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Die Erfindung betrifft ein Belüftungssystem für Außenläufermotoren ohne Getriebe für den Aufzugsbau insbesondere für rotierende elektrische Synchronmotoren mit Permanentmagneten, welche innen im Treibrohr angeordnet sind.
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Es ist allgemein bekannt, dass bei Außenläufermotoren ohne Getriebe für den Aufzugsbau der Hauptteil der Verluste im Inneren des Synchronmotors direkt in der Ständerwicklung entsteht. Auf Grund des Einsatzes von hochleistungsfähigen Permanentmagneten zur Erregung besteht die Notwendigkeit, die Kühlung insgesamt zu verbessern, da Permanentmagnete bei längerer starker Erwärmung ihre Magnetisierung verlieren können oder sich diese längerfristig abschwächen kann. Zudem kommt hinzu, dass Aufzugsmotoren teilweise in exponierten Aufstellungsorten oben in Aufzugsschächten betrieben werden müssen, wo die Umgebungstemperatur klimabedingt bereits erheblich höher sein kann als an anderen Aufstellungsorten. Bislang wird die entstehende Verlustwärme fast ausschließlich durch normale Wärmeleitung über das Ständerblechpaket und Wärmeübertragung über die rotierenden Teile, d. h. das Treibrohr und die Lagerschilde ohne zusätzliche Belüftungselemente oder Belüftungsmaßnahmen mittels Eigenkühlung realisiert. Der Aufzugsmotor wird dabei im wesendlichen nur durch die den Motor umströmende Kühlluft gekühlt.
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In der
DE 42 33 759 A1 wurde bereits ein getriebeloser und kompakter Hebezeugantrieb beschrieben, dessen Treibscheibe, Außenläufer des Elektromotors und die Bremse ein gemeinsames konstruktiv einfaches Gehäuse bilden. Der Außenläufer des Elektromotors ist dabei innerhalb der Treibscheibe angeordnet. Die Treibscheibe und die Bremse sind als gemeinsames Gehäuse mindestens an zwei Stellen an einer drehmomentfreien Achse gelagert. Der Vorteil dieser Lösung besteht neben der getriebelosen Ausführung in der drehmomentfreien Achse. Die Kühlung erfolgt mittels Eigenkühlung.
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In der
DE 199 10 925 A1 wird ein weiterer getriebeloser und kompakter Hebezeugantrieb beschrieben, der aus einer walzenförmigen Trägereinheit besteht, auf dessen Außenumfang der Ständer des Elektromotors angeordnet ist und auf einer Seite eine kreisrunde Nut zur Aufnahme einer in dieser Nut mit der Innenwand gelagerten Treibscheibe besitzt, wobei die Treibscheibe kreisringförmig mit am inneren und äußeren Umfang des Kreisringes rechtwinklig angeordneten Wänden ausgebildet ist und die äußere Wand am inneren Umfang den Außenläufer des Elektromotors und auf dem Außenumfang die Seilrillen trägt und die äußere Wand der Treibscheibe insgesamt den Ständer des Elektromotors umfasst, wobei zwischen dem Außenläufer des Elektromotors und dem Ständer des Elektromotors ein elektromaschinentypischer Luftspalt angeordnet ist, über den die Kühlung des Motorinneren im wesendlichen erfolgt.
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In der
DE 203 18 523 A1 wurde ein anderer getriebeloser und kompakter Hebezeugantrieb vorgeschlagen, bei dem der Ständer des Elektromotors an einer ersten Lagerendplatte befestigt ist. Der Außenläufer des Elektromotors ist auf der Seite der Ständerbefestigung am Ständer und auf der anderen Seite in einer zweiten Lagerendplatte gelagert. Der Außenläufer besitzt am inneren Umfang Permanentmagnete und am äußeren Umfang ein Treibrohr.
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In der
EP 2 308 150 B1 ist eine andere Ausführung einer rotierenden elektrischen Maschine hohen Schutzgrades mit ausgeprägten axialen Läufer- und Ständerkühlkanälen beschrieben, welche eine verbesserte Kühlung des Läufers bewirken soll. Der Läuferraum ist hierbei beidseitig strömungstechnisch mittels je einer speziellen Abdeckung von den Ständerkühlkanälen getrennt ausgeführt. Über mindestens einen Radialkanal in den Abdeckungen sind die Ständerkühlkanäle mit dem Läuferinnenraum strömungstechnisch verbunden, wobei eine Zwangsströmung durch mindestens einen angeordneten Lüfter ausbildet wird.
