DE19824202C1

DE19824202C1 - Flüssigkeitsgekühlte elektrische Innenläufermaschine

Info

Publication number: DE19824202C1
Application number: DE19824202A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pittius
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2018-05-30

Abstract

Zur Verbesserung der Flüssigkeitskühlung und damit der elektrischen Leistung der Maschine wird die Kühlflüssigkeit über wenigstens einen dem oberen Gehäuseteil zugeordneten Kühlflüssigkeitszulaufkanal zugeführt und durch Austrittsöffnungen von oben her in die Maschine eingesprüht. Durch bodenseitige Ablauföffnungen wird das erwärmte Kühlmedium abgeführt. Zur intensiven Kühlung ist vorgesehen, daß das Ständerblechpaket (2) und das Läuferblechpaket (9) jeweils aus Teilblechpaketen bestehen, die durch Abstandshalter voneinander getrennt sind, wobei radiale Kühlspalte (28-31) in den Blechpaketen (2, 9) gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Innenläufermaschine mit einem durch Lagerschilde geschlossen ausgebildeten Gehäuse, mit einem im Gehäuse befestigten Ständerblechpaket mit Ständerwicklung und einer in den Lagerschilden drehbar gelagerten Läuferwelle mit darauf befestigtem Läuferblechpaket mit Läuferwicklung sowie mit einem Flüssigkeitszulauf und einem Flüssigkeitsablauf für Kühlflüssigkeit, wobei die erwärmte Kühlflüssigkeit bei Auf rechterhaltung eines Flüssigkeitspegels im Maschinengehäuse durch den Flüssigkeitsablauf aus der Maschine abführbar ist und wobei das Ständerblechpaket und das Läuferblechpaket jeweils aus wenigstens zwei Teilblechpaketen bestehen, die durch Abstandshalter voneinander getrennt sind, wobei radiale Kühlspalte in den Blechpaketen gebildet sind.

Eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Innenläufermaschine dieser Art ist aus der US 3 217 193 bekannt. Hierbei wird eine verdampfbare Kühlflüssigkeit über eine Leitung in die geschlossene Maschine geführt und einerseits die Kühlflüssig keit durch Düsen an der getriebeabgewandten Seite gegen die eine Rotorstirnseite gesprüht sowie andererseits über Düsen gegen ein auf der Rotorwelle sitzendes Drallrad mit Drallflü geln gerichtet, das einen Sprühnebel erzeugt und diesen gegen die zugewandten Wickelköpfe des Rotors und Stators umlenkt. Getriebeseitig ist die elektrische Maschine abgeschlossen und bodenseitig ein Auslaß vorgesehen, durch den das Kühlmedium als Dampf und/oder Flüssigkeit zwecks Rückkühlung über einen Wärmetauscher geführt werden kann. Das Kühlmedium wird hier bei mit relativ hohem Druck gegen die eine stirnseitige Wick lung gesprüht, was zu einem zusätzlichen Verschleiß der Iso lierung führt. Des weiteren ist der Aufwand für das mit der Rotorwelle umlaufende Drallrad groß und verursacht ein zu sätzliches Maschinengeräusch.

Aus der DE Gm 71 49 286 ist eine Gleichstrommaschine in ge schlossener Bauart mit einer Flüssigkeitskühlung bekannt, wo bei die Ständer- und Läuferwicklungsköpfe durch Düsen aus Ringkanälen besprühbar sind. Bei einem Motorkühlsystem nach der EP 329 790 A1 ist in einem den Stator umgebenden Gehäuse mantel eine schneckenförmige Nut zur Führung des Kühlmediums vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine flüssigkeitsgekühlte elek trische Innenläufermaschine dieser Bauart bezüglich der Küh lung weiter zu verbessern, damit die Maschine eine besonders hohe elektrische Leistung abgeben kann und wobei mit relativ geringem baulichem Aufwand eine schnelle Abfuhr der Verlust wärme aus dem Stator und dem Läufer sichergestellt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß durch eine intensive Kühlung der Ständer- und Läuferwicklungen sowie der Ständer- und Läuferblechpakete eine Maschine von hoher Leistungsdichte geschaffen ist, die sich durch ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung bei relativ geringem Gewicht aus zeichnet und die insbesondere zum Einsatz als Traktionsmotor in Schienenfahrzeugen geeignet ist.

