DE19823586A1

DE19823586A1 - Ständerblech für ein Ständerblechpaket eines gehäusemantellosen Drehstrommotors sowie Ständer eines gehäusemantellosen Drehmstrommotors

Info

Publication number: DE19823586A1
Application number: DE19823586A
Authority: DE
Inventors: Helmuth Beneke
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-11-18

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit der Optimierung gehäusemantelloser Drehstrommotoren (10). Konkret befaßt sich die Erfindung mit der Optimierung von Kühlkanälen im Ständerblechpaket (21) derartiger Drehstrommotoren (10). Erfindungsgemäß weisen Zwischenstege (34...37) zwischen die Kühlkanäle bildenden Kühlöffnungen (29...33) geradlinig verlaufende Seitenkanten (41) auf. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zwischenstege (34...37) weiterhin mit einer unterschiedlichen Breite ausgebildet, derart, daß die Wärmeleitwerte der einzelnen Zwischenstege (34...37) so aufeinander und auf einen Randsteg (38) abgestimmt sind, daß an jedem oberen Kanalrand ein nahezu gleicher Anteil an Wärme vom Randsteg (38) und von zwei benachbarten Zwischenstegen (34...37) eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ständerblech für ein Ständerblechpaket eines gehäusemantellosen Drehstrommotors mit in Eckbereichen angeordneten, durch radial gerichtete Zwischenstege voneinander getrennte und nach außen durch einen Randsteg begrenzte Kühlöffnungen zur Bildung von Kühlkanälen im Ständerblechpaket. Desweiteren betrifft die Erfindung einen Ständer eines gehäusemantellosen Drehstrommotors mit einem Ständerblechpaket aus mehreren in Axialrichtung des Drehstrommotors hintereinander angeordneten Ständerblechen, bei denen im Eckbereich durch radialgerichtete Zwischenstege voneinander getrennte und nach außen durch einen Randsteg begrenzte Kühlöffnungen angeordnet sind, die im Ständerblechpaket achsialgerichtete Kühlkanäle bilden.

Derartige Ständerbleche bzw. Ständer sind beispielsweise Aus der DE 92 18 066 U1 und der DE 296 11 039 U1 bekannt.

Gehäusemantellose Drehstrommotoren stehen im technischen Wettbewerb mit Gleichstrommotoren. Gleichstrommotoren werden seit geraumer Zeit gehäusemantellos gefertigt und weisen hohe beistungsdichten bei kleinen Massenträgheitsmomenten auf. Um hier technisch konkurrenzfähige Drehstrommotoren zu entwickeln, muß vor allem die Abfuhr der Verlustwärme der Drehstrommotoren optimiert werden.

Bei den gehäusemantellosen Drehstrommotoren nach dem eingangs genannten Stand der Technik sind zur Abfuhr der Verlustwärme luftdurchströmte Kühlkanäle in den Eckbereichen des Ständerblechpakets angeordnet. In der DE 92 18 066 U1 wird ein Ständerblechpaket beschrieben, bei dem die Kühlkanäle auf einem Durchmesser liegen, der ungefähr der Kantenlänge der quadratischen Ständerbleche entspricht. Die Kühlkanäle sind zwecks Vergrößerung der Oberfläche stark verrippt. Die Wärmeabfuhr soll durch eine möglichst große Oberfläche der Kühlkanäle optimiert werden.

Nachteilig bei dem vorgenannten Stand der Technik ist, daß die Kühlkanäle aufgrund der Verrippungen einen hohen Strömungswiderstand aufweisen. Hierauf weißt die DE 296 11 039 U1 hin und schlägt eine Kanalanordnung vor, bei der unverrippte Kühlkanäle vorgesehen sind. Die unverrippten Kühlkanäle sollen einen ungefähr gleichen Querschnitt aufweisen. Gemäß der Schrift soll hierdurch eine im direkten Vergleich etwa 50% höhere Verlustabfuhr pro Ständerblechpaketlänge erzielt werden. Die Kühlkanäle weisen einen etwa V-förmigen Querschnitt auf.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Kühlkanäle in Ständerblechpaketen gehäusemantelloser Drehstrommotoren weiter hinsichtlich der Wärmeabfuhr so zu optimieren, daß eine weitere Erhöhung der Drehmomentausbeute erzielbar ist.

