DE2054507A1

DE2054507A1 - Elektroumlaufmaschine mit Verdampfungs kühlung

Info

Publication number: DE2054507A1
Application number: DE19702054507
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7141 Aldingen Laing
Original assignee: STANDARD MAGNET AG
Current assignee: STANDARD MAGNET AG
Priority date: 1969-12-01
Filing date: 1970-11-05
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GB1339539A; CA923183A; US3710156A; NL7017164A; FR2073022A5; BE759613A; AT308888B; SE378334B

Description

StandardMagnet AG . _ΟΙς 2371/la

Hünenberg / Schweiz

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DR. I. MAAS

DR. W. PFEIFFER

DR. F- VOITrIEN ί SlTNER

8 MÖHCHEN 23 UNeERERSrR.25-TEL.39O236

Elektroumlaufmaschine mit Verdampfungskühlung

Aufgabe der Erfindung ist die Kühlung der Statoren von elektrischen Umlaufmaschinen,'die eine ausgeprägte Wärmesenke aufweisen, insbesondere Pumpen-Motoren, die mit Strömungsmaschinen eine Einheit bilden. Von den Statoren solcher Strömungsmaschinenmotoren, die durch eine unmagnetische Wandung, z, B. ein Spaltrohr oder eine Trennkalotte mit einem Fördermittel in wärmeleitender Verbindung stehen, wird die Wärme an das Fördermittel abgegeben.

Bei Spaltrohrpumpen nach dem Stand der Technik wird das Spalt-

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rohr mit dem Stator in gut wärmeleitenden Kontakt gebracht. Die

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Wicklung hat mit dem Blechpaket nur mittelbare Wärmeleitverbindung unter Zwischenschaltung von elektrisch und auch thermisch isolierenden Nutenäuskleiduhgen. Zu den Bereichen der höchsten Wärmeentwicklung, den Wickelköpfen,besteht keinerlei direkte wärme· leitende Verbindung. Deshalb ist die zulässige spezifische Belastbarkeit solcher Motoren sehr gerijng, der Materialaufwand entspre-

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chend hoch. Bei Motoren mjt im flüssigen Fördermedium liegenden Lttutyrn besteht im Gegensatz zu Motoren mit nach aussen führenden

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Wellen keine Möglichkeit, eine zusätzliche Luftkühlung mit einem Ventilator vorzusehen, es sei denn, es würde ein zweiter Anker in das gleiche Feld des Stators hineingebracht, was bedeutenden mechanischen Aufwand nach sich zieht. Die aufgrund der ungünstigen Kühlverhältnisse erforderliche bedeutende Überdimensionierung der Statoren vermeidet die Erfindung mittels einer Kühlung durch Verdampfung einer elektrisch nicht leitenden Flüssigkeit.

Elektrische Umlaufmaschinen_f bei denen das Kondensat einer nicht leitenden Flüssigkeit auf den Stator geleitet wird, sind aus dem Kühlmaschinenbau bekannt. Kondensat wird über die Wicklungen des Elektromotors geleitet, verdampft dort, die Gasphase wird dem Kompressor zugeführt, der das Gas verdichtet, danach kondensiert das Gas in einem luft- oder wassergekühlten Verflüssiger, um wieder dem Motor zugeleitet zu werden.

Die Erfindung bedient sich ebenfalls einer nicht leitenden Flüssigkeit. Der Siedepunkt soll beim gewählten Innendruck unterhalb der Wicklungstemperatur liegen. Die erfindungsgemässe Lösung bedarf jedoch keines¹ Kompressors. Der Stator der erfindungsgemässen Umlauf- '