In vorteilhafter Ausführung ist als Kühlflüssigkeit Öl vorge sehen, das neben der Kühlung der Wicklungen und der Blechpa kete zur Schmierung der Läuferwellenlager vorgesehen ist, wo bei der Ölstand bei stehender Maschine so hoch ist, daß die Läuferwicklung in den Ölsumpf eintaucht.

Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maschine mit zugeordnetem Getriebe ist es vorteilhaft, wenn das als Kühl flüssigkeit vorgesehene Öl auch als Schmierstoff für das Ge triebe verwendbar ist. Bei der Kühlung mit Öl wird noch ein höherer Nutzungs- und Wirkungsgrad erreicht. Dabei ist auch eine Nutzung der Abwärme beispielsweise mittels eines Kühlers möglich. Schließlich kann eine solche Maschine wesentlich ru higer arbeiten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der nachfolgenden Be schreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiele.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer schematisch dargestellten, gekapselten flüssigkeitsgekühlten elektrischen Innenläuferma schine,

Fig. 2 einen Querschnitt zu einer Maschine gemäß Fig. 1 und ergänzt durch eine Kühlflüssigkeitsrückführung über einen ex ternen Kühler sowie eine Pumpe.

Die als elektrischer Antriebsmotor, insbesondere als Maschine mit besonders hoher Leistung für Bahnantriebe geeignete flüs sigkeitsgekühlte Innenläufermaschine besitzt ein flüssig keitsdichtes Gehäuse 1, das stirnseitig Lagerschilde 4, 5 aufweist. In Lagern 6, 7 der Lagerschilde 4, 5 ist eine Läuferwelle 8 drehbar gelagert. In dem Gehäuse 1 ist ein Ständerblechpaket 2 befestigt, das eine Ständerwicklung 3 trägt. Der durch einen Luftspalt 34 vom Ständer getrennte In nenläufer wird von der Läuferwelle 8 mit dem darauf befestig ten Läuferblechpaket 9 und der Läuferwicklung 10 gebildet. Zur Abdichtung der Läuferwelle 8 gegenüber dem einen stirn seitigen Lagerschild ist eine Wellendichtung 25 vorgesehen.

In vorteilhafter Ausführung wird als Kühlflüssigkeit Öl ver wendet, das vorzugsweise über einen Zulauf und insbesondere mehrere Zulaufkanäle 11 in die Maschine einströmen kann. Bei spielsweise sind die axial verlaufenden Zulaufkanäle 11 dem oberen Gehäuseabschnitt zugeordnet und weisen in Abständen angeordnete Austrittsöffnungen 12-15, gegebenenfalls mit Dü sen 36 bestückt, auf. Das von oben in die Maschine einströ mende Öl fließt durch den Einströmdruck und die Schwerkraft nach unten und kann durch bodenseitige Ablauföffnungen 17-20 und wenigstens einen Ablaufkanal 16 zur Wärmeabfuhr aus der Maschine austreten. Durch das Entlangströmen an den Wicklun gen 3, 10, den Blechpaketen 2, 9 und den Lagern 6, 7 erhitzt sich das Kühlmedium und sorgt so für die Kühlung der elektri schen Maschine. Dabei ist der Flüssigkeitspegel 27 im Still stand der Maschine so hoch, daß die Läuferwicklung 10 in den Ölsumpf 26 eintaucht.

Zur wirkungsvollen Kühlung sind das Ständerblechpaket 2 in Teilblechpakete 2', 2'', 2" und das Läuferblechpaket 9 in Teilblechpakete 9', 9", 9''' unterteilt, wobei radiale Kühl kanäle 28-31 gebildet werden, die das durchfließende Kühlme dium beaufschlagt.

Ferner sind dem Ständerblechpaket 2 und dem Läuferblechpaket 9 Abstandshalter 21, 22, 23, 23' bzw. 24 zugeordnet, durch welche die Teilblechpakete voneinander getrennt sind und die gleichzeitig im oberen Maschinenbereich zur gezielten Vertei lung der zuströmenden Kühlflüssigkeit, im unteren Gehäusebe reich zur Beruhigung der ausströmenden Flüssigkeit und im Läufer zum Ausschleudern der in den Läufer gelangten Kühl flüssigkeit sowie zur Vergrößerung der zu kühlenden Oberflä che dienen.

