DE2602718A1 - Elektromagnetischer, asynchron laufender drehzahlwandler - Google Patents

Description

P.4863

Compagnie de Construction Mecanique Sulzer, Paris, Frankreich

Elektromagnetischer, asynchron laufender Drehzahlwandler

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen, asynchron laufenden Drehzahlwandler, wie er vorteilhafterweise zwischen einem Motor und einer von ihm angetriebenen, ein fliessfähiges Arbeitsmittel fördernden Maschine, etwa einer Pumpe, einem Kompressor, einem Gebläse oder dergleichen, vorgesehen sein kann. Ein Drehzahlwandler der genannten Art besteht üblicherweise aus einem getriebenen und einem treibenden Rotor, wobei der eine Rotor einen magnetisierbaren Polkranz trägt und der andere eine zylindrische Trommel aus elektrisch gut leitendem Material besitzt, die in einem zwischen dem Polkranz und den Schenkeln eines ortsfesten, eine ringförmige, koaxial zu den Rotoren stehende Erregerspule U-förmig teilweise umschliessenden Teiles eines homopolaren magnetischen Kreises bestehenden Luftspalt drehbar angeordnet ist.

Die Erregerspule wird mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Strom von regelbarer Stromstärke gespiesen. Solange zwischen den Drehzahlen der beiden Rotoren eine Differenz (Schlupf) besteht, werden in der elektrisch

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leitenden Trommel Wirbelströme induziert, deren Dichte der Stromstärke des ErregerStroms proportional ist. In bekannter Weise werden die beiden Rotoren durch die dabei entstehenden magnetischen Felder mehr oder weniger eng aneinander gekoppelt. Bei gleichbleibender Drehzahl des treibenden Rotors (Motordrehzahl) kann somit die Drehzahl des getriebenen Rotors durch eine Aenderung des Erregerstromes auf einen bestimmten Wert eingestellt werden, beispielsweise um die Menge des von der angetriebenen Maschine geförderten Arbeitsmittels einzuregulieren.

Die kräftigen Wirbelströme erzeugen nicht nur magnetische Felder, sondern auch Verlustwärme (Joule'sehe Wärme), so dass die Leistungsfähigkeit dieser Art von Drehzahlwandlern weitgehend von der Wirksamkeit jener Massnahmen bestimmt wird, die getroffen werden, um diese

ist
Wärme abzuleiten. Dies vor allem in jenen Fällen wichtig, bei denen es sich um Motoren, Wandler und Maschinen geschlossener Bauart handelt, d.h. die den Einflüssen einer schädlichen Umgebung ausgesetzt wird, beispielsweise korrosiven Medien, einer verseuchten Atmosphäre, extremen Temperaturbedingungen und dergleichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mit einer wirkungsvollen Kühlvorrichtung versehenen, elektromagnetischen Drehzahlwandler zu schaffen, der einerseits unter äusseren Bedingungen eingesetzt werden

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kann, die einen schädlichen Einfluss auf seine innere Struktur ausüben könnten und der ein Kühlmittel verwendet, das seine Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung besteht darin, dass der Drehwandler eine Kombination folgender Merkmale aufweist: ■Ein druckdichtes Gehäuse, das die beiden Rotoren, seinen Statorteil und einen ersten, torusförmig in sich geschlossenen Kühlkreislauf umschliesst, in dem ein erstes, durch mindestens ein an einem der beiden Rotoren angebrachtes Umwälzorgan in Umlauf bringbares Kühlmedium die zylindrische Trommel des ersten Rotors sowie den ein inneres Gehäuse bildenden Statorteil und' dessen Spule umströmt, wobei die druckfeste Aussenwand des Gehäuses als Wärmeaustauscher zwischen dem ersten Kühlkreislauf und dem die Maschine umgebenden Medium ausgebildet ist, ferner einen zweiten, von einem zweiten, von aussen her zugeführten Kühlmedium durchflossenen, im inneren Gehäuse angeordneten Kühlkreislauf, der eine druckdichte, dem Wärmeaustausch zwischen den beiden Kühlkreisläufen dienende Zwischenwand sowie mindestens je eine Eintritts- und eine Austrittsleitung aufweist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das erste Kühlmedium aus. einem Gas — vor-• zugsweise Luft — bestehen. Dadurch werden zusätzliche Verluste durch ein Verwirbeln des Kühlmediums durch die

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Rotoren und die dabei entstehende·zusätzliche Erwärmung auf ein Minimum reduziert.