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maschine wird hermetisch dijcht eingeschlossen. Sein Inneres wird mit dem Sattdampf und einer geringen Kondensat menge einer leicht siedenden Flüssigkeit, z. B. eines Fluorkohlenwasserstoffes oder einer Silikon-Verbindung gefüllt. Im Betrieb kondensiert der Dampf auf der mit d^m Fördermittel in wärmeleitender Verbindung stehenden Trennwand,'wird dann in die Motorwicklung geleitet und verdampft dort. Für diesen Verfahren lassen eich] im Vergleich zur herkömmlichen Kühlung ötwa zwanzigfach höhere Wärmeströme mit nur wenigen G Tem per aUrdifferenz zwischen de!r WicklungeUmperatur und der Wärme senke;, also der mit dem Föndermittel in wärmeleitendem Kontakt stehen -den Trennwand, erzielen. Dije Kühlung der Wicklung lit dadurch auch

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dann noch ausreichend, wenn der Wärmeträger eine hohe Temperatur annimmt, wie dies beispielsweise bei Heizungsumwälzpumpen der Fall ist. Der Transport des Kondensates erfolgt entweder durch die Kapillarspannung des Blechpaketes oder bevorzugt durch die Kapillarspannung einer besonderen Nutenauskleidung oder Polummantelung oder auch durch besondere saugiähige Streifen oder Dochte, die mit einem Ende die als Kondensator wirkende Trennwand zum Fördermedium berühren oder bis in den Sumpf des Kondensates hineinreichen.

Das erfindungsgemässe Prinzip ist nicht auf halbnasse Induktions,-motoren beschränkt, die durch eine im Mangetspalt liegende Trennwand vom Anker getrennt sind, sondern ist auch auf hermetisch abgedichtete Motoren anwendbar, die eine Magnetkupplung antreiben, wobei die angetriebene Kupplungshälfte über eine nicht magnetische Trennwand die ausserhalb des hermetisch gedichteten Raumes liegende zweite Kupplungshälfte mitnimmt. Als Sattdampf und Kondensat wird für diese Anwendungsfälle ein Stoff gewählt, der das Schmiermittel des Motorlagers nicjht auflöst, im Falle von öl,z. B. Frigen 113. Schliesslich kann auch das- Kondensat selbst als Schmiermittel dienen, insbesondere wenn eita Teil dee Lagere mit einer Wärmesenke wärmeleitend in Kontakt sieht.

Diel Erfindung besteht also aus einem Elektromotoren- oder generatoren· stator, der unmittelbar oder über einen in Umdrehung versetzten weich- oder permanentmagnetischen Polring ein magnetisches Drehfeld erzeugt, welches durch eine magnetisch durchlässige Trenn wand hindurchgeleitet wir^ und ausserhalb des hermetisch gekapselten Raumes einen permanent- oder weichmagnetischen Polring in Um-

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drehung versetzt, vorzugsweise einen Elektromotorenanker, der ein Kreiselrad einer Strömungsmaschine und damit das Fördermedium der Strömungsmaschine beschleunigt. Das Fördermedium, der Strömungsmaschine steht mit einem Wandbereich des hermetisch gekapselten, den Polring einschliessenden Raumes in gut ■ wärmeleitender Verbindung, Seine dem Inneren des hermetisch gekapselten Raumes zugewandte Oberfläche bildet einenKondensator für eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit, die unterhalb der zugelassenen Wicklungstemperatur verdampft und deren Kondensat in geeigneter Weise, insbesondere durch kapillaraktive Auskleidungen, wieder zur Wicklung geleitet wird. ' ,.

Die Erfindung soll anhand von Figuren näher erläutert werden: '

Figur 1 zeigt einen Elektromotor mit sphärischem Luftspalt. Zwischen dem aus einer Eisenblechspirale gebildeten Stator 7 und dem aus Weicheisen und gegebenenfalls einer Käfigwicklung bestehenden umlaufenden Rotor 12 zum Antrieb eines Mischerlaufrades 15 befindet sich die Trennkalotte 1, die mit dem Gehäuse 2 an der Perlpherie 3 gasdicht verbunden ist. Der hierdurch gebildete Flansch 4 dient der Einhängung des Motors in den Durchbruch einer Behälterwand eines Behälters 5, in dem sich flüssiges Mischgut 16 befindet und (entsprechend den Stromlinien 6 gefördert wird; Der Stator 7 besteht aus einem spiralig aufgewickelten Blech, der über den Umfang gleichmässig verteilte Nuten 8 aufweist, in welche Wicklungen 9 eingelegt sind. Im Zentrum des Motors befindet eich ein Docht l|>, der in ejlnen Sumpf 11 hineintaucht, in dem eich das Kondensat des Sattdampfes, mit dem der Innenraum de« Motors gefttlt ist, sammelt· Durch den Docht 10 steift das Kondensat 11 auf und wird durch die

