DE1965543A1

DE1965543A1 - Kurzschlusslaeufermotor mit angebautem,fluessigkeitsdicht gekapseltem Transformator

Info

Publication number: DE1965543A1
Application number: DE19691965543
Authority: DE
Inventors: Pleuger Friedrich Wilhelm
Original assignee: PLEUGER UNTERWASSERPUMPEN GmbH
Current assignee: PLEUGER UNTERWASSERPUMPEN GmbH
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1972-03-09
Also published as: DE1965543B2; US3675057A

Description

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DiPL.--IXO η. AÄi'ISDT Hannover, den 29. Dezember 1969

3 HANNOVER ""^-^,

Betr.: P 629/bf - Anmelder: Friedrich Wilhelm Pleuger

2 Hamburg 70 Jüthornstraße 80

Kurzschlußläufermotor mit angebautem, flüssigkeitsdicht gekapseltem Transformator

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlußläufermotor mit angebautem, flüssigkeitsdicht gekapseltem Transformator, dessen Sekundärwicklung als Stabwicklung ausgebildet und als Ständerwicklung des Motors verwendet ist. ^,

Sin solcher Motor hat nur in sich geschlossene Käfigwicklungen, zwischen deren Stäben nur sehr kleine Spannungen auftreten, so daß die Ständerwicklung ebenso wie der Käfig des Kurzschlußläufers keine Isolation erfordert. Durch Einsparung der Isolation in der Ständerwicklung werden ein günstiger Füllfaktor und optimale Ausnutzungswerte erhalten. Diese Bauweise ist besonders für Unter- " wasaerbetrieb mit Drehstrom geeignet, da das Drehfeld des Transformators auch unmittelbar auf den Motor einwirkt.

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Hierbei sind die Stäbe der Sekundärwicklung des Transformators wasserdicht aus dessen Gehäuse herausgeführt, was zahlreiche Dichtstellen am Gehäuse des Transformators erfordert, der vielfach mit Isoliermasse vergossen ist, wodurch die in ihm erzeugte Wärme nur ungenügend abgeführt werden kann. Die Vorteile der niedrigen Be-™ triebsspannung des Motors und die hierdurch mögliche Ersparung der Isolation der Ständerwicklung werden daher durch die zahlreichen Dichtstellen der Stabwicklung und die unzureichende Wärmeabführung des Transformators wieder aufgehoben. Infolgedessen hat sich diese Bauweise in der Praxis nicht durchsetzen können.

Der Erfindung lie-rt die Aufgabe zugrunde, den mit einem Transformator zusammengebauten Kurzschlußläufermotor, | dessen Ständerwicklung und die Sekundärwicklung des

Transformators aus einer durchgehenden Stabwicklung bestehen, so auszubilden, daß die im Primärteil des Transformators erzeugte Wärme ungehindert abgeführt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Kurzschlußläufermotor der eingangs erwähnten Art nur die Primärwicklung des

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Transformators flüssigkeits- und/oder gasdicht gekapselt, und seine als mit der Ständerwicklung des Motors einteilige Stabwicklung ausgebildete Sekundärwicklung steht unmittelbar unter Einwirkung eines Kühlmittels. Jenn der Motor in bekannter Weise in der Naßläuferbauart mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird eine sehr wirksame Abführung der im Transformator und insbesondere in seinem Primärteil erzeugten Wärme erreicht.

Eine besonders einfache Bauweise ergibt sich, wenn der die Sekundärwicklung des Transformators enthaltende Raum in offener Verbindung mit dem mit Flüssigkeit gefüllten Innenraum des Motors steht. Eine solche Bauweise empfiehlt sich besonders bei unter Flüssigkeit betriebenen Tauchmotoren, z.B. zum antrieb von Bohrlochpumpen od. dgl.

Mit Flüssigkeit gefüllte Kurzschlußläufermotoren mit Naßläufer werden in zunehmendem Maße nicht nur als Pumpenantriebsmotoren zum Antrieb von Schöpfwerken oder im Schiffsbau zum Antrieb von Manövrierhilfen verwendet, sondern auch zum Antrieb von Reaktor- und Hochdruckumwälzpumpen, die in einem Hochdruckheißwasserkreislauf eingebaut sind. Um hierbei den Transformator gegen Wärmeeintritt zu schützen, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung

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zwischen ihm und dem Motor eine Sperrzone angeordnet. Diese kann an einen getrennten Kühlkreislauf angeschlossen sein, .oder der den Sekundärteil des Transformators umgebende Raum ist als Sperrzone ausgeführt und an einen getrennten Kühlkreislauf angeschlossen. Die Stäbe der als Ständerwicklung für den Motor dienenden Sekundärwicklung des Transformators brauchen hieroej. nicht druckfest abgedichtet zu sein, da sie nur eine Trennung der beiden Kühlkreisläufe bewirken.