Zur Lösung dieses Problems sind das erfindungsgemäße Ständerblech und das daraus gebildete Ständerblechpaket dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege geradlinige Seitenkanten aufweisen.

Durch die gradlinigen Seitenkanten erhöht sich der hydraulische Durchmesser der Kühlkanäle. Aus dem hydraulischen Durchmesser, der kinematischen Zähigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit wird die Reynold-Zahl berechnet. Die Reynold-Zahl beeinflußt neben der Wandrauhigkeit und der benetzten Oberfläche den Strömungswiderstand eines Kühlkanals. Da die Wärmeübergangszahl eines Kühlkanals durch die Strömungsgeschwindigkeit selbst beeinflußt ist (mit steigender Strömungsgeschwindigkeit wächst auch die Wärmeübergangszahl), ergibt sich eine gegenseitige Abhängigkeit von Strömungsgeschwindigkeit und Druckverlust. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß zu einer Optimierung der Wärmeabfuhr durch die Kühlkanäle der Strömungswiderstand bei möglichst großer benetzter Oberfläche gering gehalten werden muß. Dieses wird durch einen aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Zwischenstege erzielten großen hydraulischen Durchmesser erreicht. Zum einem treten kaum Eckwirbel auf, die die benetzte Oberfläche, gegenüber der tatsächlichen Oberfläche verringern. Zum anderen ist die Reynold-Zahl aufgrund des großen hydraulischen Durchmessers groß. Bei einem Prototyp mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Kühlkanäle konnte eine deutlich höhere Drehmomentausbeute als bei einem vergleichbaren Gleichstrommotor nachgewiesen werden.

Die Wärmeabfuhr in die Kühlkanäle läßt sich weiter dadurch verbessern, daß die Zwischenstege eine unterschiedliche Breite aufweisen, derart, daß der Wärmeleitwert der einzelnen Zwischenstege so auf den Wärmeleitwert der Randstege abgestimmt ist, daß an jedem oberen Kanalrand in etwa der gleiche Anteil an Wärme vom Randsteg und von den beiden benachbarten Zwischenstegen eingeleitet wird. Dementsprechend werden kürzere Zwischenstege schmaler und längere Zwischenstege breiter ausgebildet.

Die Seitenkanten jeweils eines der Zwischenstege sind vorzugsweise parallel zueinander gerichtet. Die Zwischenstege und Kühlöffnungen für die Kühlkanäle sind vorteilhaft spiegelsymmetrisch zur Blechdiagonalen der quadratischen oder nahezu quadratisch ausgebildeten Ständerbleche angeordnet. Es ergeben sich hierdurch acht im Wesentlichen gleich ausgebildete Kühlsektoren, nämlich jeweils je zwei Kühlsektoren zu beiden Seiten der Blechdiagonalen in einem Eckbereich. Hierdurch ist es möglich, für jeweils nur einen Kühlsektor ein Stanzwerkzeug herzustellen und den Eckbereich in zwei Schritten durch Wenden des Ständerbleches zu stanzen. Die Kosten für das Stanzwerkzeug und somit die ganzen Herstellungskosten lassen sich hierdurch verringern.