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Wärme der Wicklungen 9 verdampft. Der Dampf kondensiert alsdann an der kältesten Stelle des Motorinneren, also an der Trennkalotte 1, von dort aus tropft das Kondensat gemäss 13^auf die Wicklungen 9, um erneut zu verdampfen.

Figur 2 zeigt den Stator einer elektrischen Umlaufmaschine mit sphärischem Luftspalt 1, ,der in beliebiger Lage der Achse eingebaut werden kann. Zwischen den Wicklungen 9und den Polen 20 sind Streifen oder Hülsen 21 aus saugiähigem Material, z. B. Glasseide, Asbest oder Baumwolle angeordnet, die bei 22 die Kalotte 1 berühren. Hierdurch wandert das sich an der Kalotte niederschlagende Kondensat in die Zwischenräume zwischen Wicklung 9' und Magneteisen 7, 20 in den Motor hinein und wird dort verdampft. An der Rückseite des Gehäuses 2 ist eine Isolierdurchführung 23 angeordnet, die bei hermetischer Abdichtung in bekannter Weise die Stromdurchführung übernimmt. Darüber befindet sich ein Anschlusskasten 24. In der gezeigten Lage sammelt sich das Kondensaflal im tiefsten Bereich.

Figur 3 zeigt eine Antriebseinheit für das Pumpenlaufrad 30, die aus einem Motor und einen! konkaven Magnetring 31 besteht, wobei letzterer durch die Trennk^lotte 1 hindurch den konvexen Magnetring 32 des Pumpenlaufrades 30, der aus Weich- oder Permanent-

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magnet-Werkstoff besteht, _f antreibt. Durch die Rotation des konkaven Magnetringes 31 wird das Kondensat nach aussen in den Ring-

bereich 33 geschleudert und von dort durch einen sauglähigen Zylinder 34, der wiederum aus Textil- oder Mineralfaser bestehen kann, zum Wickelkopf 35 des Motors geleitet. Dort erfqlgt die Verdampfung, βσ dass dem Wickelkopf 35 und damit der gesamten Bewicklung Warme auch bei extrem geringen Temperaturdifferenzen

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entzogen wird. An abgeflachten oder ausgesparten Bereichen 36 des Polringes 38 wird das saugfähige Material des Zylihders 34 bis auf die andere Seite des Polringes 38 geleitet, so dass auch die Wickelköpfe 35' eine Kühlung erfahren. Die Lagerung des Ankers 37 und des konkaven Magnetringes 31 erfolgt durch Lager 39/39', die an der Trennkalotte 1 bzw. an dem Aussengehäuse befestigt sind. Der konkave Magnetring 31 besitzt eine kegelige Mantelfläche 42, wodurch das Kondensat entlang der Mantelfläche bis zur äussersten Kante 43 läuft, dann abgeschleudert wird und gegen den Wickelkopf 35 gespritzt wird. Wiederum an der tiefsten Stelle sammelt sich bei stehender Maschine das Konden-

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Claims

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Standard Magnet AG DK 2371/la

