DE2331493C3 - Kühlanordnung für einen geschlossenen Elektromotor - Google Patents

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

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- l_aV-.?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

Kühlmittels geht über den oberen Rand der Leitkörper

80, wie durch die vertikalen Pfeile in F i g. 3 angedeutet

und kühlt die zylindrische Außenfläche des Ständers.

Der Kühlmittelanteil, der längs des Umfangs des

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)

Patentansprüche:

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.