DE102013202033B4 - Electrical machine with active cooling of the connection box - Google Patents

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Abstract

Elektrische Maschine,- wobei die elektrische Maschine einen Stator (1) aufweist,- wobei der Stator (1) in einem Statorgehäuse (2) angeordnet ist,- wobei in einem Anschlusskasten (6) Anschlussklemmen (7) angeordnet sind,- wobei der Anschlusskasten (6) unmittelbar am Statorgehäuse (2) angeordnet ist,- wobei die elektrische Maschine einen Lüfter (12) aufweist, mittels dessen eine vom Anschlusskasten (6) verschiedene Komponente (13) der elektrischen Maschine mit Luft (14a, 14b) gekühlt wird,- wobei jeweils eine von mehreren Verbindungsleitungen (5) zu einem Energieversorgungssystem (4) des Stators (1) mit jeweils einer der Anschlussklemmen (7) verbunden ist und ausgehend von den mit den Verbindungsleitungen (5) verbundenen Anschlussklemmen (7) jeweils eine Anschlussleitung (8) zu einem Wicklungssystem (3) des Stators (1) führt, so dass der Stator (1) über die Anschlussklemmen (7) mit dem Energieversorgungssystem (4) verbunden ist,- wobei zumindest ein Teil (14a) der vom Lüfter (12) angesaugten Luft (14a, 14b) vor dem Kühlen der Komponente (13) durch den Anschlusskasten (6) geleitet wird.Electrical machine, - the electrical machine having a stator (1), - the stator (1) being arranged in a stator housing (2), - connecting terminals (7) being arranged in a connection box (6), - the connection box (6) is arranged directly on the stator housing (2), the electrical machine having a fan (12) by means of which a component (13) of the electrical machine that is different from the connection box (6) is cooled with air (14a, 14b), - wherein one of several connecting lines (5) to an energy supply system (4) of the stator (1) is connected to one of the connecting terminals (7) and starting from the connecting terminals (7) connected to the connecting lines (5), one connecting line ( 8) leads to a winding system (3) of the stator (1), so that the stator (1) is connected to the energy supply system (4) via the connection terminals (7), - with at least a part (14a) connected by the fan (12 ) sucked Gten air (14a, 14b) is passed through the junction box (6) before cooling the component (13).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine,

  • - wobei die elektrische Maschine einen Stator aufweist,
  • - wobei der Stator in einem Statorgehäuse angeordnet ist,
  • - wobei in einem Anschlusskasten Anschlussklemmen angeordnet sind,
  • - wobei der Anschlusskasten unmittelbar am Statorgehäuse angeordnet ist,
  • - wobei der Stator mit einem Energieversorgungssystem verbunden ist,
  • - wobei die elektrische Maschine einen Lüfter aufweist, mittels dessen eine vom Anschlusskasten verschiedene Komponente der elektrischen Maschine mit Luft gekühlt wird.
The present invention relates to an electrical machine
  • - wherein the electrical machine has a stator,
  • - wherein the stator is arranged in a stator housing,
  • - wherein connection terminals are arranged in a connection box,
  • - where the connection box is arranged directly on the stator housing,
  • - wherein the stator is connected to a power supply system,
  • - Wherein the electrical machine has a fan, by means of which a component of the electrical machine that is different from the connection box is cooled with air.

Eine derartige elektrische Maschine ist bekannt.Such an electrical machine is known.

Aufgrund von Kosten- und Bauraumoptimierungen werden elektrische Maschinen - beispielsweise Generatoren - immer kompakter. Dies hat unter anderem zur Folge, dass der Anschlusskasten ohne Zwischenraum direkt an das Statorgehäuse montiert wird. Die direkte Anbindung hat einen stärkeren Durchgang von im Stator entstehender Wärme zum Anschlusskasten zur Folge. Weiterhin wird der Anschlusskasten in der Regel relativ kompakt gebaut und weist daher zum einen ein geringes inneres Luftvolumen und zum anderen eine relativ geringe Oberfläche auf. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Temperatur der im Anschlusskasten befindlichen Luft ansteigt.Due to cost and installation space optimization, electrical machines - such as generators - are becoming more and more compact. One of the consequences of this is that the connection box is mounted directly on the stator housing without any gaps. The direct connection results in a greater passage of heat generated in the stator to the connection box. Furthermore, the connection box is generally built in a relatively compact manner and therefore has a small internal air volume on the one hand and a relatively small surface on the other. As a result, the temperature of the air in the junction box rises.

