DE102013205897B4

DE102013205897B4 - Antriebssystem

Info

Publication number: DE102013205897B4
Application number: DE102013205897.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Büscher; Karsten Hübner; Rudi Hüskes
Original assignee: Lenze SE
Current assignee: Lenze SE
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2033-04-04
Also published as: DE102013205897A1

Abstract

Antriebssystem (100), aufweisend:- einen Elektromotor (1), aufweisend:- einen Klemmenkastensockel (2) mit einer Öffnung,- einen Frequenzumrichter (3), der dazu ausgebildet ist, den Elektromotor (1) anzusteuern,- ein Koppelelement (4), wobei- das Koppelelement (4) zwischen dem Elektromotor (1) und dem Frequenzumrichter (3) angeordnet ist und einen oberflächenvergrößernd strukturierten Bereich (9) zur Erhöhung seiner Kühlleistung aufweist, wobei- eine erste Seite des Koppelelements (4) die Öffnung des Klemmkastensockels (2) verschließt,- zwischen einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Koppelelements (4) und einer dem Koppelelement (4) zuzuwendenden Seite des Frequenzumrichters (3) ein Luftspalt (10) gebildet ist,- der Frequenzumrichter (3) und das Koppelelement (4) mittels einer einzelnen Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden sind und- der Klemmkastensockel (2) und das Koppelelement (4) mittels einer Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden sind, und- einen Lüfter (12), der dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom durch den Luftspalt (10) zu bewirken, wobei der Luftspalt (10) in Verbindung mit dem Luftstrom eine Kühlung des Koppelelements (4) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, das einen Elektromotor mit einem Klemmkastensockel und einen Frequenzumrichter aufweist.
Antriebssysteme, die einen Elektromotor mit einem Frequenzumrichter fest kombinieren, werden auch als Umrichtermotoren bezeichnet.
Die DE 10 2005 032 969 A1 zeigt einen solchen Umrichtermotor, bei dem der Frequenzumrichter mit einem Elektromotor fest gekoppelt ist, wobei der Elektromotor keinen Klemmenkastensockel aufweist. Zur thermischen Entkopplung des Frequenzumrichters vom Elektromotor ist ein dem Frequenzumrichter zugewandter Bereich des Motorgehäuses mit einer Wärmesperre versehen. Bei dem gezeigten Umrichtermotor können aufgrund des Kopplungs- und Kühlkonzepts keine Standardmotoren mit Klemmkastensockel verwendet werden.
Die DE 10 2006 023 050 A1 zeigt eine Haltevorrichtung für ein elektronisches Gerät, die dazu dient, das elektronische Gerät mit einem Elektromotor mechanisch zu verbinden.
Die DE 10 2005 023 659 B4 zeigt eine Umrichtervorrichtung mit einem Kühlkörper.
Die DE 197 04 226 A1 zeigt einen Elektromotor mit vorgeschaltetem Frequenzumrichter, wobei ein Gehäuse des Frequenzumrichters mit einem Kühlkörper versehen ist und thermisch vom Elektromotor entkoppelt ist.
Die DE 10 2008 058 511 A1 zeigt einen Frequenzumrichter zum Steuern eines Elektromotors, wobei der Frequenzumrichter mit dem Elektromotor mechanisch gekoppelt ist.
Die DE 10 2010 047 762 A1 zeigt einen Umrichtermotor aufweisend einen Elektromotor und einen mit diesem verbundenen Umrichter, wobei auf dem Elektromotor ein Anschlusskastenunterteil schraubverbunden ist, auf das der Umrichter aufgesetzt und schraubverbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem bzw. einen Umrichtermotor zur Verfügung zu stellen, das bzw. der die Verwendung von Standardmotoren mit Klemmkastensockeln ermöglicht, wobei gleichzeitig eine wirksame thermische Entkopplung zwischen Frequenzumrichter und Motor gegeben ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Antriebssystem bzw. einen Umrichtermotor nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Antriebssystem weist einen herkömmlichen Elektromotor mit einem Klemmenkastensockel auf, wobei der Klemmenkastensockel eine Öffnung aufweist, die üblicherweise (anders als in der Erfindung) mit einem Deckel verschlossen wird.
Das Antriebssystem weist weiter einen Frequenzumrichter auf, der dazu ausgebildet ist, den Elektromotor herkömmlich anzusteuern.