Mit 26 ist der sich im Gehäuse 1 einstellende Ölsumpf be zeichnet, dessen Pegel 27 im Stillstand der Maschine etwa so hoch sein soll, daß die Läuferwicklung in die Flüssigkeit eintaucht.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist eine Rückkühlung und Rückführung der Kühlflüssigkeit vorgesehen, wobei die er wärmte, aus der Maschine austretende Kühlflüssigkeit über ei nen Kühler 32, eine Pumpe 35 und eine Rückführungsleitung 33 erneut zum Zulaufkanal zur Maschine gelangt. Die im Kühler frei werdende Wärme ist nutzbar. In an sich bekannter Weise ist der elektrischen Maschine beim Einsatz als Traktionsmotor ein Getriebe zugeordnet. Hierbei bietet sich die Möglichkeit, Öl sowohl als Kühlmedium für die Maschine als auch als Ge triebeöl zu verwenden.

Claims

1. Flüssigkeitsgekühlte elektrische Innenläufermaschine mit einem durch Lagerschilde geschlossen ausgebildeten Gehäuse, mit einem im Gehäuse befestigten Ständerblechpaket mit Stän derwicklung und einer in den Lagerschilden drehbar gelagerten Läuferwelle mit darauf befestigtem Läuferblechpaket mit Läuferwicklung sowie mit einem Flüssigkeitszulauf und einem Flüssigkeitsablauf für Kühlflüssigkeit, wobei die erwärmte Kühlflüssigkeit bei Aufrechterhaltung eines Flüssigkeits pegels im Maschinengehäuse durch den Flüssigkeitsablauf aus der Maschine abführbar ist und wobei das Ständerblechpaket und das Läuferblechpaket jeweils aus wenigstens zwei Teilblechpaketen bestehen, die durch Abstandshalter voneinan der getrennt sind, wobei radiale Kühlspalte in den Blechpaketen gebildet sind, dadurch gekenn zeichnet, daß der Flüssigkeitszulauf aus wenigstens einem im oberen Gehäuseteil axial verlaufenden Zulaufkanal (11) mit Austrittsöffnungen (12-15) besteht, durch die von oben her die Kühlflüssigkeit in die Maschine eintritt und daß der Flüssigkeitsablauf aus wenigstens einem im unteren Gehäuseteil axial verlaufenden Ablaufkanal (16) mit in die Innenläufermaschine gerichteten bodenseitigen Ablauföffnungen (17-20) besteht, durch die die Kühlflüssigkeit in den Ablaufkanal (16) gelangt, wobei ein Teil der Austrittsöff nungen (13, 14) und ein Teil der Ablauföffnungen (18, 19) den Kühlspalten (28-31) zugeordnet sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit Öl vorgesehen ist, das neben der Kühlung der Wicklungen (3, 10) und der Blechpakete (2, 9) zur Schmierung der Läuferwel lenlager (6, 7) vorgesehen ist, wobei der Ölstand bei stehen der Maschine so hoch ist, daß die Läuferwicklung (10) in den Ölsumpf (26) eintaucht.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, mit einem am Gehäuse angeordneten Getriebe, wobei das Öl als Schmierstoff für das Getriebe verwendbar ist.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Gehäu seabschnitt angeordneten Abstandshalter (21, 22) des Ständer blechpaketes (2) so ausgebildet sind, daß sie zur gezielten Verteilung der über die Austrittsöffnungen (12-15) in das Ge häuse (1) einströmenden Kühlflüssigkeit dienen.

5. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß die im unteren Gehäuseabschnitt angeordneten Abstandshalter (23, 23') des Ständerblechpaketes (2) zusätz lich zur Beruhigung der abfließenden Kühlflüssigkeit dienen und die zu kühlende Oberfläche vergrößern.

6. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit die aus dem Flüssigkeitsablauf (16) austretende erwärmte Kühlflüssig keit durch einen außerhalb des Maschinengehäuses (1) angeord neten Kühler (32) geführt und über eine Rückführungsleitung (33) dem Flüssigkeitszulauf (11) zugeleitet ist.

7. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß im Kühlflüssigkeitskreislauf eine Pumpe (35) angeordnet ist und daß die Austrittsöffnungen (12-15) mit Dü sen (36) bestückbar sind.