Der fiktive Jochdurchmesser wird zweckmäßig so groß wie die Kantenlänge des Ständerblechs gewählt. Hierdurch läßt sich ein besonders großer Bohrungsdurchmesser im Ständerblech erzielen, wodurch wiederum einen große Drehmomentausbeute erreichbar ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ständerblechpaket durch Spannelemente verspannt. Diese sind vorzugsweise als Eckwinkel ausgebildet, welche in Ausnehmungen in den Ständerblechen einsetzbar sind. Eine derartige Verspannung der Ständerblechpakete ist von den Gleichstrommotoren her im Prinzip bekannt. In Verbindung mit gehäusemantellosen Drehstrommotoren ist sie bisher nicht zum Einsatz gekommen und nicht offenbart. Ein Prototyp hat gezeigt, daß eine derartige Verspannung des Ständerblechpakets auch für gehäusemantellose Drehstrommotoren der erfindungsgemäßen Art vorteilhaft einsetzbar ist. Der Vorteil einer derartigen Verspannung liegt darin, daß die Eckwinkel in einem Bereich angeordnet sind , der für die Kühlung von untergeordneter Bedeutung ist. Ferner wird einen hohe mechanische Steifigkeit des Ständerblechpakets erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen gehäusemantellosen Drehstrommotor in Seitenansicht, teilweise geschnitten,

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Ständerbleches mit den Erfindungsmerkmalen in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines gehäusemantellosen Drehstrommotors 10. Der Drehstrommotor 10 weist zwei Lagerschilde 11 und 12 auf, in denen eine Welle 13 mittels Kugellagern 14 gelagert ist. Die Welle trägt den Läufer 15 des Drehstrommotors 10. Der Läufer 15 ist aus einem Paket 16 von Läuferblechen 17 gebildet. Die Läuferbleche 17 weisen Kühlöffnungen auf, die im Läufer 15 Kühlluftkanäle 18 bilden.

Zwischen den Lagerschilden 11 und 12 ist weiterhin ein den Läufer 15 umgebender Ständer 19 angeordnet. Der Ständer 19 weist ein aus einzelnen Ständerblechen 20 gebildetes Ständerblechpaket 21 auf. Die einzelnen Ständerbleche 20 sind zur Bildung des Ständerblechpakets 21 in Axialrichtig des Drehstrommotors 10 gesehen hintereinander angeordnet und liegen jeweils flächig aufeinander. Die nähere Ausgestaltung des Ständerblechpakets 21 bzw. der Ständerbleche 20 wird weiter unten anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Der Läufer 15 und der Ständer 19 weisen in der üblichen Weise gebildete Läuferwicklungen bzw. Ständerwicklungen auf. Von diesen sind in Fig. 1 nur die Läuferwickelköpfe 22 und Ständerwickelköpfe 23 erkennbar.

Einer der Lagerschilde 11, 12, im vorliegenden das Lagerschild 12, trägt ein Kühlluftgebläse 24. Dieses bläst Kühlluft durch eine Öffnung 25 im Lagerschild 12 in einen Innenraum 26 desselben. Von hier strömt die Kühlluft aufgrund des Überdruck durch die Kühlkanäle 18 des Läufers 15, durch einen Luftspalt 27 zwischen dem Ständer 19 und Läufer 15 sowie durch Kühlluftkanäle im Ständer 19. Die Kühlluft tritt sodann in einen Innenraum 28 im Lagerschild 11 wieder aus. Hierdurch wird die während des Betriebs des Drehstrommotors erzeugte Verlustwärme abgeführt.

Die Ständerbleche 20, von denen in Fig. 2 ein Segment gezeigt ist, und damit auch das Ständerblechpaket 21 bzw. der Ständer 19 sind erfindungsgemäß in besonderer Weise ausgebildet. In den vier Eckbereichen 45 der Ständerbleche 20 sind Kühlöffnungen 29, 30, 31, 32 und 33 vorgesehen. Diese Kühlöffnungen 29 . . 33 bilden im Ständerblechpaket 21 die Kühlkanäle. Die Kühlöffnungen 29. . 33 sind durch Zwischenstege 34, 35, 36 und 37 voneinander getrennt sowie nach außen durch einen Randsteg 38 begrenzt. Die Kühlöffnungen 29 . . 33 sind weiterhin symmetrisch zu einer Blechdiagonalen 39 der quadratischen oder zumindest annähernd quadratisch ausgebildeten Ständerbleche 20 in den Eckbereichen 45 angeordnet. Hierdurch ergeben sich in jedem Eckbereich 45 zwei gleiche aber spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildete Kühlsektoren 40. Jedes Ständerblech 20 verfügt somit über insgesamt acht gleiche Kühlsektoren 40. Aus Gründen der einfachen Darstellung ist in Fig. 2 nur ein Kühlsektor 40 gezeigt.