Das Antriebssystem weist weiter ein, beispielsweise flächiges, Koppelelement auf, wobei das Koppelelement in einer Sandwichstruktur zwischen dem Elektromotor und dem Frequenzumrichter angeordnet ist.
Eine erste Seite des Koppelelements verschließt die Öffnung des Klemmkastensockels, insbesondere fluiddicht. Zwischen dem Koppelelement und einer öffnungsberandung können herkömmliche Dichtelemente vorgesehen sein, wie sie beispielsweise bei herkömmlichen Klemmkastensockeldeckeln Verwendung finden.
Das Antriebssystem ist derart geometrisch festgelegt bzw. ausgestaltet, dass sich zwischen einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Koppelelements und einer dem Koppelelement zuzuwendenden Seite des Frequenzumrichters ein Luftspalt einstellt. Der Luftspalt ermöglicht die Kühlung sowohl des Frequenzumrichters als auch des Elektromotors mittels Kühlluft, die durch den Luftspalt strömt. Gleichzeitig wird verhindert, dass Wärme vom Elektromotor in Richtung des Frequenzumrichters und umgekehrt fließt, ohne dass wie in der DE 10 2005 032 969 A1 im Gehäuse eine Wärmesperre vorzusehen ist.
Erfindungsgemäß können folglich herkömmliche, kostengünstige Standard-Elektromotoren mit Klemmkastensockel verwendet werden, die nicht modifiziert werden müssen. Aufgrund des Luftspalts ist gleichzeitig eine wirksame thermische Entkopplung von Frequenzumrichter und Elektromotor sichergestellt.
Der Klemmkastensockel und das Koppelelement sind mittels einer Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden bzw. gekoppelt. Beispielsweise können hierzu im Klemmkastensockel randseitig in Ecken Gewindebohrungen vorgesehen sein, wobei das Koppelelement korrespondierende Durchgangsbohrungen aufweisen kann, durch die Schrauben durchsteckbar sind, die in korrespondierende Gewindebohrungen eingreifen.
Das Antriebssystem kann Distanzmittel bzw. Abstandhalter zwischen der zweiten Seite des Koppelelements und der dem Koppelelement zuzuwendenden Seite des Frequenzumrichters aufweisen, die den Luftspalt geometrisch definieren bzw. festlegen.
Der Frequenzumrichter kann ein Gehäuse(unter)teil aufweisen, wobei das Gehäuseteil an einer dem Koppelelement zuzuwendenden Seite Distanzmittel, beispielsweise in Form von bolzen- oder stiftförmigen Erhebungen, aufweist, die sich an dem Koppelelement abstützen und den Luftspalt bewirken bzw. definieren.
Das Koppelelement kann Vertiefungen, beispielsweise in Form von Sackbohrungen, aufweisen, in welche die Distanzmittel zumindest teilweise eingreifen, so dass eine Zentrierung des Frequenzumrichters hinsichtlich des Koppelelements bewirkt wird.
Der Frequenzumrichter und das Koppelelement sind mittels einer einzelnen Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden. Beispielsweise kann hierzu im Koppelelement eine einzelne Gewindebohrung vorgesehen sein, wobei der Frequenzumrichter beispielsweise in einem Gehäuseunterteil eine korrespondierende Durchgangsbohrung aufweisen kann, durch die eine Schraube durchsteckbar ist, die in die korrespondierende Gewindebohrung eingreift.
Das Koppelelement kann eine Durchtrittsöffnung zur Kabeldurchführung aufweisen, durch die ein oder mehrere Kabel zwischen Elektromotor und Frequenzumrichter führbar sind.
Das Koppelelement weist einen oberflächenvergrößernd strukturierten Bereich zur Erhöhung seiner Kühlleistung auf. Der Bereich kann beispielsweise Einfräsungen usw. aufweisen.
Das Antriebssystem kann ein wärmeerzeugendes elektrisches Bauelement, insbesondere einen Bremswiderstand, aufweisen, das bzw. der mit einer dem Motor zuzuwendenden Seite des Koppelements thermisch gekoppelt ist, so dass aufgrund des Luftspalt auch eine Kühlung des Bauelements erfolgt.
Es kann mindestens ein elektrischer Energiespeicher, beispielsweise mindestens ein Kondensator, innerhalb des Klemmkastensockels angeordnet sein.
Das Antriebssystem weist einen, beispielsweise axialen, Lüfter auf, der dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom durch den Luftspalt zu bewirken bzw. zu erzeugen.
Der Lüfter kann durch den Elektromotor angetrieben sein.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschreiben. Hierbei zeigt schematisch:

