-
Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einem inneren geschlossenen Luftkühlkreislauf und einem vorzugsweise an der Maschine befindlichen Wärmetauscher.
-
Dynamoelektrische Maschinen werden zur Wirkungsgraderhöhung gekühlt. Dabei sind als Kühlmedien Luft oder Wasser geeignet. Um die Kühleffizienz zu steigern und auch gleichzeitig vorgegebene Schutzarten gemäß DIN oder IEC einzuhalten (z. B. IP 54), werden dynamoelektrische Maschinen mit einem geschlossenen inneren Luftkühlkreis ausgeführt, der jedoch auch rückgekühlt werden muss.
-
So ist aus der
JP 1985-219939 eine dynamoelektrische Maschine mit einem internen Luftkühlkreislauf und einem auf der elektrischen Maschine befindlichen Kühler bekannt.
-
Aus der
SU 1171908 ist ebenfalls eine dynamoelektrische Maschine bekannt, wobei dort ein vergleichsweise aufwändiger Kühlkreislauf einer elektrischen Maschine realisiert ist.
-
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine dynamoelektrische Maschine mit einem inneren geschlossenen Luftkühlkreislauf zu schaffen, deren Aufbau vergleichsweise einfach ist und die eine kompakte Gestaltung von dynamoelektrischer Maschine mit Wärmetauscher beinhaltet.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine dynamoelektrische Maschine mit
- – einem inneren geschlossenen Luftkühlkreislauf,
- – einem direkt an der dynamoelektrischen Maschine angebrachten Wärmetauscher, der die Luft eines inneren geschlossenen Kühlkreislaufs rückkühlt,
- – einem jeweils aus axial geschichteten Blechen aufgebauten Stator und/oder Rotor, die jeweils in Teilblechpakete unterteilt sind, derart, dass sich zwischen den Teilblechpaketen radiale Kühlschlitze ergeben,
- – einem in Nuten des Stators positionierten Wicklungssystems, das an den Stirnseiten des Blechpaketes des Stators einen ersten und einen zweiten Wickelkopf ausbildet,
- – einem Gehäuse in das der Stator eingesetzt ist,
- – einem Zwischenkühler, der die zumindest durch den ersten Wickelkopf und das Blechpaket erwärmte Luft vor Kühlung des zweiten Wickelkopfes zwischenkühlt,
- – zumindest einem Lüfter, der eine Luftströmung über den ersten Wickelkopf, das Blechpaket, den Zwischenkühler, den zweiten Wickelkopf und den Wärmetauscher bewirkt und damit den inneren Luftkühlkreislauf aufrecht erhält.
-
Die erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine weist einen inneren geschlossenen Luftkühlkreislauf auf, der aber als Kühlmedium ebenso ein anderes gasförmiges Medium beinhalten kann.
-
Das gasförmige Kühlmedium der dynamoelektrischen Maschine, das insbesondere an den Wärmequellen, wie beispielsweise dem Rotorblechpaket und/oder dem Statorblechpaket vorbeigeleitet wird, wird durch einen Wärmetauscher der vorzugsweise auf der dynamoelektrischen Maschine angeordnet ist, rückgekühlt. Der Wärmetauscher ist dabei entweder als Gas-Luft-Wärmetauscher oder als Gas-Wasser-Wärmetauscher ausgeführt. Die dabei vorgesehenen Kreisläufe (innerer Kühlkreislauf, äußerer Kühlkreislauf) sind dabei voneinander strömungstechnisch komplett getrennt. Damit werden Anforderungen an IP-Schutzarten eingehalten, ebenso wie dadurch vermieden wird, dass aggressive Medien die am Aufstellungsort der dynamoelektrischen Maschine vorhanden sind, in das Innere der dynamoelektrischen Maschine gelangen können. Dadurch werden Beeinträchtigungen an der dynamoelektrischen Maschine, beispielsweise Zersetzung der elektrischen Isolation vermieden.
-
Erfindungsgemäß wird nun die durch den Wärmetauscher rückgekühlte Luft in das Rotorblechpaket und/oder Statorblechpaket eingeleitet, als auch ein gewisser vorgegebener Luftstrom über den Wickelkopf geführt. Dabei ist vor Eintritt in die Stator- und Rotorteilblechpakete, als auch auf den ersten Wickelkopf zunächst eine gleichmäßige Verteilung der Kühlluft in Umfangsrichtung an der einen Stirnseite durch dementsprechende Leitvorrichtungen vorgesehen.
-
Nach Durchtritt eines ersten Teil-Kühlstroms durch die radialen Kühlschlitze zwischen den Teilblechpaketen von Rotor und Stator, als auch durch Erwärmung eines zweiten Teil-Kühlluftstroms durch den ersten Wickelkopf, strömt nunmehr diese erwärmte Kühlmedium durch einen Zwischenkühler, der vorzugsweise als abgeschotteter Abschnitt des Wärmetauschers ausgeführt ist. Das in dem Zwischenkühler zumindest zum Teil rückgekühlte Medium, wird nunmehr über den zweiten Wickelkopf der dynamoelektrischen Maschine geführt und kann somit dort ebenfalls die Kühlwirkung entfalten.