Der im Ständer und im Läufer nur Kurzschlußstabe ohne Isolation aufweisende i-iOtor kann bei entsprechender Ausbildung der Lager, z.B. Kohlelager sowie bei Isolation der Blechpakete mit einer hochwärmebeständigen Bonderschicht auch unter hohen Temperaturen sicher betrieben werden, wie sie bei Reaktoren- oder Hochdruckumwälzpumpen auftreten.

Die als Stabwicklung ausgebildete, mit der Sekundärwicklung des Transformators einteilige Ständerwicklung ist eine in sich geschlossene Käfigwicklung und kann daher ohne besondere Maßnahmen weder als Einphasenwicklung noch als mehrpolige Wicklung ausgebildet werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Einphasenbetrieb

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des mit dem Transformator zusammengebauten Kursschlußläufermotors durch die bekannte Steinmetz-Schaltung der als Drehstromwicklung ausgebildeten Primärwicklung des Transformators erreicht, indem zu eine?* Wicklungsphase ein Kondensator oder eine Drosselspule parallel geschaltet werden. Es kann auch eine besondere Arbeits- und Hilfswicklung im Transformator vorgesehen sein. Eine mehrpolige Ausführung des Motors kann durch entsprechend mehrpolige Ausbildung der Primärwicklung des Transformators erreicht werden.

Da nach der Lehre der Erfindung nur die Primärwicklung des Transformators flüssigkeitsdicht gekapselt ist, kann sie nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch in Form einer Patrone ausgebildet sein, die zum Anschluß an Netze mit unterschiedlichen Spannungen oder Frequenzen auswechselbar ist, wie dies für eine elektromotorisch angetriebene Tauchpumpe an sich aus der DAS 1 190 794 nach einem älteren Vorschlag des Anmelders bekannt ist. Diese Patrone kann im Innern eier Sekundärwicklung angeordnet sein, deren Stäbe die den Kurzschlußläufer des Motors umschließende Ständerwicklung bilden. Es kann die Patrone auch die Sekundärwicklung des Transformators umschließen, in welchem Fall

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der Motor einen Außenläufer erhält. Die als Patrone ausgebildete Primärwicklung des Transformators kann z.B. mit Gießharz vergossen und mit einem dünnen Rohr aus elektrisch schlecht lextenaem Material nach außen abgeschlossen sein, das ähnlich wie ein Spaltrohr bei den bekannten Spaltrohrmotoren ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Zeichnung erläutert werden, in dar zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes im Schnitt veranschaulicht sind. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt eines Transformatormotors mit Innenläufer und

Fig. 2 den Längsschnitt eines Transformatormotors mit Außenläufer.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 umschließt das langgestreckte, rohrförmige Gehäuse 1 eines Drehstromkurzschlußläufermotors ein Ständerblechpaket 2 mit als Stabwicklung 3 ausgebildeter Ständerwicklung und Kurzschluöring 4· Der Läufer 5 hat ein ringförmiges Blechpaket mit Käfigwicklung 6 und zwei Kurzschlußringen 7 sowie an beiden Stirnseiten ' angebrachten Auswuchtringen Ö und sitzt auf einem im Durch-

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messer vergrößerten Teil 9 der Welle 10, die an ihrem oberen freien Ende .mittels eines Radiallagers 11 in einem glockenförmigen Lagerschild 12 gelagert ist, das an das rohrförmige Gehäuse 1 angeflanscht ist. Der Wellenstumpf der Motorwelle 10 trägt das Laufrad 13 einer Flüssigkeitspumpe, z.B. einer Kreiselpumpe. Der Motor ist von der Förderflüssigkeit umspült, gegen welche die Motorwelle 10 an ihrer Austrittsteile aus dem Lagerschild 12 durch eine Dichtung 14 abgedichtet ist. Auf der Nabe des Laufrades 13 ist eine Abschlußhaube 15 befestigt.

Das der Antriebseite abgewendete, in der Zeichnung untere Ende der Motorwelle 10 ist mittels eines Gleitlagers 16 in einem Zwischengehäuse 17 gelagert, das ein Axiallager 1Ö zur Aufnahme des Axialschubes des Motors enthält und mit einem eine Zwischenwand 19 bildenden scheibenförmigen Ansatz in dem Motorgehäuse 1 gehalten ist.