1 eine Explosionsdarstellung eines Antriebssystems aus einer ersten Perspektive,
2 ein Koppelelement des in 1 gezeigten Antriebssystems,
3 ein Gehäuseteil eines Frequenzumrichters des in 1 gezeigten Antriebssystems und
4 einen Ausschnitt des in 1 gezeigten Antriebssystems aus einer weiteren Perspektive.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Antriebssystems bzw. eines Umrichtermotors 100 aus einer ersten Perspektive.
Das Antriebssystem 100 weist einen Elektromotor 1, einen Frequenzumrichter 3 und ein flächiges Koppelelement 4 auf.
Der Elektromotor 1 weist herkömmlich einen Klemmenkastensockel 2 mit einer Öffnung und einen durch den Elektromotor 1 angetriebenen Axiallüfter 12 auf. Der Klemmenkastensockel 2 weist herkömmlich in seinen vier Eckbereichen Gewindebohrungen 15 auf, in die entsprechende Gewindeschrauben 13 einschraubbar sind.
Innerhalb des Klemmenkastensockels 2 können nicht dargestellte Energiespeicher, beispielsweise Zwischenkreiskondensatoren, angeordnet sein.
Das Koppelelement 4 ist in Art einer Sandwichstruktur zwischen dem Elektromotor 1 und dem Frequenzumrichter 3 angeordnet. Das Koppelelement entspricht in seiner Form und seinen äußeren Dimensionen im Wesentlichen einem herkömmlichen Klemmenkastensockeldeckel.
Eine erste Seite des Koppelelements 4 verschließt die Öffnung des Klemmkastensockels 2 fluiddicht. Der Klemmkastensockel 2 und das Koppelelement 4 sind mittels einer Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden, wobei hierzu die Gewindeschrauben 13 durch Durchgangsbohrungen 14 (siehe 2) im Koppelelement 4 in die Gewindebohrungen 15 eingreifen. Zwischen den Kontaktflächen des Koppelelements 4 und des Klemmkastensockels 2 kann eine Dichtung eingesetzt sein.
Der Frequenzumrichter 3 weist ein Gehäuseunterteil 5 aus Druckguss und ein Gehäuseoberteil bzw. eine Abdeckhaube 16 aus Kunststoff auf, wobei das Gehäuseunterteil 5 in 3 perspektivisch von unten dargestellt ist. Das Gehäuseunterteil 5 weist einen ersten Bereich mit Kühlrippen 21 und einen zweiten Bereich mit weniger stark ausgeprägten Kühlrippen 22 auf, wobei der zweite Bereich das Koppelelement 4 überdeckt.
Das Gehäuseoberteil 16 kann alternativ auch aus Metall bestehen, wodurch die Wärmeableitung noch verbessert werden könnte. Um auch bei dieser Ausgestaltung beispielsweise mit einer RFID-Schnittstelle arbeiten zu können, könnte in das Gehäuseoberteil 16 ein Kunststoffteil eingesetzt werden.
2 zeigt das Koppelelement 4 in Draufsicht.
Das Gehäuseunterteil 5 weist an einer dem Koppelelement 4 zuzuwendenden Seite bolzenförmige Distanzmittel 6 auf, die in korrespondierende Vertiefungen 7 des Koppelelements 4 eingreifen und die einen Luftspalt 10 (siehe 4) zwischen dem Frequenzumrichter 3 und dem Koppelelement 4 erzeugen. Zwei der Distanzmittel 6 weisen Passerdorne auf, die bei der Montage eine Zentrierung bewirken.
Das Koppelelement 4 weist eine Durchtrittsöffnung 8 zur Kabeldurchführung auf. Das Gehäuseunterteil 5 des Frequenzumrichters 3 weist eine korrespondierende Durchtrittsöffnung 18 auf, so dass eine Kabeldurchführung ermöglich wird.
Der Frequenzumrichter 3 bzw. das Gehäuseunterteil 5 und das Koppelelement 4 sind mittels einer einzelnen Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden. Hierzu weist das Koppelelement 4 eine Gewindebohrung 17 auf und das Gehäuseunterteil 5 weist eine korrespondierende Durchtrittsbohrung 19 auf, wobei zur Verschraubung eine Schraube durch die Durchtrittsbohrung 19 gesteckt und in die Gewindebohrung 17 eingeschraubt wird.
Zwischen den Kontaktflächen des Koppelelements 4 und des Gehäuseunterteils 5 im Bereich der Verschraubung und der Kabeldurchführung kann eine Dichtung 20 eingesetzt sein.
Das Koppelelement 4 weist einen oberflächenvergrößernd strukturierten Bereich 9 auf, der durch Einfräsungen an der Oberfläche gebildet ist.
Unterhalb des Bereichs 9, d.h. auf der dem Elektromotor 1 zuzuwendenden Seite des Koppelelements 4, ist ein wärmeerzeugendes elektrisches Bauelement in Form eines Bremswiderstands 11 mit dem Koppelement 4 mechanisch und thermisch verbunden.
Der Luftspalt 10 zwischen Gehäuseunterteil 5 und Koppelelement 4 wird durch einen Luftstrom durchströmt, der vom Axiallüfter 12 erzeugt wird. Der Luftspalt 10 in Verbindung mit dem Luftstrom bewirkt eine Kühlung sowohl des Koppelelements 4 als auch des Gehäuseunterteils 5.
Die Erfindung stellt einen Umrichtermotor zur Verfügung, der die Verwendung von Standardmotoren mit Klemmkastensockeln ermöglicht, wobei gleichzeitig eine wirksame Kühlung sowohl des Elektromotors 1 als auch des Frequenzumrichters 3 gegeben ist.
Zusätzlich ist aufgrund des Luftspalts 10 eine thermische Entkopplung zwischen Frequenzumrichter 3 und Elektromotor 1 sichergestellt.