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In der
WO 2005/054108 A1 ist ein getriebeloses und kompaktes Außenläuferantriebssystem für Aufzüge beschrieben bei dem die Kühlung über eine einfache Durchzugskühlung durch den Elektromotor erfolgen soll. Hierzu sind sowohl in den sogenannten Lagerendplatten (den Traversen) als auch in den Lagerschilden ein- oder auch beidseitig axiale Durchbrüche angeordnet. Diese können bei Bedarf auch mit Abdeckungen versehen werden, so dass eine geschlossene Maschine entsteht. Gegebenfalls können hier auch zur Verbesserung der Kühlleistung am Ende der Durchbrüche an der Innenseite der Lagerschilde, d. h. im inneren des Motors nicht näher beschriebene Luftleitbleche angeordnet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Belüftungssystem für Außenläufermotoren für den Aufzugsbau ohne Getriebe insbesondere für rotierende elektrische Synchronmotoren mit Permanentmagneten zu schaffen, welches sowohl den Läufer über Läuferkühlkanäle im Luftspaltgebiet, als auch den Ständer über Ständerkühlkanäle intensiv kühlt, wobei auch der Wicklungskopf ausreichend gekühlt werden soll, die innen entstehende Verlustwärme optimal nach außen abgeführt wird und wobei der Kühlkreislauf im Inneren möglichst geringe Strömungsverluste aufweisen soll.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die rückbezüglichen Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Beim neuartige Belüftungssystem für Außenläufermotoren für den Aufzugsbau ohne Getriebe mit einem zwischen zwei Traversen angeordneten Treibrohr für Synchronmotoren mit Permanentmagneten mit axialen Läufer- und Standerkühlkanälen und einem Innenkühlluftkreislauf sind ein oder mehrere Fremdlüfter 7 auf oder seitlich an einer Anschlusstraverse 1, am, auf oder neben dem Querträger 5 und/oder am oder auf einer Bremstraverse 3 über eine oder zwei Leiteinrichtungen 16 angeordnet. Die Leiteinrichtung 16, welche sich teilweise ringartig über die Oberfläche der Treibrohrs 6 erstreckt und dabei gegenüber dem Treibrohr 6 wahlweise dichtend (zum Beispiel mittels eines besonders gestalteten Dichtringes oder teilweise dichtend ausgebildet ist, leitet den durch den Fremdlüfter 7 erzeugten Kühlluftstrom in den Innenkühlluftkreislauf. Dieser ist, wie an sich bekannt, mit axial durchgehenden Kühlkanälen im Ständer und im Außenläufer ausgerüstet. Die Leiteinrichtung 16 bildet einen umlaufenden dichten oder nahezu geschlossenen ringförmigen Luftverteilungskanal. Ein Teil der Kühlluft strömt über den Ringspalt zwischen Leiteinrichtung 16 und Mantel des Treibrohrs 6 aus, was aber die Wirkung des Innenluftkühlkreislaufes nicht beeinträchtigt.