Die die Ständerwicklung des Motors bildende Stabwicklung 3 ist durch die Zwischenwand 19 in das Gehäuse 20 eines Transformators geführt und bildet dessen Sekundärwicklung 21, die einen ringförmigen Sekundärteil 22 des Transformators durchsetzt. Sein Primär.teil 23 mit der dreiphasigen

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Primärwicklung 24 ist von dem Sekundärteil 22 umschlossen und als Patrone ausgebildet. Diese ist durch ein Spalt» rohr 25, dessen oberes Ende an einer Scheibe 26 und dessen unteres Ende an einem inneren Ansatz 27 eines Gehäusedeckels 2Ö befestigt ist, flüssigkeitsdicht gekapselt. Ein Stromzuführungskabel 29 zum Anschluß der Primärwicklung 24 an ein Drehstromnetz durchsetzt den Gehäusedeckel 26.

Die den lameliierten Primärteil 23 mit der Primärwicklung 24 enthaltende Patrone kann nach Lösen des Gehäusedeckels 2& ausgebaut und gegen eine Patrone mit anderer Primärwicklung ausgewechselt werden, um einen Anschluß an Netze mit unterschiedlicher Spannung und/oder Frequenz zu ermöglichen.

Das von der Förderflüssigkeit umspülte Motortransformatoraggregat ist mit einer Flüssigkeitskühlung ausgerüstet, und zwar ist der Innenraum 30 des Motors mit Flüssigkeit, z.B. reinem Wasser angefüllt. Der Innenraum 31 des Transformators hat einen getrennten Kühlflüssigkeitsk-reislauf, dessen Kühlflüssigkeit durch einen am unteren Ende des Transformatorgehäuses 20 angeordneten Rohrstutzen 34 abgeführt wird. Um den Durchtritt der Kühlflüssigkeit aus dem Transformatorraum 31 in den Motorraum 30 zu verhindern, sind alle Durchführungsstellen der Stabwicklung 3, 21 in der

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Zwischenwand 19 mit einer isolierenden Dichtung 35 versehen, die nur die beiden Kühlflüssigkeiten voneinander trennen soll und daher nicht druckfest ausgebildet zu sein braucht.

Durch die von der Motorkühlung getrennte .Kühlung des Transformators wird die in seiner Primärwicklung 24 erzeugte Wärme wirksam abgeführt. Da andererseits die Stabwicklungen 3 UJf)Cl S des Ständers und Läufers wegen aer geringen Spannung nicht isoliert sind und die Motorlagerungen 11, 16, IS gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind, ist der Motor bei Temperaturen betriebssicher, für welche die üblichen, mit isolierten Ständerwicklungen versehenen Motore nicht geeignet wären. Wenn das Motortransformatoraggregat nicht für solche Sonderfälle bestimmt ist, z.B. zum Antrieb von als Manövrierhilfe von Schiffen dienenden Propellern verwendet wird, kann der besondere Kühlmittelkreislauf für den Transformator entfallen. Es genügen dann die gestrichelt eingezeichneten Durchtrittsöffnungen 36 in der Zwischenwand 19, während die Rohrstutzen 33 und 34 für die Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit entfallen können.

Die Abführung der in der Primärwicklung 24 erzeugten Wärme wird noch verbessert durch die ringförmige Ausbildung des

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Primärteils 23 und der Primärwicklung 24, die auf einen rohrförmigen Fortsatz 37 der Scheibe 26 geschoben sind.

Statt einer Flüssigkeitskühlung kann bei dem erfindungs- gemäßen Motortransformatoraggregat auch eine Luftkühlung oder Gaskühlung vorgesehen werden, die z.B. bei gewissen Reaktorantrieben ausreichend ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist anstelle des üblichen Innenläufermotors ein Außenläufermotor mit einem Transformator zusammengebaut. Hierbei ist die Motorwelle 10 der ersten Ausführungsform durch eine feststehende Achse

40 ersetzt, die in beiden kappenförmigen Gehäuseendteilen

41 und 42 mittels axialer Schrauben 43 und 44 gehalten ist.

Auf der Achse 40 ist ein Ständerblechpaket 45 befestigt, dessen Ständerwicklung aus einer Stabwicklung 46 besteht, deren Verlängerung die Sekundärwicklung 47 des Sekundärteils 4# des Transformators bildet. Die beiden Enden der Stabwicklung 46, 47 sind wiederum durch Kurzschlußringe 49 miteinander verbunden. Bin den Ständer 45 umschließender Läufer 67 trägt eine Käfigwicklung 50 mit den beiden Kurzschlußringen 51 und ist an der Innenseite eines Mantels 52 befestigt, der mittels zweier Radialgleitlager 53 und

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eines Axiallagers 54 drehbar auf der feststehenden Achse gelagert ist und in diesem Falle einen Propeller 66 trägt, an dessen Stelle auch ein Puiapeniaufrad, ein Axial- oder Halbaxialrad, ein Schraubenrad oder ein als Bohrer verwendbares Schraubenrad treten können.

