DE2331493C3 - Kühlanordnung für einen geschlossenen Elektromotor - Google Patents
Kühlanordnung für einen geschlossenen ElektromotorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für einen geschlossenen Elektromotor mit einer den
Ständer konzentrisch umgebenden Ringkammer, der das Kühlmittel zuführbar ist, und mit in der Mitte des
Ständers angeordneten, in ,einer gemeinsamen Querschnittsebene
des Ständers liegenden, radialen Kanälen, die die Ringkammer mit dem Luftspalt verbinden und
durch die das Kuhlmittel .in den Luftspalt eintritt und
nach beiden Seiten gleichmäßig in die Wickelkopfräume abströmt. Eine derartige Kühlanordnung ist aus der
CH-PS 3 78 810 bekannt.
,Elektromotoren dieser Art werden häufig in Kühlanlagen
als Antrieb für den Kompressor verwendet, wobei man das Kühlmittel für die Anlage gleichzeitig auch zur
Motorkühlung ausnützt Dabei werden die Kosten und die Größe des Elektromotors wesentlich von der
Wirksamkeit des Kühlsystem* beeinflußt,
s Zumeist wird bei solchen Elektromotoren fur Kühlanlagen das sogenannte Gegenstromprinzip für das Kühlmittel angewendet, indem dieses in die Zone höchster Wärmeentwicklung, d. h. in den Spalt zwischen Rotor und Ständer eingeführt und von dort über rad.ale
s Zumeist wird bei solchen Elektromotoren fur Kühlanlagen das sogenannte Gegenstromprinzip für das Kühlmittel angewendet, indem dieses in die Zone höchster Wärmeentwicklung, d. h. in den Spalt zwischen Rotor und Ständer eingeführt und von dort über rad.ale
ό Kanäle im Ständer abgeführt wird, vergleiche z.B.
US-PS 31 88 833. Diese Vorgehensweise ist jedoch beim
speziellen Fall der Luflspaltkühlung von Elektromotoren
mit konstruktiven, die Kühlwirkung herabsetzenden Schwierigkeiten verbunden. Es ist aber gemäß der
US PS 26 04 500 auch schon bekannt, das Kühlmittel in umgekehrter Weise durch den Luftspalt strömen zu
lassen indem es einer Vielzahl von in Längsrichtung des Ständers gleichmäßig verteilten -adialen Kanälen, die
sich bis zum Luftspalt erstreck* jeführt und seillich
μ aus dem Spalt abgeführt wii- Hierbei zeigte sich
jedoch, daß die von den einzelnen Kanälen ausgehenden Kühlmittelteilströme im Luftspalt in gegenseitige
Wechselwirkung treten und dabei die Kühlwirkung negativ beeinflußt wird. Eine verbesserte Kühlanord-
nung für einen Turbogenerator ist weiter in der CH-PS 3 73 810 beschrieben. Hier wird der Ständer des
Generators von einer Ringkammer umgeben, die über "in einer gemeinsamen Querschnittsebene des Ständers
liegende raaiale Kanäle mit dem Luftspalt zwischen
Ständer und Rotor verbunden ist. Allerdings führen die radialen Kanäle nur eine geringe Teilmenge des
Kühlmittels in den Luftspalt, während die überwiegende
Menge an Kühlmitte! vom Rotor aus über seitlich der Anordnungsebene der radialen Kanäle im Ständer
angeordnete Rotoröffnungen in den Luftspalt einlege ben wird und dann beidseitig längs des Spaltes zu den
Wickelkopfräumen abströmt, um erneut am besagten
- Kreislauf teilzunehmen.
Die Zuführung des Kühlmittels von einer Ringkam-
U0 mer um den Ständer übfes· darin zentral angeordnete,
radiale Kanäle zum Luftspalt ist auch Ausgangspunkt der Erfindung. Während bei der Kühlanordnung nach
der CH-PS 3 73 810 die Ständerwickelköpfe im wesentlichen nur durch das aus dem Luftspalt
abfließende KQhJmiMel gekühlt werden, liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, die in den Ringraum einströmende Kühlmittelmenge gezielt so aufzuteilen,
daß die Außenfläche des Ständers, der Luftspalt und die Wickelköpfe einer wirksamen Kühlung mit frischem
Kühlmittel unterworfen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringkammer, von der die radiialen Kanäle
ausgehen, axial durch zwei Dichtringe begrenzt ist, die
einerseits am Gehäuse und andererseits am Ständer befestigt sind und die mit Öffnungen derart versehen
sind, daß das tuihimiuei in die Wickcikupirnuinc iis
Bereich der Wickelköpfe einleitbar ist, wobei der Ringkammer das Kühlmittel als verdampfbare Kühlflüssigkeit
durch ein Rohr von außerhalb des Gehäuses
to zuführbar ist und,der Motor ausschließlich durch die
Kühlanordnung gekühlt ist, und daß im obersten Bereich des Ständers ein wannenförmiges Gefäß durch zwei
ieistenförmige Leitkörper gebildet ist, dessen radiale Höhe geringer als die radiale Höhe der Ringkammer ist,
wobei dem Gefäß das Kühlmittel durch das Rohr zu'ührbar ist.