Im Stand der Technik wird dem Temperaturanstieg üblicherweise dadurch Rechnung getragen, dass Kabel und Anschlusslitzen verwendet werden, welche die entsprechend höheren Temperaturen verkraften. Weiterhin werden Schrumpfschläuche als Kabelschutz eingesetzt. Die Verwendung derartiger Materialien hat jedoch erhöhte Kosten zur Folge.In the prior art, the rise in temperature is usually taken into account by using cables and pigtails that can withstand the correspondingly higher temperatures. Furthermore, shrink sleeves are used as cable protection. However, the use of such materials results in increased costs.

Im Stand der Technik ist weiterhin bekannt, einen eigenen Lüfter zum Zwangsbelüften des Anschlusskastens einzusetzen. Auch dies führt zu erhöhten Materialkosten. Weiterhin wird für den Antrieb des eigenen Lüfters elektrische Energie benötigt, so dass der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine sinkt.It is also known in the prior art to use a dedicated fan for forced ventilation of the junction box. This also leads to increased material costs. Furthermore, electrical energy is required to drive its own fan, so that the efficiency of the electrical machine decreases.

Aus der WO 2013/ 007 225 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, die einen Stator aufweist, der in einem Statorgehäuse angeordnet ist. Es ist ein Anschlusskasten vorhanden, der unmittelbar am Statorgehäuse angeordnet ist. Die elektrische Maschine weist einen Lüfter auf, mittels dessen eine vom Anschlusskasten verschiedene Komponente der elektrischen Maschine mit Luft gekühlt wird. Vor dem Kühlen des Anschlusskastens scheint die Luft den Rotorraum der elektrischen Maschine zu durchströmen.An electrical machine is known from WO 2013/007 225 A1, which has a stator which is arranged in a stator housing. There is a connection box which is arranged directly on the stator housing. The electrical machine has a fan, by means of which a component of the electrical machine that is different from the connection box is cooled with air. Before cooling the junction box, the air appears to flow through the rotor space of the electric machine.

Aus der US 4 119 873 A ist eine elektrische Maschine bekannt, bei der auf der Rotorwelle ein Lüfter angeordnet ist. Mittels des Lüfters wird Luft angesaugt, mittels dessen der Rotor und der Stator der elektrischen Maschine gekühlt werden. Ein Teil der Kühlluft wird einem Schleifringraum zugeführt, in dem Schleifringe angeordnet sind, mittels derer der Rotor der elektrischen Maschine mit einem Energieversorgungssystem verbunden ist. Im Schleifringraum ist ein weiterer Lüfter angeordnet, der die Zufuhr von Kühlluft zum Schleifringraum unterstützt. Die dem Schleifringraum zugeführte Kühlluft wird auf einem anderen Weg wieder aus der elektrischen Maschine abgeführt als die Kühlluft, welche nicht dem Schleifringraum zugeführt wird.From the U.S. 4,119,873A an electrical machine is known in which a fan is arranged on the rotor shaft. Air is sucked in by means of the fan, by means of which the rotor and the stator of the electrical machine are cooled. Part of the cooling air is fed to a slip ring space in which slip rings are arranged, by means of which the rotor of the electrical machine is connected to an energy supply system. Another fan is arranged in the slip ring area, which supports the supply of cooling air to the slip ring area. The cooling air supplied to the slip ring space is discharged from the electric machine in a different way than the cooling air which is not supplied to the slip ring space.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf einfache, energieeffiziente und kostengünstige Weise eine zuverlässige Kühlung des Anschlusskastens gewährleistet ist.The object of the present invention is to further develop an electrical machine of the type mentioned at the outset in such a way that reliable cooling of the connection box is ensured in a simple, energy-efficient and cost-effective manner.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und 3. Anspruch 4 nennt eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.The object is achieved by an electrical machine having the features of claim 1. Advantageous configurations of the electrical machine according to the invention are the subject matter of dependent claims 2 and 3. Claim 4 specifies a preferred application of the electrical machine according to the invention.