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Dabei können wahlweise nur ein oder auch gleichzeitig mehrere Fremdlüfter 7 auf oder seitlich an einer Anschlusstraverse 1 am oder neben dem Querträger und/oder auf oder an einer Bremstraverse 3 über eine Leiteinrichtung 16 angeordnet sein. Im Treibrohr 6 sind auf einer Seite radiale Öffnungen 14, oder radiale Öffnungen 14 und axiale Öffnungen 15 oder nur axiale Öffnungen 15 zur Lufteinströmung 9 aus der Leiteinrichtung 16 in den Innenkühlluftkreislauf angeordnet. Über diese wird, die durch den Fremdlüfter zugeführte und mittels der Leiteinrichtungen 16 auf dem Treibrohrumfang zunächst als Ringströmung verlaufende Kühlluft verteilt und durch die radialen und/oder axialen Öffnungen 14, 15 in den Innenraum des Außenläufermotors gedrückt. Die Kühlluft durchströmt dabei die axialen Kühlkanäle des Ständers, des Läufers und den Lustspalt und tritt auf der anderen Seite durch angeordnete radiale Öffnungen 17, oder radiale Öffnungen 17 und axiale Öffnungen 18 oder nur axiale Öffnungen 18 im Lagerschild auf der Seite der Bremstraverse wieder aus. Diese radialen bzw. axialen Öffnungen 17, 18 sind zur Luftausströmung 13 aus dem Innenluftkühlkreislauf angeordnet. Da der oder die Fremdlüfter 7 jeweils außen an den Enden des Aufzugsmotors im Traversenbereich angeordnet sind, kann zum Beispiel auf dem Querträger 5 ein angeschlossener Frequenzumrichter zur Steuerung und Regelung des Außenläufermotors angeordnet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Belüftungssystem für Außenläufermotoren für den Aufzugsbau die radialen Öffnungen 14 außen an den Enden des Treibrohres 6 im Bereich der Wicklungsköpfe angeordnet sind. Diese radialen Öffnungen 14 durchbrechen den Mantel des Treibrohres 6 und führen die Kühlluft über den Umfang verteilt zum Wicklungskopf in den Innenraum. Die radialen Öffnungen 17 auf der Seite der Bremstraverse sind ebenfalls außen im Bereich des Wicklungskopfes angeordnet.
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Es ist generell auch möglich beim Belüftungssystem für Außenläufermotoren für den Aufzugsbau auch an der Bremstraverse 3, wo die Luft ausströmt, eine zweite ringartige Leiteinrichtung und einen weiteren Fremdlüfter (saugend) anzuordnen. Dabei dichtet die Leiteinrichtung gegenüber dem Mantel des Treibrohres 6 vollständig ab um maximal Luft aus dem Wickelkopfraum auf der Seite der Bremstraverse durch die Öffnungen 17 (radial) und/oder 18 (axial) absaugen zu können. Zwangsläufig ist dann ein Fremdlüfter als drückender und ein Fremdlüfter als saugender Lüfter ausgebildet. Dadurch lässt sich ein höherer Luftdurchsatz pro Zeiteinheit erzielen, was eine äußerst effektive Kühlung der elektrisch aktiven Baugruppen bewirkt.
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Wenn auf, neben oder am Querträger 5 des Aufzugsmotors, wie meistens sinnvollerweise direkt aufsitzend, ein Frequenzumrichter angeordnet ist, kann das Belüftungssystem für den Außenläufermotor für den Aufzugsbau so ausgeführt sein, dass der Frequenzumrichter mittels des oder den Fremdlüftern 7 erzeugten Kühlluft an seiner Oberfläche oder in seinem Inneren gleichzeitig mit gekühlt wird. Dabei kann der Frequenzumrichter wahlweise auch eigengekühlt ausgeführt sein, oder dieser kann bei Bedarf sehr vorteilhaft über den oder die Fremdkühler 7 gleichzeitig mit gekühlt werden. So ist es denkbar im Bereich des Frequenzumrichters die Abdichtung der Leiteinrichtung 16 gegenüber dem Mantel des Treibrohres 6 so auszuführen, dass ein Teil der zugeführten Luft oder der gesamte Kühlluftstrom über die Leiteinrichtung 16 in Richtung des angebauten Frequenzumrichters über den Mantel des Treibrohrs 6 ausströmen kann und diesen ausreichend über am Frequenzumrichter üblicherweise angeordnete Kühlkörper kühlt. Die Leiteinrichtung 16 kann über einen gesondert angeordneten Zwischenschacht, welche direkt in das Gehäuse des Frequenzumrichters führt, auf direkte Art und Weise mit Kühlluft versorgt werden. Der Fremdlüfter kann auch so angeordnet und ausgebildet sein, dass er die benötigte Luft zunächst über oder durch den Frequenzumrichter ansaugt und erst dann die Kühlluft in die Leiteinrichtung 16 drückt. Das ist abhängig von der Ausführung des Frequenzumrichters, ob er mit einer Oberflächenkühlung mit äußeren Kühlkörpern oder beispielsweise mit einer Durchzugskühlung durch sein Inneres oder mit inneren Kühlkörpern ausgebildet ist.
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Es ist des Weiteren beim Belüftungssystem für Außenläufermotoren für den Aufzugsbau möglich, dass in der Leiteinrichtung 16 im Bereich der Abdeckung der Leiteinrichtung zum Treibrohr 6 hin zusätzlich stirnseitige Öffnungen zur verbesserten axialen Oberflächenbelüftung der Mantelfläche des Treibrohres 6 angeordnet sind.