Dabei ist es aus der DT-OS 20 05 802 bsi Motoren der
in Rede stehenden Gattung an sich bekannt, die
Ringkammer axial durch zwei Dichtringe zu begrenzen, die einerseits am Gehäuse und andererseits am Ständer
befestigt sind und die mit öffnungen derart versehen sind, daß das Kühlmittel in die Wickelkopfräume im
Bereich der Wickelköpfe einleitbar ist, wobei der Ringkammer das Kühlmittel durch ein Rohr von
außerhalb des Gehäuses zuführbar ist und der Motor ausschließlich durch die Kühlanordnung gekühlt ist.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 aufgeführt, wobei für die
Gegenstände dieser Ansprüche Schutz nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Anspruches 1
begehrt wird.
Bei der Erfindung wird somit das Kühlmittel nicht nur
vom Ringraum aus durch die in e: r gemeinsamen Querschnittsebene irr· Ständer angeordneten radialen
Kanäle dem Luftspalt m dessin K Ellung zugeführt,
sondern es erfolgt auch eine *υ .ellung des in den
Ringraum eingeleiteten Kü : .iilels dergestalt, daß eine
Teilmenge desselben- laV-.?s der Außenfläche des
Ständers fließt, und tu-v-t eine Ständeraußenkühlung
vornimmt. Eine weitere Teilmenge strömt über die öffnungen in den die Ringkammer seitlich begrenzenden
Dichtringen, um gleichzeitig eine setliche Kühlung des Ständers als auch eine Kühlung der Wickelköpfe
vorzunehmen. Die Aufteilung der zugeführten Kühlmittelmenge in die die verschiedenen Funktionen übernehmenden
Teilströme erfolgt in einfacher, aber wirksamer Weise durch Vorsehen der beiden leisienförmigen
Leitkörper, die im obersten Bereich des Ständers des wannenförmige Gefäß bilden. Das Gefäß stellt sicher,
daß einerseits für die radialen Kanäle eine ausreichende Kühlmittelversorgung gegeben ist und andererseits
stets erwünschte Mengen an Kühlflüssigkeit über die Außenfläche des Ständers laufen bzw. den Wickelköpfen
zugeführt werden. In dem wannenartigen Gefäß kann ohne besondere Regeleinrichtungen stets ein
bestimmter Kühlmittelpegel eingehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgen»-
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig.! einen schematischen Längsschnitt durch ein^n
geschlossenen Elektromotor und durch die ihm zugeordnete Kühlanlage,
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ständerbleches für den Motor nach F i g. i mit an meiner Stirnfläche
angeordneten, radiale Kanäle bildenden Distanzstükken,
F i g. 2b und 2c Querschnitte durch Teile von Ständerblechen mit unterschiedlicher Rippenanordnung,
F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des Ständers für
den Motor nach F i g. 1,
F i g. 4 eine Seitenansicht des Ständers nach F i g. 3.