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart ausgebildet, dass jeweils eine von mehreren Verbindungsleitungen zu einem Energieversorgungssystem des Stators mit jeweils einer der Anschlussklemmen verbunden ist und ausgehend von den mit den Verbindungsleitungen verbundenen Anschlussklemmen jeweils eine Anschlussleitung zu einem Wicklungssystem des Stators führt, so dass der Stator über die Anschlussklemmen mit dem Energieversorgungssystem verbunden ist, und dass zumindest ein Teil der vom Lüfter angesaugten Luft vor dem Kühlen der Komponente durch den Anschlusskasten geleitet wird.According to the invention, an electrical machine of the type mentioned at the outset is designed in such a way that one of a plurality of connecting lines to a power supply system of the stator is connected to one of the connecting terminals and, starting from the connecting terminals connected to the connecting lines, a connecting line leads to a winding system of the stator that the stator is connected to the energy supply system via the connection terminals, and that at least part of the air sucked in by the fan is passed through the connection box before the component is cooled.

Beispielsweise ist es möglich, dass die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, der über ein Schleifringsystem mit dem Energieversorgungssystem verbunden ist. In diesem Fall kann die Komponente der elektrischen Maschine das Schleifringsystem sein. Eine Verbindung des Rotors mit dem Energieversorgungssystem über ein Schleifringsystem ist beispielsweise sinnvoll, wenn die elektrische Maschine als doppelt gespeiste Asynchronmaschine oder als elektrisch erregte Synchronmaschine ausgebildet ist.For example, it is possible for the electrical machine to have a rotor which is connected to the energy supply system via a slip ring system. In this case, the component of the electrical machine can be the slip ring system. A connection of the rotor with the An energy supply system via a slip ring system makes sense, for example, if the electrical machine is designed as a double-fed asynchronous machine or as an electrically excited synchronous machine.

Vorzugsweise wird vom Lüfter zum Kühlen der Komponente zusätzlich zu der durch den Anschlusskasten geleiteten Luft weitere Luft aus der Umgebung der elektrischen Maschine angesaugt. Dadurch wird erreicht, dass sowohl für den Anschlusskasten als auch für die Komponente eine hinreichende Kühlleistung zur Verfügung stehen.The fan for cooling the component preferably sucks in further air from the environment of the electrical machine in addition to the air conducted through the connection box. This ensures that sufficient cooling capacity is available for both the connection box and the component.

Prinzipiell ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine universell einsetzbar. Vorzugsweise wird sie als Generator einer Windkraftanlage verwendet.In principle, the electrical machine according to the invention can be used universally. It is preferably used as a generator of a wind turbine.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

  • 1 eine Ansicht einer elektrischen Maschine im Schnitt von oben,
  • 2 eine Seitenansicht einer elektrischen Maschine und
  • 3 eine Frontansicht der elektrischen Maschine von 2.
The properties, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings. This shows in a schematic representation:
  • 1 a view of an electrical machine in section from above,
  • 2 a side view of an electrical machine and
  • 3 a front view of the electric machine of 2 .

Die FIG werden nachstehend gemeinsam erläutert, wobei 1 eine mehr schematische Darstellung einer elektrischen Maschine zeigt, während 2 und 3 eine elektrische Maschine in tendenziell eher realer Darstellung zeigen.The FIG are explained together below, where 1 shows a more schematic representation of an electrical machine while 2 and 3 show an electrical machine in a representation that tends to be more realistic.

Die elektrische Maschine weist einen Stator 1 auf. Der Stator 1 ist in einem Statorgehäuse 2 angeordnet. Im Stator 1 ist ein Wicklungssystem 3 angeordnet. Das Wicklungssystem 3 ist mit einem Energieversorgungssystem 4 verbunden. In der Regel ist das Wicklungssystem 3 dreiphasig ausgebildet. Dementsprechend ist das Wicklungssystem 3 mit dem Energieversorgungssystem 4 in der Regel über drei Verbindungsleitungen 5 verbunden.The electrical machine has a stator 1 . The stator 1 is arranged in a stator housing 2 . A winding system 3 is arranged in the stator 1 . The winding system 3 is connected to an energy supply system 4 . As a rule, the winding system 3 has a three-phase design. Accordingly, the winding system 3 is usually connected to the energy supply system 4 via three connecting lines 5 .