Entsprechend einer Weiterbildung dieser Ausführungsform kann der zweite Kühlstromkreis an den Durchlaufkanal eines durch die über den Wandler angetriebenen Maschine geförderten Arbeitsmittels angeschlossen sein. Eine solche Massnahme eignet sich vor allem beim Antrieb von Pumpen und Gebläsen, die ein Arbeitsmittel fördern, das eine verhältnismässig niedrige Temperatur aufweist und funktionell unter einem anderen Druck als die unmittelbare Umgebung steht oder während des Durchlaufs genügende Druckdifferenz aufweist, um eine sichere Strömung des zweiten Kühlmittels durch den Wandler sicherzustellen.

Wo diese Bedingung nicht sinnvoll erscheint, der antreibende Motor jedoch seinerseits mit einem eigenen Kühlmittelstromkreis ausgestattet ist, kann der zweite Kühlstromkreis des Wandlers an den Kühlmittelstromkreis des Motors angeschlossen sein.

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Drehzahlwandlers besteht darin, den Wandler zwischen dem Motor und einer ein fliessfähiges Arbeitsmittel fördernden Maschine einzufügen, bei der bestimmte, durch die gegebenen Betriebsbedingungen vorgeschriebene, veränderliche Drehgeschwindigkeiten eingehalten werden müssen.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen vereinfachten Längsschnitt durch die eine Hälfte eines erfindungsgemassen Drehzahlwandlers, unter spezieller Berücksichtigung der Anordnung der beiden Kühlkreisläufe.

Fig. 2 Eine schematische Darstellung einer einen Drehzahlwandler gemäss Fig. 1 aufweisenden Maschinengruppe, bei der der zweite Kühlstromkreis an den Ktihlmittelstromkreis des Motors angeschlossen ist.

Fig. 3 Eine Variante der Ausführung gemäss Fig. 2, bei der das Arbeitsmittel der angetriebenen Maschine im Wandler als zweites Kühlmittel verwendet wird.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehzahlwandler ist als Ganzes mit 1 bezeichnet. Er verbindet eine treibende Welle 2 mit einer getriebenen Welle 3, die sich auf derselben Achse A-A, jede in der Verlängerung der andern, gegenüber liegen und den treibenden bzw. den getriebenen Rotor 4 bzw. 5 tragen.

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Die beiden Wellen 2 und 3 sind in Rollenlagern 6 bzw. 7 in einem druckdichten äusseren Gehäuse 8 drehbar gelagert. Das Antriebsdrehmoment wird von der Welle 2 über die Flanschen 9 auf den Rotor 4 und von diesem auf den drehfest auf der getriebenen Welle 3 sitzenden Rotor übertragen. Eine ringförmige Erregerwicklung 10 ist ortsfest an einer druckdichten Wand 11 aus magnetisierbarem Material eines inneren Gehäuses 21 angebracht und bildet mit den Polschuhen 12,13 den Statorteil des Wandlers.

Das innere Gehäuse 21 umschliesst die elektrischen und magnetischen Organe für die üebertragung des Drehmomentes und ist völlig in den ersten Kühlkreis 14,16 eingebettet, in dem ein erstes, gasförmiges Kühlmedium, vorzugsweise Luft, umgewälzt wird. Zu diesem Zweck sind am Flansch 9 des treibenden Rotors Ventilatorflügel 15 angebracht. Die Kühlung der empfindlichen elektrischen und magnetischen Elemente geschieht somit durch einen rasch umlaufenden Luftstrom, der auch durch die vorteilhafterweise spiralförmig ausgebildeten Zwischenräume 16 zwischen den Polen des getriebenen Rotors 5 streicht.