In F i g. 1 ist eine Kühlanlage mit einem hermetisch geseh!oEEe!ver>
Plektromotor 10 dargestellt, der einen Kompressor 12 antreibt. Ein dampfförmiges Kühlmittel,
beispielsweise »FREON«, triu über ein Rohr 14 in den Kompressor 12 ein, wird verdichtet und geht durch ein
Rohr 18 in einem Kondensator 16. Durch eine Rohrschlange 19 im Kondensator 16 zirkuliert ein
Kühlmedium, das das Kühlmittel kondensiert, d. h. verflüssigt. Durch ein Rohr 20 geht das nunmehr flüssige
Kühlmittel zum Verdampfer 22. Bei Bedarf kann in der Leitung 20 ein Vorwärmer 8 angeordnet werden. Ein
zweites Kühlmedium, beispielsweise Wasser, Rent durch
das Rohr 24 hn Verdampfer 22. Die Rohrleitung 24 führt zu dem zu kühlenden Gut. Das verdampfte Kühlmittel
verläßt den Verdampfer 22 durch das Rohr 14 und kehrt wieder zum Kompressor 12 zurück. Konstruktion und
Arbeitsweise von Kompressor, Kondensator, Verdampfer und den anderen Teilen des Kühlsystems sind
bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Wie in F i g. 1 gezeigt, ist der Motor 10 vollständig geschlossen, d. h. hermetisch abgedichtet. Er besitzt ein
zylindrisches Gehäuse 30, das an den Enden durch Stirnwände 32 verschlossen ist. Ein Rotor 34 treibt das
Laufrad 36 des Kompressors S 2 an. Die Rotorwel'e 38
ist über ein Lager 40 in der einen Stirnwand 32 und über ein Lager 42 am Kompressor 12 gelagert. Der Rotor 34
umfaßt eine Vielzahl auf der Welle 3S verankerter Läuferbleche 44 und die bei Käfigläufermotoren
üblichen Kurzschlußstirnringe, an denen in axialer Richtung verlaufende Lüfterflügel 46 angebracht sein
können, die die Zirkulation des Kühlmittels durch ihre Sprühwirkung unterstützen.
Der Ständer 48 ist ein Hohlzylinder, der den Rotor 44 konzentrisch umschließt und eine Vielzahl ringförmiger
Ständerbleche 50 umfaßt. Die Ständerbleche 50 sind von üblicher Konstruktion und besitzen Wicklungsnuten für
die Ständerwicklung 52 mit r λ Wickelköpfen 54. Über
elektrische Leitungen 53 sind die Wicklungen 52 an eine äußere Stromquelle anschließbar.
Eine Ringkammer 60 für das Kühlmittel umschließt konzentrisch den Ständer 48. Die Ringkammer 60
befindet sich zwischen zwei Dichtringen 62,64 an iedem Ende des Ständers 48, die mit der Innenfläche des
Gehäuses 30 verbunden sind. Die Dichtringe trennen die Ringkammer 60, die durch das Gehäuse 30 des Motors,
den Ständer 48 und die beiden am Gehäuse 30 und Ständer 48 befestigten Dichtringe 62 und 64 gebildet
wird, von zwei Wickelkopfräumen 65 ab.
Jeder dieser Räume ist somit durch einen Abschnitt der Innenseite des Gehäuses 30, eine Stirnseite des
Ständers 48, eine Stirnseite des Rotors 34 und die Innenseite einer Stirnwand 32 begrenzt.
Das beispielsweise flüssige Kühlmittel gelangt in die Ringkammer 60. und zwar über ein Rohr 66, das mit dem
Rohr 20 und somit mit dem Kondensator 16 verbunden ist.
Die Ringkammer 60 steht mit mindestens einem, vorzugsweise aber mehre* *n Kanälen 68 in Verbindung,
die radial durch den Ständer 48 gehen und die Ringkammer 60 mit dem Luftspalt 56 zwischen Ständer
und Rotor verbinden. Bei mehreren Kanälen 68 sind diese, vorzugsweise sternförmig, in einer gemeinsamen,
radialen und zentraler. Querschnittsebene des Ständers angeordnet. Da das Kühlmittel der Ringkammer 60
zugeführt wird, fließt es somit durch die radialen Kanäle 68 in den Luftspalt 56 und dann in axialer Richtung
seitlich aus diesem heraus.
Gemäß den F i g. 2a, 2b und 2c können die Kanäle 68 aus mehreren Rippen 70,71 bestehen, die Distanzstücke
bilden un·! zwischen z*A-ei be^chba^n Blechen 50
eingefügt sind, so daß man eine Reihe radialer Durchlässe erhält, die sich vom Außenumfang des
Ständers 48 in den Luftspalt 56 erstrecken. Die radialen Durchlässe der Kanäle 68 zwischen zwei benachbarten
Blechen liegen in einer Ebene. Die Durchlässe müssen nicht voneinander getrennt sein, sondern können
miteinander über die diversen !Sahnen aus der Kammer
60 zum Spalt 56 in Verbindung stehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die radialen Durchlässe 68 in
einer einzigen, radialen und zur Motorachse rechtwinkligen Ebene angeordnet.