Die Verbindungsleitungen 5 sind, ausgehend vom Energieversorgungssystem 4 zu einem Anschlusskasten 6 geführt. Der Anschlusskasten 6 ist unmittelbar am Statorgehäuse 2 angeordnet. Im Anschlusskasten 6 sind Anschlussklemmen 7 angeordnet, mit denen die Verbindungsleitungen 5 verbunden sind. Ausgehend von den Anschlussklemmen 7 führen Anschlussleitungen 8 zum Wicklungssystem 3. Im Ergebnis ist daher der Stator 1 (genauer: das Wicklungssystem 3 des Stators 1) über die Anschlussklemmen 7 mit dem Energieversorgungssystem 4 verbunden.The connecting lines 5 are routed from the energy supply system 4 to a connection box 6 . The connection box 6 is arranged directly on the stator housing 2 . Connection terminals 7 are arranged in the connection box 6, with which the connecting lines 5 are connected. Connecting lines 8 lead from the connection terminals 7 to the winding system 3 . As a result, the stator 1 (more precisely: the winding system 3 of the stator 1 ) is connected to the energy supply system 4 via the connection terminals 7 .

Die elektrische Maschine weist weiterhin einen Rotor 9 auf. Der Rotor 9 ist im Stator 1 oder im Statorgehäuse 2 in Lagern 10 gelagert, so dass er um eine Rotationsachse 11 rotieren kann.The electrical machine also has a rotor 9 . The rotor 9 is mounted in bearings 10 in the stator 1 or in the stator housing 2 so that it can rotate about an axis of rotation 11 .

Die elektrische Maschine weist weiterhin einen Lüfter 12 auf. Mittels des Lüfters 12 wird eine Komponente 13 der elektrischen Maschine mit Luft 14a, 14b gekühlt. Prinzipiell kann mittels des Lüfters 12 eine beliebige Komponente 13 gekühlt werden. Es kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich darauf an, dass die Komponente 13 eine vom Anschlusskasten 6 verschiedene Komponente ist.The electrical machine also has a fan 12 . A component 13 of the electrical machine is cooled with air 14a, 14b by means of the fan 12. In principle, any component 13 can be cooled by means of the fan 12 . In the context of the present invention, it is only important that the component 13 is a component that is different from the connection box 6 .

Gemäß den 1 bis 3 kann die elektrische Maschine ein Schleifringsystem 15 aufweisen, über das der Rotor 9 (genauer: ein im Rotor 9 angeordnetes Rotorwicklungssystem) mit dem Energieversorgungssystem 4 verbunden ist. Beispielsweise kann die elektrische Maschine als doppelt gespeiste Asynchronmaschine oder als elektrisch erregte Synchronmaschine ausgebildet sein. Im Falle des Vorhandenseins eines Schleifringsystems 15 kann es sich bei der Komponente 13 entsprechend der Darstellung von 1 beispielsweise um das Schleifringsystem 15 handeln.According to the 1 until 3 For example, the electrical machine can have a slip ring system 15, via which the rotor 9 (more precisely: a rotor winding system arranged in the rotor 9) is connected to the energy supply system 4. For example, the electrical machine can be designed as a double-fed asynchronous machine or as an electrically excited synchronous machine. In the case of the presence of a slip ring system 15, the component 13 can be as shown in FIG 1 be the slip ring system 15, for example.

Entsprechend der Darstellung in den 1 bis 3 wird zumindest ein Teil der vom Lüfter 12 angesaugten Luft 14a, 14b vor dem Kühlen der Komponente 13 - beispielsweise des Schleifringsystems 15 - durch den Anschlusskasten 6 geleitet. Es ist möglich, dass die gesamte vom Lüfter 12 angesaugten Luft 14a, 14b durch den Anschlusskasten 6 geleitet wird. Entsprechend der Darstellung in den 1 und 2 wird jedoch zusätzlich zu der durch den Anschlusskasten 6 geleiteten Luft 14a weitere Luft 14b aus der Umgebung der elektrischen Maschine angesaugt. Sowohl die Luft 14a als auch die Luft 14b wird zum Kühlen der Komponente 13 verwendet.As shown in the 1 until 3 At least part of the air 14a, 14b sucked in by the fan 12 is passed through the connection box 6 before the component 13 is cooled, for example the slip ring system 15. It is possible for all of the air 14a, 14b sucked in by the fan 12 to be routed through the connection box 6. As shown in the 1 and 2 however, in addition to the air 14a routed through the terminal box 6, further air 14b is sucked in from the environment of the electrical machine. Both air 14a and air 14b are used to cool component 13 .