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Mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung des Belüftungssystems werden sowohl der innen angeordnete feststehende Ständer über Ständerkühlkanäle mit der eingelegten Wicklung, aber auch die zugehörigen Wicklungsköpfe optimal gekühlt, da sich der Kühlluftdurchsatz gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen erheblich im Ständer verstärkt. Gleichfalls wird der sich drehende Außenläufer mit seinen eingeklebten Permanentmagneten umfassend gekühlt. Dies erfolgt in erster Linie über den bei Außenläufermotoren größeren Luftspalt. Da zudem die Permanentmagnete innen im Treibrohr 6 nicht vollflächig verklebt sind, werden diese über die hier bestehenden Zwischenräume ebenfalls optimal gekühlt. Deshalb kann mit dem erfindungsgemäßen Belüftungssystem die innen im Aufzugsmotor entstehende Verlustwärme effektiv nach außen abgeführt werden und die Motorausnutzung erhöht wird. Bedingt durch weitere konstruktive Gestaltungen der axialen Kühlkanäle im Ständer des Aufzugsmotors treten in dessen Inneren nur minimale Strömungsverluste auf, wobei sich ein gleichbleibend hoher Kühlluftdurchsatz einstellt. Da Aufzugsmotore in der Regel wiederholt kurzfristig sehr stark belastet werden und einer schnellen Erwärmung unterliegen können, ist es von erheblichem Vorteil, dass innerhalb kurzer Zeit eine sehr intensive Kühlung des Motorinneren erfolgt kann. Durch eine entsprechende Dimensionierung des bzw. der Fremdlüfter 7 kann die Kühlung auf die jeweiligen Einsatzbedingen genauestens eingestellt und optimiert werden.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand der 1 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausbildung mit Lüfter 7 eines Belüftungssystems mit Leiteinrichtung 16 und radialen Öffnungen 14 und 17 im Treibrohr 6 mit radialen Öffnungen 6 im Lagerschild 20 auf der Seite der Anschlusstraverse 1 und axialen Öffnungen 18 im Lagerschild 19 auf der Seite der Bremstraverse 3.
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In der 1 ist der prinzipielle Aufbau eines entsprechenden Aufzugsmotors mit erfindungsgemäßen Belüftungssystem für Außenläufermotoren ohne Getriebe für den Aufzugsbau insbesondere für rotierende elektrische Synchronmotoren mit innen im Treibrohr 6 angeordneten eingeklebten Permanentmagneten abgebildet. Auf einem Grundträger 2 sind die Anschlusstraverse 1 und die Bremstraverse 3 angeordnet. Diese beiden Traversen 1 und 3 sind oben mit einem Querträger 5 untereinander verbunden und verstärkt. Dadurch kann der Aufzugsmotor die wechselnden Belastungen besser aufnehmen und dieser ist in seiner Bauweise insgesamt stabiler ausbildbar. Auf der Seite der Anschlusstraverse 1 ist ein übliches Lagerschild 20 und auf der Seite der Bremstraverse 3 ein übliches Lagerschild 19 angeordnet in dem der Außenläufer auf gehangen und gelagert ist. Das Treibrohr 6 enthält mittig oder nichtmittig den Seilführungsbereich 21 über den das Treibseil geführt wird. An der Anschlusstraverse 1 ist der Klemmenkasten 8 seitlich außen angeordnet über den die Energiezuführung für den Außenläufermotor erfolgt. Auf der anderen Seite ist seitlich außen auf der Bremstraverse 3 die Bremsvorrichtung 4 befestigt, die bei Bedarf das Treibrohr 6 abbremst und positionsgenau zum Stillstand bringt. Es ist dafür mit dem Treibrohr 6 in an sich bekannter Art und Weise gekoppelt. Seitlich innen an der Anschlusstraverse 1 ist eine Leiteinrichtung 16 zur Luftführung befestigt, welche den Mantel des Treibrohrs 6 im Bereich des anschlussseitigen Wicklungskopfes nahezu dichtend umschließt. Hier in diesem Ausführungsbeispiel ist der