Claims

Antriebssystem (100), aufweisend: - einen Elektromotor (1), aufweisend: - einen Klemmenkastensockel (2) mit einer Öffnung, - einen Frequenzumrichter (3), der dazu ausgebildet ist, den Elektromotor (1) anzusteuern, - ein Koppelelement (4), wobei - das Koppelelement (4) zwischen dem Elektromotor (1) und dem Frequenzumrichter (3) angeordnet ist und einen oberflächenvergrößernd strukturierten Bereich (9) zur Erhöhung seiner Kühlleistung aufweist, wobei - eine erste Seite des Koppelelements (4) die Öffnung des Klemmkastensockels (2) verschließt, - zwischen einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Koppelelements (4) und einer dem Koppelelement (4) zuzuwendenden Seite des Frequenzumrichters (3) ein Luftspalt (10) gebildet ist, - der Frequenzumrichter (3) und das Koppelelement (4) mittels einer einzelnen Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden sind und - der Klemmkastensockel (2) und das Koppelelement (4) mittels einer Schraubverbindung miteinander mechanisch verbunden sind, und - einen Lüfter (12), der dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom durch den Luftspalt (10) zu bewirken, wobei der Luftspalt (10) in Verbindung mit dem Luftstrom eine Kühlung des Koppelelements (4) bewirkt.
Antriebssystem (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Distanzmittel (6), die den Luftspalt (10) geometrisch definieren.
Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (3) ein Gehäuseteil (5) aufweist, wobei das Gehäuseteil (5) an einer dem Koppelelement (4) zuzuwendenden Seite Distanzmittel (6) aufweist, die sich an dem Koppelelement (4) abstützen und den Luftspalt (10) definieren.
Antriebssystem (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (4) Vertiefungen (7) aufweist, in welche die Distanzmittel (6) eingreifen.
Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (4) eine Durchtrittsöffnung (8) zur Kabeldurchführung aufweist.
Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein wärmeerzeugendes elektrisches Bauelement, insbesondere einen Bremswiderstand (11), das mit einer dem Motor zuzuwendenden Seite des Koppelements thermisch gekoppelt ist.
Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen elektrischen Energiespeicher, der innerhalb des Klemmkastensockels (2) angeordnet ist.
Antriebssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (12) durch den Elektromotor (1) angetrieben ist.