Gemäß den F i g. 2a, 2b, 2c kann man die Rippen für
die Distanzstücke 70 aus !-Profilen herstellen, die an den
Blechen 50 angenietet oder angeschweißt sind. Auch andere Formen der Distanzstücke sind geeignet,
beispielsweise die in F \ g. 2c dargestellten streifenförmigcn Rippen 71. Jeder der Kanäle 68 besteht somit aus
einem zylindrischen Raumsektor zwischen zwei benachbarten Blechen 50 des Ständers 48 unterteilt durch
Rippen 70 oder 71, die zwischen den Blechen 50 radial angebracht sind. Außerdem erkennt man in F i g. 2a die
Nuten 83 für die Ständerwicklung.
, Wenn der Motor läuft, gelangt in den Luftspalt 56 das Kühlmittel aus der Kammer 60, und zwar über die
Kanäle 68 und wird in die Wickelkopfräumc 65 an den Enden des Luftspaltes 56 geleitet, so daß man eine
gleichförmig verteilte, symmetrische Strömung des Kühlmittels erhält, ohne daß infolge von Störungen
zwischen einzelnen Kühlmittelströmungcn eine Stagnation auftreten kann. Das flüssige, gasförmige oder teils
flüssige, teils gasförmige Kühlmittel in den Räumen 65 geht über einen Auslaß zum Verdampfer 22 zurück.
Wenn das Kühlmittel den Luftspalt 56 zwischen Ständer 48 und Rotor 34 erreicht hat, strömt es in
axialer Richtung durch den Spalt. Dadurch erhält man zwei entgegcngerichtele Teilslrömungen. die die benachbarten Oberflächen von Rotor 34 und Ständer 48
kühlen. Der aus dem Luftspalt 56 in den Wickelkopfraum 65 austretende Kühlmittelstrom wird durch die
Wirkung der Läuferflügel 46 auf die Wickelköpfe 54 versprüht und leitet die Wärme von diesen Teilen der
Ständerwicklung ab, bevor das Kühlmittel durch das Rohr 74 zum Verdampfer 22 zurückkehrt.
Zur Erhöhung der Kühlwirkung an den Wickelköpfen 54 kann man Rohre 76 in den Dichtringen 62 und 64
vorsehen, die sich zur Ringkammer 60 als Fortsetzungen der öffnungen in diesen Ringen öffnen. Die Rohre 76
verteilen das Kühlmittel aus der Ringkammer 60 über die Wickelköpfe 54.
Die F i g. 3 und 4 zeigen den Ständer des Motors nach Fig. 1. Es ist ersichtlich, daß das flüssige Kühlrruae! in
eine Zone am obersten Bereich der Ringkammer 60 über das Rohr 66 gelangt und dann teilweise über die
Außenfläche des Ständers 48 kaskadenförmig herabrieselt. Eine andere Teilströmung des Kühlmittels gelangt
durch die Kanäle 68 in den Luftspalt 56 und kühlt die angrenzenden, d.h. inneren Zonen von Rotor und
Ständer.
Zur Steuerung des Kühlflüssigkcilspegels in der Ringkammer 60 sind in die Dichtringe 62,64 öffnungen
77 eingebohrt, durch die das überschüssige Kühlmittel den Wickclkopfräumcn 65 zu- und über das Rohr 74
S abgeführt wird. Die öffnungen 77 können so liegen, daß
jeder gewünschte Kühlmittelpegel in der Ringkammer 60 aufrechterhalten wird. Die öffnungen 77 werden
-vorzugsweise so angeordnet, daß der Kühlmittelpegel in der Ringkammer 60 einen gewissen Teil an Kühlmittel
ίο in den Luftspalt 56 läßt, ohne diesen zu überfluten, vgl,
Anordnung der öffnungen in Fig.3 und 4. Bei der
Ausführung nach den Fig. 3 und 4 kann daher der gewünschte Kühlmittelpegel im Motor 10 ohne
Schwimmerventile oder eine besondere Motoranord-
■5 nung eingehalten werden.
Bei Bedarf können zusätzliche öffnungen 78 in den
Dichtringen 62, 64 an etwas höher gelegenen Stellen vorgesehen werden, damit das durch die Wärme des
Ständers 48 verdampfte Kühlmittel über die Wickelköp
fe 54 hinweg in die Räume 65 gelangen kann und die
Wickelköpfe zusätzlich kühlt. Das verdampfte Kühlmittel wird ebenfalls durch das Rohr 74 abgeführt.
