicht, sind jedoch jeweils so eng benachbart, dass die Wärme von dem ersten Kühlkörper durch den Spalt, der insbesondere als Luftspalt ausgeführt ist, nahezu ausschließlich über Festkörper-Wärmeleitung auf den zweiten Kühlkörper übergehen kann. Die Rippenstruktur der Kühlkörper erzeugt hierbei genügend Oberfläche, so dass auf eine Zwangskonvektion eines Kühlmittels zwischen den beiden Kühlkörpern verzichtet werden kann. Dynamische Dichtungen werden überflüssig. Somit entfällt auch das mit dynamischen Dichtungen regelmäßig verbundene Dichtigkeitsrisiko.The invention is based on the finding that heat can be removed from the rotating part to a stationary heat sink even without convection by means of a suitable geometric arrangement. Here, the said geometric arrangement is characterized by the interlocking ribs of the first and second heat sink. The ribs of the two heat sinks do not touch each other, but are each so closely adjacent that the heat from the first heat sink through the gap, which is designed in particular as an air gap, can pass almost exclusively via solid state heat conduction to the second heat sink. The rib structure of the heat sink generates sufficient surface area, so that it is possible to dispense with forced convection of a coolant between the two heat sinks. Dynamic seals are unnecessary. This eliminates the risk of leakage regularly associated with dynamic seals.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kommt in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bei einer dynamoelektrischen Maschine zum Einsatz. Eine solche dynamoelektrische Maschine umfasst einen Rotor, eine Welle, einen Stator und eine Kühleinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei der erste Kühlkörper auf der Rotorwelle stirnseitig des Rotors montiert ist.The cooling device according to the invention is used in a particularly advantageous embodiment of the invention in a dynamoelectric machine. Such a dynamoelectric machine comprises a rotor, a shaft, a stator and a cooling device according to an embodiment of the invention, wherein the first heat sink is mounted on the rotor shaft end face of the rotor.
Vorzugsweise ist der erste Kühlkörper auf die Welle aufgeschrumpft, um einen besonders guten Wärmeübergang vom Rotor auf die Welle zu ermöglichen.Preferably, the first heat sink is shrunk onto the shaft to allow a particularly good heat transfer from the rotor to the shaft.
Der Wärmetransport vom Rotor zum ersten Kühlkörper kann hierbei in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch verbessert werden, dass die Welle ein Thermosyphon zum Transport einer vom Rotor erzeugten Verlustwärme zum ersten Kühlkörper umfasst. Somit ist die Welle als Hohlwelle ausgebildet, in der ein Kühlmedium nach dem Thermosyphon-Effekt zirkuliert. Das Kühlmedium wird an einem warmen Ende der Hohlwelle, welche sich zentral in der Mitte des Rotors befindet, erwärmt und zirkuliert in Richtung des kalten Endes der Hohlwelle, an dem sich der erste Kühlkörper befindet. Dieser rotiert mit der Welle, wobei seine Rippen in die Rippen des zweiten, feststehenden Kühlkörpers eingreifen. Aufgrund des geringen Abstands der Rippen des ersten Kühlkörpers von den Rippen des zweiten Kühlkörpers wird die Wärme sehr effektiv auf den zweiten Kühlkörper abgeführt, von dem sie schließlich an die Umgebung der elektrischen Maschine abgeführt wird.In this case, the heat transport from the rotor to the first heat sink can be improved in an advantageous embodiment of the invention in that the shaft comprises a thermosiphon for transporting a heat loss generated by the rotor to the first heat sink. Thus, the shaft is designed as a hollow shaft in which a cooling medium circulates after the thermosiphon effect. The cooling medium is heated at a warm end of the hollow shaft, which is located centrally in the center of the rotor, and circulates in the direction of the cold end of the hollow shaft, on which the first heat sink is located. This rotates with the shaft, leaving its ribs in the ribs engage the second, fixed heat sink. Due to the small distance of the ribs of the first heat sink from the ribs of the second heat sink, the heat is very effectively dissipated to the second heat sink, from which it is finally dissipated to the environment of the electrical machine.
Der Wärmetransport vom ersten Kühlkörper zum zweiten Kühlkörper gelingt bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besonders gut, wenn die Rippen des ersten Kühlkörpers maximal 0,5 mm von den Rippen des zweiten Kühlkühlkörpers beabstandet sind.The heat transport from the first heat sink to the second heat sink succeeds particularly well in an advantageous embodiment of the invention, when the ribs of the first heat sink are spaced at most 0.5 mm from the ribs of the second cooling heat sink.
Durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von der Welle der dynamoelektrischen Maschine und ihrem Gehäuse kann es zu einem Axialspiel kommen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die dynamoelektrische Maschine daher mindestens ein Kugellager, über das der zweite Kühlkörper auf der Welle gelagert ist, und durch das besagtes Axialspiel ausgeglichen werden kann. Der zweite Kühlkörper stützt sich somit auf das Kugellager. Hierbei kann eine elastische Aufhängung des Gehäuses gewählt werden, da dieses nur noch die Reibkraft des oder der Kugellager aufnehmen muss.Due to different coefficients of thermal expansion of the shaft of the dynamoelectric machine and its housing can lead to an axial play. In an advantageous embodiment of the invention, therefore, the dynamoelectric machine comprises at least one ball bearing, via which the second heat sink is mounted on the shaft, and can be compensated by the said axial play. The second heat sink is thus supported on the ball bearing. In this case, an elastic suspension of the housing can be selected, since this only has to absorb the frictional force of the ball or the bearings.
Zweckmäßigerweise sind die Kühlkörper zylindrisch ausgebildet, wobei der zweite Kühlkörper den ersten Kühlkörper im montierten Zustand konzentrisch umschließt.Conveniently, the heat sink are cylindrical, wherein the second heat sink concentrically surrounds the first heat sink in the mounted state.
Bei einer derartigen zylindrischen Ausprägung der Kühlkörper sind zwei vorteilhafte Ausgestaltungen denkbar.In such a cylindrical shape of the heat sink, two advantageous embodiments are conceivable.
So können die Rippen bezogen auf die zylindrische Form der Kühlkörper radial gerichtet sein.Thus, the ribs may be radially directed with respect to the cylindrical shape of the heat sinks.
Für Antriebe, die ein größeres Axialspiel aufweisen, kann jedoch auch eine Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft sein, bei der die Rippen bezogen auf die zylindrische Form der Kühlkörper axial gerichtet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung spielt das axiale Spiel für die Wärmeübertragung keine Rolle.For drives which have a greater axial play, however, an embodiment of the invention may be advantageous in which the ribs are directed axially relative to the cylindrical shape of the heat sink. In such an embodiment, the axial clearance for the heat transfer plays no role.
Die Montage der Kühleinrichtung wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erleichtert, dass der zweite Kühlkörper zwei halbschalenförmige Gehäusehälften umfasst. Insbesondere bei einer zylindrischen Ausbildung des ersten und zweiten Kühlkörpers, wobei der zweite Kühlkörper den ersten Kühlkörper konzentrisch umschließt, kann so z. B. zunächst der erste Kühlkörper auf eine Welle einer elektrischen Maschine aufgeschrumpft werden und anschließend der zweite Kühlkörper den ersten Kühlkörper umschließend montiert werden.The assembly of the cooling device is facilitated in an advantageous embodiment of the invention in that the second heat sink comprises two half-shell-shaped housing halves. In particular, in a cylindrical embodiment of the first and second heat sink, wherein the second heat sink concentrically surrounds the first heat sink, can be such. B. first, the first heat sink are shrunk onto a shaft of an electric machine and then the second heat sink to be mounted surrounding the first heat sink.
Eine effektive Entwärmung insbesondere einer dynamoelektrischen Maschine gelingt in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass der zweite Kühlkörper Kanäle für ein flüssiges Kühlmedium aufweist. Derartige Kühlkanäle können parallel zur Mantelkühlung angeschlossen werden, die das Gehäuse einer dynamoelektrischen Maschine kühlt. Alternativ ist es jedoch auch denkbar und von der Erfindung umfasst, dass mit wasserumströmten Rippen gekühlt wird.An effective cooling of a particular dynamoelectric machine succeeds in an advantageous embodiment of the invention in that the second heat sink has channels for a liquid cooling medium. Such cooling channels can be connected in parallel to the jacket cooling, which cools the housing of a dynamoelectric machine. Alternatively, however, it is also conceivable and includes by the invention that is cooled with water-flowed ribs.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:The invention will be described and explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:
Die Kühleinrichtung umfasst zunächst einen ersten Kühlkörper
Der erste Kühlkörper
Die Kühleinrichtung umfasst weiter einen zweiten, feststehenden Kühlkörper
Auch der zweite Kühlkörper
Die Rippen berühren sich jeweils nicht, so dass der rotierende Kühlkörper
Der zweite Kühlkörper
Auch hier wird wie in
Im Unterschied zu
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007043656 A1 [0002, 0003] DE 102007043656 A1 [0002, 0003]
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DE102010028020A DE102010028020A1 (en) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | Cooling device for dynamo electric machine, has cooling body whose rib is engaged with another rib of another cooling body in contact-less manner, where thermal energy of rotary part is transferred on latter cooling body over gap of ribs |
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DE102010028020A1 true DE102010028020A1 (en) | 2011-10-27 |
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DE (1) | DE102010028020A1 (en) |
Citations (1)
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DE102007043656A1 (en) | 2007-09-13 | 2009-05-07 | Siemens Ag | Electrical machine has rotor supported on hollow shaft, where hollow shaft is formed in inner side of closed hollow space and stator is arranged within housing |
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2010
- 2010-04-21 DE DE102010028020A patent/DE102010028020A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
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