Das erste Kühlmedium umströmt somit dia aktiven Teile der beiden Rotoren 4 und 5, d.h. vor allem auch die Trommel 4, in der sich die Wirbelströme ausbilden und eine entsprechende Wärmemenge frei wird, aber auch das innere Gehäuse 21, das den zweiten Kühlkreislauf 17 enthält,

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Der zweite Kühlkreislauf 17 wird von einem zweiten Kühlmedium, beispielsweise Wasser durchflossen und ist durch die Zwischenwand 11 vom elektrischen Teil des Wandlers getrennt. Eine druckdichte Zwischenwand 18 trennt ihn anderseits vom ersten Kühlkreislauf 14. Das zweite Kühlmedium wird durch eine Eintrittsleitung 19 ins Innere des Gehäuses 21 geleitet und verlässt es durch die Austrittsleitung 20, nachdem es den zweiten Kühlkreislauf 1T durchströmt hat. Dieser Durchlauf kann in an sich bekannter Weise durch entsprechend angeordnete (nicht gezeichnete) Umwälzmittel, oder aber durch den Anschluss an eine äussere, eine Druckdifferenz aufweisende Kühlmittelquelle sichergestellt sein.

Infolge der druckdichten Ausführung besteht keine direkte Verbindung zwischen den beiden Kühlkreisläufen, aber auch nicht zwischen diesen und dem den Wandler umgebenden Aussenmedium, doch besteht eine wirksame "Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmedium durch die ganze Oberfläche der von ihm bestrichenen Aussenwand 8 des Gehäuses und durch natürliche Konvektion auf das den Wandler umgebende Medium. Ausserdem wird ein wesentlicher Wärmeanteil durch Wärmeleitung sowohl aus dem Statorteil 10,12,13 durch die Zwischenwand 11 als auch aus dem ersten Kühlkreislauf 14 durch die Wand 18 auf das zweite Kühlmedium übertragen. Auf diese Weise werden die Oberflächen der als Wärmeaustauscher wirksamen

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Gehäusewände 8 und Zwischenwände 11,18 erheblich vergrössert und die Temperaturunterschiede zwischen den heissesten Teilen (Trommel 4) und der Umgebung bzw. dem zweiten Kühlmittel erheblich verringert. Die Wärmeübertragung kann im übrigen in an sich bekannter Weise weiter gefördert werden durch geeignete in den Kühlkreisläufen und an der Aussenwand angebrachte Kühlrippen usw. sowie gegebenenfalls eine Unterteilung der Kühlkreisläufe in mehrere Zweige. In der Zeichnung wurden diese kon-

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struktiven Einzelheiten, ^ffüT die Erfindung nicht wesentlich, weggelassen.

Das zweite, dem Wandler von aussen zugeführte Kühlmedium kann aus einer beliebigen, an sich geeigneten Quelle entnommen werden, insbesondere aus dem Kühlkreislauf eines in der Nähe befindlichen weiteren Aggregates, das nicht unbedingt mit der erfindungsmässigen Maschinengruppe in funktioneller Verbindung zu stehen braucht.

In Fig. 2 ist eine Anordnung angedeutet, in der der zweite Kühlkreislauf 17 des Reglers 1 in Serie mit dem Kühlmittelkreislauf 31 des treibenden Motors 30 angeschlossen ist. Ebensowohl ist natürlich eine Parallelführung der beiden Kreisläufe denkbar. In diesem Beispiel ist die angetriebene Maschine eine Pumpe 40 mit einem Ansaugstutzen 41 und einer Druckleitung 42.

