DE29717128U1

DE29717128U1 - Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket

Info

Publication number: DE29717128U1
Application number: DE29717128U
Authority: DE
Original assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Current assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2007-09-26

Description

Anmelder:

System Antriebstechnik Dresden GmbH Niedersedlitzer Straße D-01257 Dresden

Erfinder:

Dipl.-Ing. (FH) Werner Anders Albert-Barthel-Straße D-01796 Pirna

Dr.-Ing. Rainer Laaß Birkenstraße 21 D-01169 Dresden

Vertreter:

ILBERG · WEIßFLOH Patentanwälte Am Weißiger Bach D-01474 Schönfeld-Weißig

Titel:

Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket

Dresden, den 23. September 1997

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket, die auf der A- und B-Seite miteinander und insgesamt zu einem Kühlmittelkreislauf verbunden sind.

Der höheren Wärmedichte wegen reicht für die Wärmeabfuhr aus größeren elektrischen Maschinen oftmals eine Eigenoder Fremdbelüftung nicht mehr aus und es muß auf eine Anordnung mit Kühlmittelkreislauf zurückgegriffen werden.

Hierzu ist es bereits bekannt, zwei Kühlmittelrohre aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, U-förmig zusammenzufassen und in Axialrichtung im Ständerfuß oder am Grunde der Ständernuten einer Außenläufermaschine einzugießen, wodurch Kühlmittelein-und austritt für den Anschluß an einen Kühlmittelkreislauf auf der gleichen Maschinenseite zu liegen kommen (DE 38 16 652 Al).

Ferner ist es für Maschinen, deren geblechte Ständer als tragendes Teil ausgebildet ist, bekannt, umfänglich im Ständer axiale Ausnehmungen für Kühlmittelleitungen vorzusehen. Die geraden Segmente der Kühlmittelleitungen werden beiderseits durch Umlenkbögen miteinander verbunden, welche axial mindestens teilweise außerhalb des Ständerpaketes angeordnet sind. Die Ständerbleche dieser Maschine haben einen kreisringförmigen Schnitt, weshalb die gesamte Ständerperipherie mit Durchbrüchen für die Kühlmittelrohre versehen werden kann, die jeweils mit identischen Umlenkbögen auf beiden Maschinenseiten miteinander verbunden

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werden können. Für die Zu- und Abführung sowie im Bereich der Auflager sind spezielle Bogenelemente vorgesehen, die außerhalb des Ständerblechprofils liegen. {DE 41 07 399 Al) . Als nachteiig muß empfunden werden, daß Bauhöhe und Baubreite der Maschine aufgrund der konzentrisch verteilten Rohrleitungen und der an den Auflagern herausgeführten Bogenelementen nicht optimal sind bzw. daß der Querschnitt des magnetisch aktiven Ständerblechs geschwächt wird.

Anordnungen, bei denen eine Kühlrohrwendel in das Maschinengehäuse eingegossen sind, vermeiden zwar mit Ausnahme des Zu- und Abgangs besondere Umlenkbögen, kühlen aber die Maschine nicht unmittelbar am Entstehungsort der Eisenverlustwärme und sind auf das Vorhandensein eines zusätzlichen Aluminium- oder Eisengußgehäuses angewiesen (DE 91 07 197 Ul) .

Weiterhin sind flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen bekannt, bei denen in das Gehäuse axiale Kühlkanäle unmittelbar gußtechnisch eingearbeitet werden. In die Lagerschilde auf der A- und B-Seite der Maschine sind des weiteren Umleitungen und Zu- und Abführstutzen eingegossen, die den Kühlmittelstrom lenken (DE 91 12 631 Ul, US 5 084 642 A, EP 0 560 993 Bl). Probleme bereiten hier insbesondere die Abdichtung zwischen dem Gehäusemantel und den Lagerschilden, abgesehen davon, daß auch hier nicht direkt das Ständereisen gekühlt wird.