-
Damit ist erfindungsgemäß über die axiale Länge der dynamoelektrischen Maschine betrachtet eine Vergleichmäßigung der Temperatur bei gleichzeitig kompaktem Aufbau der Gesamtanordnung von Wärmetauscher und dynamoelektrischer Maschine geschaffen.
-
Dies führt zu einer vergleichsweise ausgewogenen Kühlung, insbesondere der beiden Wickelköpfe. Bei dieser Kühlart einer dynamoelektrischen Maschine ist nunmehr erfindungsgemäß zwischen den beiden Wickelköpfen nahezu keine Temperaturdifferenz im Betrieb der dynamoelektrischen Maschine auszumachen.
-
Danach wird das erwärmte Medium von einem Lüfter, insbesondere von einem Radiallüfter in den Wärmetauscher gedrückt und dort, vorzugsweise durch ein in einem Röhrenkühler geführtes, äußeres Kühlmedium rückgekühlt. Das rückgekühlte, gasförmige Kühlmedium des inneren Kühlkreislaufs, insbesondere Luft, wird nunmehr wieder an der Eingangsseite, also an der Seite des ersten Wickelkopfes eingespeist.
-
Um den Austritt des aus den Blechpaketen von Rotor und Stator austretenden erwärmten Mediums und Zusammenführung der Oberseite des Gehäuses zu gewährleisten, ist der Stator an seiner Oberfläche mit in Umfangsrichtung verlaufenden Stegen versehen, die das radial austretende Medium nach oben in den Zwischenkühler leiten.
-
Leitvorrichtungen, Absperrbleche etc. sind derart ausgelegt, dass sich ein vorgegebener Kühlluftstrom innerhalb der dynamoelektrischen Maschine ergibt, ohne dass sich strömungstechnische Kurzschlüsse ergeben. Des Weiteren wird dadurch erreicht, dass sich eine vergleichmässigte Temperaturverteilung innerhalb der dynamoelektrischen Maschine einstellt.
-
Vorzugsweise sind die radialen Kühlschlitze im Rotorblechpaket und Statorblechpaket also zwischen den jeweiligen Teilblechpaketen radial fluchtend angeordnet, so dass das erwärmte Kühlmedium des Rotorblechpakets anschließend an der Wicklung und dem Statorblechpaket nach oben in den Zwischenkühler geführt wird und auf dem Weg dorthin zusätzlich Wärme aufnimmt.
-
Der Rotor kann dabei mit Permanentmagneten versehen sein, ebenso kann er als Kurzschlusskäfig einer Asynchronmaschine ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform ist der Rotor als elektrisch-erregter Läufer ausgelegt, der einen eigenen Wickelkopf ausbildet, der vorzugsweise in das Kühlsystem mit eingebunden wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenkühler und/oder der Wärmetauscher um den Stator umlaufend ausgeführt, so dass das radial austretende Medium direkt in den Zwischenkühler gelangt.
-
Der Wärmetauscher ist in der dynamoelektrischen Maschine integriert, was die räumlichen Abmessungen der dynamoelektrischen Maschine bei gleichem oder verbessertem Wirkungsgrad reduziert.
-
Um den Luftstrom innerhalb der dynamoelektrischen Maschine zusätzlich zu unterstützen sind die Kühlschlitze des Rotors derart geformt, dass sich eine Lüfterwirkung einstellt. Die Kühlschlitze im Rotor wirken demnach als Lüfter.
-
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt einen Teillängsschnitt (lediglich die obere Hälfte ist geschnitten) einer prinzipiell dargestellten dynamoelektrischen Maschine 1 mit einem Käfigläufer, wobei an den Stirnseiten eines Blechpakets des Rotors 3 Kurzschlussringe eines Kurzschlusskäfigs 25 ausgebildet sind. Des Weiteren weist der Rotor 3 zumindest eine axial verlaufende Ausnehmung 23 auf, in die Kühlluft axial einströmen kann. Das Blechpaket des Rotors 3 mit seinem Kurzschlusskäfig 25 ist dabei drehfest mit einer Welle 11 verbunden. Radial vom Rotor 3 abgesetzt, befindet sich ein Stator 2, der durch einen Luftspalt 24 vom Rotor 3 beabstandet ist. Der Stator 2 weist ebenso wie der Rotor 3 axial geschichtete Bleche, insbesondere Teilblechpakete 12 auf, die derart axial gestapelt sind, dass sich in vorgegebenen axialen Abständen radiale Kühlschlitze 22 ergeben. Diese radialen Kühlschlitze 22 fluchten vorzugsweise mit den radialen Kühlschlitzen 22 des Rotors 3, so dass dort strömungstechnisch ein vergleichsweise geringer Widerstand einem Kühlluftstroms entgegen gesetzt wird.