Die elektrische Maschine der 1 bis 3 ist prinzipiell universell einsetzbar. Vorzugsweise wird sie als Generator einer Windkraftanlage verwendet. Eine Rotorwelle 16, auf welcher der Rotor 9 drehfest angeordnet ist, ist daher vorzugsweise gemäß 1 mit einem Windrad 17 verbunden.The electric machine 1 until 3 can in principle be used universally. It is preferably used as a generator of a wind turbine. A rotor shaft 16, on which the rotor 9 is arranged in a rotationally fixed manner, is therefore preferably in accordance with 1 connected to a wind turbine 17.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere können innerhalb des Anschlusskastens 6 Materialien verwendet werden, welche für niedrigere Temperaturbelastungen ausgelegt sind als im Stand der Technik. Auch andere Komponenten können für niedrigere Temperaturen ausgelegt werden.The present invention has many advantages. In particular, 6 materials can be used within the terminal box, which are designed for lower temperature loads than in the prior art. Other components can also be designed for lower temperatures.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (4)

Elektrische Maschine, - wobei die elektrische Maschine einen Stator (1) aufweist, - wobei der Stator (1) in einem Statorgehäuse (2) angeordnet ist, - wobei in einem Anschlusskasten (6) Anschlussklemmen (7) angeordnet sind, - wobei der Anschlusskasten (6) unmittelbar am Statorgehäuse (2) angeordnet ist, - wobei die elektrische Maschine einen Lüfter (12) aufweist, mittels dessen eine vom Anschlusskasten (6) verschiedene Komponente (13) der elektrischen Maschine mit Luft (14a, 14b) gekühlt wird, - wobei jeweils eine von mehreren Verbindungsleitungen (5) zu einem Energieversorgungssystem (4) des Stators (1) mit jeweils einer der Anschlussklemmen (7) verbunden ist und ausgehend von den mit den Verbindungsleitungen (5) verbundenen Anschlussklemmen (7) jeweils eine Anschlussleitung (8) zu einem Wicklungssystem (3) des Stators (1) führt, so dass der Stator (1) über die Anschlussklemmen (7) mit dem Energieversorgungssystem (4) verbunden ist, - wobei zumindest ein Teil (14a) der vom Lüfter (12) angesaugten Luft (14a, 14b) vor dem Kühlen der Komponente (13) durch den Anschlusskasten (6) geleitet wird.electrical machine, - wherein the electrical machine has a stator (1), - wherein the stator (1) is arranged in a stator housing (2), - connecting terminals (7) being arranged in a connection box (6), - the connection box (6) being arranged directly on the stator housing (2), - wherein the electrical machine has a fan (12), by means of which a component (13) of the electrical machine that is different from the connection box (6) is cooled with air (14a, 14b), - wherein one of several connecting lines (5) to an energy supply system (4) of the stator (1) is connected to one of the connecting terminals (7) and starting from the connecting terminals (7) connected to the connecting lines (5), one connecting line ( 8) leads to a winding system (3) of the stator (1), so that the stator (1) is connected to the energy supply system (4) via the connection terminals (7), - wherein at least part (14a) of the air (14a, 14b) sucked in by the fan (12) is passed through the connection box (6) before the component (13) is cooled. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die elektrische Maschine einen Rotor (9) aufweist, der über ein Schleifringsystem (15) mit dem Energieversorgungssystem (4) verbunden ist und dass die Komponente (13) der elektrischen Maschine das Schleifringsystem (15) ist.Electric machine after claim 1 , characterized in that the electrical machine has a rotor (9) which is connected to the energy supply system (4) via a slip ring system (15) and that the component (13) of the electrical machine is the slip ring system (15). Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom Lüfter (12) zum Kühlen der Komponente (13) zusätzlich zu der durch den Anschlusskasten (6) geleiteten Luft (14a) weitere Luft (14b) aus der Umgebung der elektrischen Maschine angesaugt wird.Electric machine after claim 1 or 2 , characterized in that the fan (12) for cooling the component (13) in addition to the air (14a) conducted through the connection box (6) further air (14b) is sucked in from the environment of the electrical machine. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Generator einer Windkraftanlage verwendet wird.Electric machine after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that it is used as a generator of a wind turbine.
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