Der Motorinnenraum 55 ist mit Flüssigkeit gefüllt, die gleichzeitig auch die Lager 53 und 54 schmiert. Um den Austritt der Flüssigkeit an den Radiallagern 53 zu verhindern, sind hier Dichtungen 56 vorgesehen.

Der die Sekundärwicklung 47 tragende Sekundärteil 4$ des Transformators ist von dessen Primärteil 57 umschlossen, der zusammen mit der dreiphasigen Primärwicklung 5& und einem Gehäuseteil 59 als auswechselbare Patrone ausgebildet ist, die durch ein Spaltrohr 60 flüssigkeits- und gasdicht gegen den Innenraum 61 des Transformators abgedichtet ist. Zur Stromzuführung zur Primärwicklung 5Ö ist ein Stromzuführungskabel 62 vorgesehen, das von einem Schutzrohr 63 umschlossen ist.

Die Stäbe 46 der Ständerwicklung des Motors und 47 der Sekundärwicklung des Transformators sind durch eine

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Zwischenwand 64 isoliert geführt, die mit Ausnehmungen 65 für den Durchtritt der den Motorraum 55 anfüllenden Flüssigkeit zum Innenraum 61 des Transformators versehen sein kann, wenn beide Teile eine gemeinsame Kühlflüssigkeit haben. Es kann aber der Transformatorteil in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem getrennten Kühlflüssigkeitskreislauf versehen sein.

Es kann auch zwischen Motor- und Transformatorteil eine Wärmesperre in Form einer wärmeisolierenden Trennwand vorgesehen sein, zu welchem Zweck z.B. die Zwischenwand 19 der Fig. 1 oder 64 der Fig. 2 mit einer wärmeisolierenden Auflage versehen oder aus einem wärmeisolierenden Werkstoff hergestellt sein kann.

In allen Fällen wird lediglich durch flüssigkeits- und/oder gasdichte Kapselung des an der Netzspannung liegenden Primärteils des Transformators und dessen Kühlung eine wesentlich höhere Betriebstemperatur des Motors ermöglicht als es bisher bei den üblichen, mit isolierten Ständerwicklungen versehenen Motoren erreicht werden kennte.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche :

(iJKurzschlußläufermotor mit angebautem, flüssigkeitsdicht gekapseltem Transformator, dessen Sekundärwicklung als Stabwicklung ausgebildet und als Ständerwicklung des Motors verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Primärwicklung (24? 58) des Transformators flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht gekapselt ist und seine Sekundärwicklung (21, 47) unmitteioar unter Einwirkung eines Kühlmittels steht.

2. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (24, 5Ö) des Transformators als Patrone ausgebildet ist, die zum Anschluß an Netze mit unterschiedlichen Spannungen und/oder Frequenzen austauschbar ist.

3. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (21, 47) des Translormators durch eine Flüssigkeit gekühlt ist.

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4. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß.ein die Sekundärwicklung (21, 47) enthaltender Raum (31, öl) des Transformators in offener Verbindung mit einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum (30, 55) des Motors steht.

5. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor und Transformator eine WärmeSperrzone mit getrenntem Kühlsystem angeordnet ist.

6. Kurζschlußläufermotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die SeKundärwicklung (21, 47) enthaltende Raum (31) des Transformators mit Rohrstutzen (33, 34) zum Anschluß an einen als Wärmesperre dienenden Kühlmittelkreislauf versehen ist.

7. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Transformator und Motor eine wärmeisolierende Trennwand (64) angeordnet ist.

B. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Trennwand zwischen Motor und Wärmesperre angeordnet ist.

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9. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Trennwand zwischen Sperrzone und Transformator angeordnet ist.

10. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Außenläufermotor (52, 67).

11. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufermotor (52, 67) als Bohrer ausgebildet ist.

12. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer dreiphasigen Primärwicklung (24, 5β) ausgerüstete Transformator zur Erzeugung eines Drehfeldes bei Einphasenbetrieb mit einer Steinmetzschaltung versehen ist.

13. Kurzschluilläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil (23, 57) des Transformators zur Erzeugung eines Drehfeldes bei Einphasenbetrieb mit einer Arbeits- und Hilfswicklung im Primärteil versehen ist.

14. Kurzschlußläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (24, 5β) des Transformators mehrpolig ausgebildet ist.

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