Seitenkanten 41 der Zwischenstege 34 . . 37 weisen einen geradlinigen Verlauf auf. Die Kühlöffnungen 29 . . 32 sind hierdurch viereckig ausgebildet. Lediglich die auf der Blechdiagonalen 39 liegenden Kühlöffnung 33 ist aufgrund der Symmetrie zur Blechdiagonalen 39 fünfeckig mit einer zusätzlichen Ecke auf der Blechdiagonalen 39 ausgebildet. Aufgrund dieser Gestaltung der Kühlöffnungen 29 . . 33 ergibt sich ein größtmöglicher hydraulischer Durchmesser derselben, was wiederum zu einer optimalen Wärmeabfuhr führt. Weiterhin sind die Seitenkanten 41 jeweils eines der Zwischenstege 34 . . 37 parallel zueinander gerichtet, so daß die Zwischenstege 34. .37 jeweils über ihre Länge eine gleichbleibende Breite aufweisen. Die Zwischenstege 34 . . 37 selbst weisen von der Welle 13 des Drehstrommotors 10 gesehen etwa radial nach außen. Die Kühlöffnungen 29 . . 33 werden somit nach außen breiter. Hierdurch ergibt sich ein größtmöglicher hydraulischer Durchmesser der Kühlöffnungen 29 . . 33, was wiederum einer optimalen Wärmeabfuhr zugute kommt.

Wie in Fig. 2 ebenfalls erkennbar ist, weisen die Zwischenstege 34 . . 37 unterschiedliche Breiten auf. Der kürzeste Zwischensteg 34 ist am schmalsten, während der längste Zwischensteg 37 am breitesten ausgebildet ist. Insgesamt gilt, je länger der Zwischensteg 34 . . 37 desto breiter ist er ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird der Wärmeleitwert der einzelnen Zwischenstege 34 . . 37 so aufeinander und auf den Randsteg 38 abgestimmt, daß an jedem oberen Kanalrand ein nahezu gleicher Anteil an Wärme vom Randsteg 38 und von zwei benachbarten Zwischenstegen 34 . . 37 eingeleitet wird. Der obere Kanalrand ist dabei immer der zum Randsteg 38 benachbarte Rand der Kühlluftkanäle.

Die Kühlöffnungen 29 . . 33 und damit die Kühlluftkanäle im Ständerblechpaket 21 liegen außerhalb eines fiktiven Jochdurchmessers 42 in magnetisch nicht beanspruchten Bereich der Ständerbleche 20 bzw. des Ständerblechpakets 21. Der fiktive Jochdurchmesser 42 entspricht dabei in etwa der Kantenlänge der quadratischen bzw. annähernd quadratisch ausgebildeten Ständerbleche 20. Hierdurch läßt sich der Durchmesser für die Bohrung 43 im Ständer 19, in der der Läufer 15 läuft, größtmöglich ausbilden.

Das Ständerblechpaket 21 wird durch nicht dargestellte Spannelemente verspannt. Diese sind im vorliegenden Fall als Eckwinkel ausgebildet, die in Ausnehmungen 44 (Fig. 2) eingesetzt werden. Eine solche Verspannung ist von gehäusemantellosen Gleichstrommotoren im Prinzip bekannt.