Fremdlüfter 7 oben aufsitzend auf dem Querträger 5 zur Luftzuführung 10 angeordnet. Der Fremdlüfter 7 kann aber genauso seitlich am oder neben dem Querträger 5 oder in Sonderfällen auch direkt an der Leiteinrichtung 16 befestigt sein. Im Bereich des Fremdlüfters 7 ist der Querträger 5 mit einer Öffnung versehen, so dass die zugeführte Luft auf den rotierenden Mantel des Treibrohres im abgedichteten Bereich gefördert wird. Im Prinzip ist hier ein schmaler Spalt zwischen der Leiteinrichtung 16 und der Manteloberfläche vorgesehen, so dass ein geringer Luftstrom axial entlang des Treibrohrmantels entweichen kann und die äußere Oberfläche des Mantels des Treibrohres 6 zusätzlich kühlt. Außen an den Enden des Treibrohres 6 im Bereich der innen liegenden Wicklungsköpfe sind durch den Mantel des Treibrohres 6 hindurch radialen Öffnungen 14 auf der Seite der Anschlusstraverse 1 zum Lufteintritt 11 und radiale Öffnungen 17 auf der Seite der Bremstraverse 3 zur Luftausströmung 13 angeordnet. Diese radialen Öffnungen 14 führen die Kühlluft bedingt durch die umschließende Leiteinrichtung 16 über den Umfang verteilt in den Innenraum im Bereich des Wicklungskopfes auf der Seite der Anschlusstraverse 1. Dort verwirbelt sich der Kühlluftstrom unter zusätzlicher Wirkung des rotierenden Außenläufers und kühlt auch das Lager auf der Anschlussseite intensiv. Dann durchströmt er die axialen Kühlkanäle des Ständers und das Luftspaltgebiet und strömt das bremsseitige Lagerschild 19 axial an, wird radial umgelenkt und umströmt der Wicklungskopf. Anschließend tritt die Kühlluft durch die radialen Öffnungen 17 bzw. falls angeordnet durch axialen Öffnungen 18, d. h. durch den Luftaustritt 23 stirnseitig auf der Seite der Bremstraverse 3 nach außen in die Umgebung. Durch die erfinderische Ausführung des Belüftungssystems wird eine sehr intensive Kühlung der magnetischen Teile und der Lager erreicht. Wahlweise können auch auf der Seite der Anschlusstraverse 1 axiale Öffnungen 15 angeordnet sein, welche gegebenenfalls als zusätzlicher Lufteintritt stirnseitig auf der Seite der Anschlusstraverse 1 fungieren
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Die Erfindung ist anwendbar für Außenläufermotoren für den Aufzugsbau ohne Getriebe mit einem zwischen zwei Traversen angeordneten Treibrohr für Synchronmotoren mit Permanentmagneten mit axialen Läufer- und Standerkühlkanälen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anschlusstraverse
- 2
- Grundträger
- 3
- Bremstraverse
- 4
- Bremsvorrichtung
- 5
- Querträger
- 6
- Treibrohr (Außenläufer)
- 7
- Fremdlüfter
- 8
- Klemmenkasten
- 9
- Lufteinströmung in den Lüfter
- 10
- Lufteinströmung in die Leiteinrichtung
- 11
- Lufteintritt in die radialen Öffnungen auf der Seite der Anschlusstraverse
- 12
- Innenluftströmung durch die Kühlkanäle des Ständers
- 13
- Luftaustritt aus den radialen Öffnungen auf der Seite der Bremstraverse
- 14
- radiale Öffnungen auf der Seite der Anschlusstraverse
- 15
- axiale Öffnungen auf der Seite der Anschlusstraverse
- 16
- Leiteinrichtung
- 17
- radiale Öffnungen auf der Seite der Bremstraverse
- 18
- axiale Öffnungen auf der Seite der Bremstraverse
- 19
- Lagerschild auf der Seite der Bremstraverse
- 20
- Lagerschild auf der Seite der Anschlusstraverse
- 21
- Seilführungsbereich
- 22
- Lufteintritt in die stirnseitigen axialen Öffnungen auf der Seite der Anschlusstraverse
- 23
- Luftaustritt aus der stirnseitigen Öffnungen auf der Seite der Bremstraverse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4233759 A1 [0003]
- DE 19910925 A1 [0004]
- DE 20318523 A1 [0005]
- EP 2308150 B1 [0006]
- WO 2005/054108 A1 [0007]