Hünenberg / Schweiz

Ansprüche

I.) Elektrische Umlaufmaschine, ζ. B. Elektromotor oder -generator mit einem ein magnetisches Drehfeld erzeugenden magnetischen Teil, welches als mit elektrischen Leitern bewickelter Stator ausgebildet ist, oder aus einem mit einer elektrischen Umlaufmaschine gekoppelten magnetischen Polring besteht, und durch eine nicht-magnetische Trennwand hindurch einen permanent- oder weichmagnetischen Polring, der einen Strömungsmaschinenläufer antreibt und im flüssigen oder gasförmigen Fördermedium . gelagert ist, in Umdrehung versetzt, dadurch gekennzeichnet, dass sich dieses magnetische Teil (2, 7/2, 9, 31, 37, 39) in einem Gehäuse (1, 2) befindet, welches nach aussen hin hermetisch verschlossen ist, und dass das Innere des Gehäuses \1, 2) mit dem Sattdampf eines elektrisch nicht leitenden Stoffes (11) gefüllt ist, dessen Siedetemperatur unterhalb der höchst zulässigen Temperatur von elektrische Widerstandsleistung erzeugenden Bauteilen, z.B. Kupferdraht und Eisen (7, 9, 35, 38) des magnetischen Teiles und oberhalb der Temperatur des Fördermittele liegt. ! I ■ ',■·.

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2. Elektrische Umlaufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem als Kondensator für den entstehenden Sattdampf dienenden Wandbereich (1) und/oder einem Sammelraum (11), in dem sich das Kondensat sammelt, einerseits und den verlustwärmeerzeugenden Bauteilen (7, 9, 35, 37, 38) saugfähige Körper (10, 21, 35) befinden, durch die das Kondensat durch Kapillareffekt geleitet wird.
3. Elektrische U ml auf maschine mit verlustwärmeverursachender Wicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der saugfähige Körper (21, 35) gleichzeitig die elektrisch isolierejnde Umkleidung der Pole (20) bildet.
4. Elektrische Umlaufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket des Stators (7, 38) so aufgebaut ist, dass zwischen den Blechen feine Spalte verbleiben, durch welche das an der von Fördermittel gekühlten Trennwand (1) entstehende Kondensat in das Innere des Stators (7, 38) eindringt.
5. Elektrische Umlaufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennwand (1) unmittelbar benachbart ein an seiner inneren Kontur der Trennwand (1) folgender umlaufender Polring (31) angeordnet ist, der mit einem Läufer (37) e^ier elektrischen Umlaufmaschine (37, 38) eine Einheit bildet und durch Lager (39/39') in einem hermetisch gedichteten Gehäuse (1, 2) gelagert ist. .·. .

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6. Elektrische Umlaufmaschine zur Erzeugung eines umlaufenden Drehieldes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lager (39, 39') ein Schmiermittel gewählt wird, welches in dem Kondensat des Sattdampfes nicht löslich ist.
7. Elektrische Umlaufmaschine zur Erzeugung eines umlaufenden Drehfeldes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vom umlaufenden Polring (31) abgeschleuderte Kondensat durch einen als Hohlzylinder ausgebildeten saugfähigen Körper (34) in die Wickelköpfe (35, 35') gefördert wird.
8. Elektrische Umlaufmaschine zur Erzeugung eines umlaufenden. Drehfeldes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (42) des rotierenden Magneten (31) zur Wicklung (35) hin divergiert, so dass ein dünner Film des Kondensates auf diesem Mantel (42) entlangkriecht und an der Kante (43) abgeschleudert wird, wobej die gegen die Wand (44) prallenden Tröpfchen auf den Wickelkopf (35) geschleudert werden.
9. Elektrische Umlaufmaschine mit mit dem Fördermedium in gut wärmeleitendem Kontakt stehendem Wandbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verlustwärmee*rzeugenden Bauteile (7, 9) unterhalb des Wandbereiches (1) angeordnet sind.
10. Elektrische Umlaufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sattdampf und eine kleine Menge Kondensat (11) in das Gehäuse (1, 2) eingebracht werden.

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11. Elektrische Umlaufmaschine nach Anspruch 1 und 1O₁ dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger eine Fluorkohlenwasserstoff-Verbindung Verwendung findet.

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