Bezugszeichenliste

10

Drehstrommotor

11

Lagerschild

12

Lagerschild

13

Welle

14

Kugellager

15

Läufer

16

Paket

17

Läuferblech

18

Kühlluftkanal

19

Ständer

20

Ständerblech

21

Ständerblechpaket

22

Läuferwickelkopf

23

Ständerwickelkopf

24

Kühlluftgebläse

25

Öffnung

26

Innenraum

27

Luftspalt

28

Innenraum

29

Kühlöffnung

30

Kühlöffnung

31

Kühlöffnung

32

Kühlöffnung

33

Kühlöffnung

34

Zwischensteg

35

Zwischensteg

36

Zwischensteg

37

Zwischensteg

38

Randsteg

39

Blechdiagonale

40

Kühlsektor

41

Seitenrand

42

Jochdurchmesser

43

Bohrung

44

Ausnehmung

45

Eckbereich

Claims

1. Ständerblech für ein Ständerblechpaket (21) eines gehäusemantellosen Drehstrommotors (10) mit in Eckbereichen (28) angeordneten, durch radialgerichtete Zwischenstege (34, 35, 36, 37) voneinander getrennte und nach außen durch den Randsteg (38) begrenzte Kühlöffnungen (29, 30, 31, 32, 33) zur Bildung von Kühlkanälen im Ständerblechpaket (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (34. . 37) geradlinig verlaufende Seitenkanten (41) aufweisen.

2. Ständerblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (34 . . 37) unterschiedliche Breiten aufweisen, derart, daß Wärmeleitwerte der einzelnen Zwischenstege (34 . . 37) so aufeinander und auf den Randsteg (38) abgestimmt sind, daß an jedem oberen Kanalrand der nahezu gleiche Anteil an Wärme vom Randsteg (38) und von zwei benachbarten Zwischenstegen (34. . 37) eingeleitet wird.

3. Ständerblech nach Anspruch 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten (41) jeweils eines der Zwischenstege (34 . . 37) parallel zueinander gerichtet sind.

4. Ständerblech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen (29 . . 33) und die Zwischenstege (34 . . 37) spiegelsymmetrisch zur Blechdiagonalen (39) der quadratisch bzw. nahezu quadratisch ausgebildeten Ständerbleche (29) angeordnet sind.

5. Ständerblech nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß der fiktive Jochdurchmesser (42) der Kantenlänge entspricht.

6. Ständer eines gehäusemantellosen Drehstrommotors (10) mit einem Ständerblechpaket (21) aus mehreren in Axialrichtung des Drehstrommotors (10) hintereinander angeordneten Ständerblechen (29), bei denen in Eckbereichen (28) durch radialgerichtete Zwischenstege (34, 35, 36, 37) voneinander getrennte und nach außen durch einen Randsteg (38) begrenzte Kühlöffnungen (29, 30, 31, 32, 33) angeordnet sind, die im Ständerblechpaket (21) axialgerichtete Kühlkanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (34 . . 37) geradlinig verlaufende Seitenkanten (41) aufweisen.

7. Ständer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege 34 . . 37) unterschiedliche Breiten aufweisen, derart, daß Wärmeleitwerte der einzelnen Zwischenstege (34 . . 37) so aufeinander und auf den Randsteg (38) abgestimmt sind, daß an jedem oberen Kanalrand der nahezu gleiche Anteil an Wärme vom Randsteg (38) und von zwei benachbarten Zwischenstegen (34 . . 37) eingeleitet wird.

8. Ständer nach Anspruch oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten (41) jeweils eines der Zwischenstege (34 . . 37) parallel zueinander gerichtet sind.

9. Ständer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlöffnungen (29 . . 33) bzw. die Zwischenstege (34 . . 37) spiegelsymmetrisch zur Blechdiagonalen (39) der quadratisch bzw. nahezu quadratisch ausgebildeten Ständerbleche (29) angeordnet sind.

10. Ständer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der fiktive Jochdurchmesser (42) der Kantenlänge der quadratisch oder nahezu quadratisch ausgebildeten Ständerbleche (29) entspricht.

11. Ständer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ständerblechpaket (21) durch Spannelemente verspannt ist.

12. Ständer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente als Eckwinkel ausgebildet sind.

13. Ständer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eckwinkel in Ausnehmungen (44) in den Ständerblechen (20) einsetzbar sind.