-
In Nuten 7 des Blechpaketes des Stators 2 ist ein Wicklungssystem 6 angeordnet, das an den jeweiligen Stirnseiten einen ersten Wickelkopf 4 und einen zweiten Wickelkopf 5 ausbildet. Der Stator 2 weist an seinem radial äußeren Umfang Stege 17 auf, mit denen er von einem Gehäuse 19 beabstandet ist.
-
Dieser Abstand des Stators 2 von dem Gehäuse 19 mittels der Stege 17 gestattet der radial aus dem Stator 2 tretenden erwärmten Kühlluft eine Strömung, in Umfangsrichtung betrachtet entlang des Statorblechpakets nach oben zu der Gehäuseöffnung an der der Wärmetauscher 8 angeordnet ist.
-
Am axialen Ende des zweiten Wickelkopfes 5 befindet sich ein Lüfter 9 für einen inneren Luftkühlkreislauf 14. Dieser Lüfter 9 saugt die erwärmte Kühlluft über den zweiten Wickelkopf 5 aus der dynamoelektrischen Maschine 1 und drückt sie gleichzeitig in den Wärmetauscher 8, der vorzugsweise in dieser Ausführung als Luft-Luft-Röhrenkühler ausgeführt ist. Die Luft des Röhrenkühlers wird dabei über einen eigenen Lüfter 10 von außen, gegebenenfalls über Filtermatten angesaugt und in die Rohre des Wärmetauschers axial „eingedrückt”.
-
Damit ist der innere Luftkühlkreislauf 14 von einem äußeren Kühlluftstrom strömungstechnisch komplett abgeschottet und die dynamoelektrische Maschine 1 kann auch in Umgebungen. betrieben werden, die eine vorgegebene Schutzart nach DIN oder IEC erfordern.
-
Die aus dem Wärmetauscher 8 austretende gekühlte Kühlluft tritt im Bereich des ersten Wickelkopfes 4 in die dynamoelektrische Maschine 1 ein. Eine geeignete Leitvorrichtung 16 am ersten Wickelkopf 4 sorgt neben einer gleichmäßigen Verteilung in Umfangsrichtung an der Stirnseite der dynamoelektrischen Maschine 1, auch für eine Aufteilung der Kühlluftströme auf die axiale Ausnehmung 23 des Rotors 3, auf den Luftspalt 24 und auf einen weiteren Abschnitt des Kühlluftstroms der über den ersten Wickelkopf 4 geführt wird.
-
Der Kühlluftstrom des Wickelkopfs 4 tritt nach Erwärmung in den Bereich des Zwischenkühlers, sozusagen einen inneren Mantelbereich 20 des Wärmetauschers 8 ein. Die axial in die axiale Ausnehmung 23 des Rotors 3 und den Luftspalt 24 eingeführte Luft tritt verteilt über die axiale Länge von Rotor 3 und Stator 2 radial am Umfang des Stators 2 aus und befindet sich somit ebenfalls im Bereich des inneren Mantelbereichs 20.
-
Dort erfährt die sich dort befindliche Kühlluft eine Vorkühlung durch den inneren Mantelbereich 20 – also den Zwischenkühler, der im Wärmetauscher 8 integriert ist. In diesem Bereich des inneren Mantelbereich 20 des Wärmetauschers 8 befinden sich eine vorgebbare Anzahl von Röhren, die eine Zwischenkühlung durch einen äußeren Luftstrom bewirken. Durch die Anzahl der durch den inneren Mantelbereich 20 führenden Röhren kann die Kühlung beeinflusst werden.
-
Die nach dem inneren Mantelbereich 20, also nach dem Zwischenkühler vorgekühlte Luft strömt nunmehr über weitere Leitvorrichtungen 16 über den zweiten Wickelkopf 5 und kann diesen somit bei weitem besser kühlen als dies bisher der Fall ist. Danach wird die nunmehr erwärmte Kühlluft durch den Radiallüfter 9 in den Wärmetauscher 8 gedruckt. Dort erfährt die erwärmte Kühlluft eine Rückkühlung über die gesamte axiale Länge des Wärmetauschers 8.
-
Die äußere Luftströmung durch die Röhren, und die Luftströmung im Zwischenkühler verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel in die gleiche Richtung. Es ist ebenso eine gegensinnige Strömung durch geeignete einfache Umgestaltungen möglich.
-
Erfindungsgemäß wird eine Zwischenkühlung des erwärmten Kühlluftstroms vorgenommen, in dem ein Teil des Wärmetauschers 8 diese Zwischenkühlung vornimmt. Durch diese Zwischenkühlung kann der zweite Wickelkopf 5 bedeutend besser gekühlt werden, was der Effizienz der dynamoelektrischen Maschine erhöht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 1985-219939 [0003]
- SU 1171908 [0004]