Um zu gewährleisten, daß das Kühlmittel auf die Wickelköpfe 54 versprüht wird, sind zwei leistenförmige
Leitkörper 80 im Abstand voneinander im obersten Bereich des Ständers 48 angeordnet. Diese bilden ein
wannenförmiges Gefäß 82, in dem die Kühlflüssigkeit
bis zu Hner Höhe stellt, die durch den oberen Rand der
Leitkörper 80 bestimmt ist. Da sich die Rohre 76 in den
Teil der Ringkammer 60 öffnen, der das wannenförmige
Gefäß 82 zwischen den Leitkörpern 80 bildet, bewirkt die beschriebene Anordnung eine Versprühung des
flüssigen Kühlmittels auf die Wickelköpfe 54. Das zwischen den Leitkörpern 80 angesammelte Kühlmittel
läuft auch durch die Kanäle 68 ab; ein dritter Teil des
80, wie durch die vertikalen Pfeile in F i g. 3 angedeutet
und kühlt die zylindrische Außenfläche des Ständers.
Ständers 48 fließt, tritt über die radialen Kanäle 68 im Ständer 48 ebenfalls in den Luftspalt 56 zwischen
Ständer 48 und Rotor 34 und strömt dann axial durch den Luftspalt 56 zu den rotierenden Stirnring- und
Lüfterflügeln 46 und wird auf die Wickelköpfe
versprüht.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Kühlanordnung für einen geschlossenen Elektromotor mit einer den Ständer konzentrisch
umgebenden Ringkammer, der das Kühlmittel zuführbar ist, und mit in der Mitte des Ständers
angeordneten, in einer gemeinsamen Querschnittsebene des Ständers liegenden, radialen Kanälen, die
die Ringkammer mit dem Luftspalt verbinden und durch die das Kühlmittel in den Luftspalt eintritt und
nach beiden Seiten gleichmäßig in die Wickelkopfräumeabströmt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (60), von der die radialen Kanäle (68) ausgehen, axial durch zwei Dichtringe
(62,64) begrenzt ist, die einerseits am Gehäuse (30) und andererseits am Ständer befestigt sind und die
mit öffnungen (77,78) derart versehen sind, daß das
Kühlmittel in die Wickelkopfräume (65) im Bereich der Wickelköpfe einleitbar ist, wobei de' Ringkammer
(60) das Kühlmittel als verdampfbare Kühlflüssigkeit durch ein Rohr (66) von außernalb des
Gehäuses (30) zuführbar ist und der Motor ausschließlich durch die Kühlanordnung gekühlt ist,
und daß im obersten Bereich des Ständers ein wannenförmiges Gefäß durch zwei ieistenförmige
Leitkörper (80) gebildet ist, dessen radiale Höhe geringer als die radiale Höhe der Ringkammer (60)
ist, wobei dem Gefäß das Kühlmittel durch das Rohr (66) zuführbar ist.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder radiale Kanal (68) die
Form eines Sektors eines zylindrischen Raumes hat, der durch ein Paar benachbarte Ständerbleche (50),
der durch Rippen (70 · der 71) gebildet ist, die sich
radial zwischen den bem chbarten Ständerblechen erstrecken.
3. Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre (76) zur Leitung
des Kühlmittels aus der Ringkammer (60) an Stellen über den Wickelköpien (54) der Ständerwicklung
(52) vorgesehen sind.
4. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
Lüiterfiügei (46) zum Versprühen des aus dem
Luftspalt (56) austretenden Kühlmittels auf die Wickeiköpfe (54) der Ständerwicklung (52) am
Rotor (34) angeordnet sind.
5. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kühlmittel das Kühlmedium einer vom Meter angetriebenen Kühlanlage ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US00268481A US3805101A (en) | 1972-07-03 | 1972-07-03 | Refrigerant cooled electric motor and method for cooling a motor |
US26848172 | 1972-07-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2331493A1 DE2331493A1 (de) | 1974-01-17 |
DE2331493B2 DE2331493B2 (de) | 1976-11-11 |
DE2331493C3 true DE2331493C3 (de) | 1977-06-23 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004055179A1 (de) * | 2004-11-16 | 2006-05-24 | Zf Friedrichshafen Ag | Blechpaket eines Stators und/oder Rotors einer spritzölgekühlten elektrischen Maschine sowie spritzölgekühlte elektrische Maschine |
DE102015203974A1 (de) * | 2015-03-05 | 2016-09-08 | Deere & Company | Anordnung zur Flüssigkeitskühlung einer elektrischen Motorgeneratoreinheit |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10069380B2 (en) | 2015-03-05 | 2018-09-04 | Deere & Company | Arrangement for the liquid cooling of an electric motor generator unit |
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