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Wie in der Variante gemäss Fig. 3 gezeigt, kann die Eintrittsleitung 19 für das Kühlmedium aber auch an einer Stelle des Durchlaufkanals des durch die angetriebene Maschine 40' geförderten Arbeitsmediums angeschlossen sein, an der ein bestimmter Ueberdruck herrscht, so z.B. an der Auslaufspirale 42^! einer Pumpe, eines Kompressors, oder eines Gebläses. Die Ausgangsleitung 20 kann dann entweder saugseitig 41 * an der Maschine einmünden oder ins Freie führen .20'.

Da das zweite Kühlmedium mit dem aktiven Teil des Wandlers nicht in Berührung kommt, muss es an sich lediglich einerseits die Bedingung erfüllen, keine zu hohen Temperaturen aufzuweisen, anderseits darf es den zweiten Kühlkreislauf nicht verstopfen. Sogar schlammige Wasser sind im allgemeinen noch brauchbar, wenn sie keine zu grossen oder abrasiven Fremdkörper enthalten.

Die Maschinengruppe Motor / Drehzahlwandler / Pumpe oder Kompressor kann somit ohne weiteres als ein integriertes Ganzes (Package device) und transportfähig aufgebaut sein. Es ist auch möglich, eine derartige Gruppe beispielsweise unter Wasser oder in' explosionsgefährdeten Räumen einzusetzen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   i\ Elektromagnetischer, asynchron laufender Drehzahlwandler mit einem getriebenen und einem treibenden Rotor, wobei der eine Rotor einen magnetisierbaren Polkranz trägt und der andere eine zylindrische Trommel aus elektrisch gut leitendem Material besitzt, die in einem zwischen dem Polkranz und den Schenkeln eines ortsfesten, eine ringförmige, koaxial zu den Rotoren stehende Erregerspule U-förmig teilweise umschliessenden Teiles eines homopolaren magnetischen Kreises bestehenden Luftspalt drehbar angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein druckdichtes Gehäuse (8), das die beiden Rotoren (4,9 und 5), den Statorteil (10 bis 13) der Maschine und einen ersten, torusförmig in sich geschlossenen Kühlkreislauf (14,16) umschliesst, in dem ein erstes, durch mindestens ein an einem (4,9) der beiden Rotoren angebrachtes Umwälzorgan (15) in Umlauf bringbares Kühlmedium die zylindrische Trommel (4) des ersten Rotors (9) sowie den ein inneres Gehäuse (21) bildende Statorteil (11 bis 13) und dessen Spule (10) umströmt, wobei die druckfeste Aussenwand (8) des Gehäuses als Wärmeaustauscher zwischen dem ersten Kühlkreislauf (14,16) und dem die Maschine umgebenden Medium ausgebildet ist, ferner einen zweiten, von einem zweiten, von aussen her zugeführten Kühlmedium durchflossenen, im inneren Gehäuse (21) angeordneten Kühlkreislauf (17), der eine druckdichte, dem Wärmeaustausch zwischen

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   den beiden Kühlkreisläufen (14,16 und 17) dienende Zwischenwand (18) sowie mindestens je eine Eintritts-(19) und eine Austrittsleitung (20) aufweist.
2. 2. Drehzahlwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlmedium aus einem Gas — vorzugsweise Luft — besteht.
3. 3. Drehzahlwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein zweiter Kühlstromkreis (17) an einen Kühlmittelstromkreis (31) des den Wandler treibenden Motors (30) angeschlossen ist.
4. 4. Drehzahlwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein zweiter Kühlstromkreis (17) an den Durchiaufkanal (41) eines durch die über den Wandler (1) angetriebene Maschine (40) geförderten Arbeitsmittels angeschlossen ist.
5. 5. Maschinengruppe bestehend aus einem Motor und einer ein fliessfähiges Arbeitsmittel fördernden Maschine, dadurch g ekennz ei chne t, dass die Maschine (40) über einen Drehzahlwandler (1) gemäss einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4 an den Motor (30) gekoppelt ist.

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