Letztlich ist es auch bekannt, um einen im Querschnitt etwa kreisrunden Elektromotor ein Gehäuse in Form eines umschreibenden Quadrates zu legen und die freien Ecken mit axialen Kühlmittelrohren auszufüllen, wobei über die Art der stirnseitigen Verbindung der Kühlmittelrohre keine Angaben gemacht sind (DE 195 10 018 Al).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gehäuselose

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Drehstrommaschine der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß eine äußerst kompakte Bauweise und eine effektive Kühlung des Ständerblechpaketes und der Ständerwicklung bei zugleich aufwendungsreduzierter Herstellung, Wartungsarmut und Langlebigkeit der Maschine zu einer kostengünstigen, robusten Maschine mit hoher Leistungsdichte führen.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen geben die Unteransprüche an.

Indem die U-förmigen Kühlmittelrohre von einer Motorseite her jeweils in die Eckbereiche des Ständers eingeschoben werden, die ohnehin nicht oder nur unbeachtlich elektromagnetisch genutzt werden, können die Außenkonturen des Motors im wesentlichen auf die Konturen des quadratischen Ständeblechpaketes begrenzt werden. Auf der den U-Bögen der Kühlmittelrohre gegenüberliegenden Maschinenseite werden die Anschlußstutzen, die Eckverbindungsbögen zum Verbinden der Kühlmittelrohre zweier angrenzenden Eckbereiche und erforderlichenfalls die Umlenkbögen zum Verbinden zweier Kühlmittelrohre innerhalb jedes Eckbereichs montiert, was die Herstellung erleichtert. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Eckverbindungsbögen sowohl innerhalb des etwa quadratischen Ständerblechprofils als auch innerhalb des Lagerschildraumes dieser Maschinenseite stirnseitig um den Wickelkopf herum geführt sind. Erst damit gelingt es nämlich, die Kantenlänge des Ständerblechprofils im wesentlichen auf die elektromagnetisch aktive Ständerzone zu reduzieren und die elektromagnetisch nicht genutzten Gehäuseecken zur Aufnahme von Kühlmittelrohren heranzuziehen, wobei keine Verbindungen der Kühlmittellrohre von Ständerecke zu Ständerecke über die Quaderkontur der gehäuselosen Maschine stehen. Zusätzlich wird in vorteilhafter Weise die Ständerwicklung im Bereich des Wik-

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kelkopfes dieser Seite intensiv gekühlt, wobei die Kühlwirkung infolge der guten Leitfähigkeit von Kupfer oder Aluminium sich auf die gesamte Wicklung erstreckt.

In weiterer Ausgestaltung sind in jeden Eckbereich die U-förmige Kühlmittelrohre von einer Maschinenseite her eingeschoben und entsprechend auf der anderen Seite durch Umlenkbögen miteinander verbunden, wobei die noch freien Enden zu jeweils Eckverbindungsbögen und letztendlich zu einem Zuführ-bzw. einem Abführstutzen für den Anschluß an einen Kühlmittelkreis führen.

Nach einer weiteren Ausführung können auch die U-förmigen Kühlmittelrohre aus jeweils einem durchgängigen Rohr gebogen sein oder aus zwei gestreckten Rohren und jeweils einem Umlenkbogen zusammengesetzt sein.

In Fortbildung der Erfindung sind die zu verbindenden Rohrsegmente untereinander verlötet.

Des weiteren ist es für eine effektive Kühlung vorteilhaft, wenn die Eckverbindungsbögen im Bereich des Wikkelkopfes Kühlrippen tragen.

Ferner können in den äußeren Ecken der Ständerbleche zusätzlich Kühlluftfenster angeordnet sind, durch die z.B. mittels eines Lüfters zusätzlich Kühlluft geblasen wird.

Die erfindungsgemäße Drehstrommaschine kann in besonders vorteilhafter Weise als leistungsstarker Drehstromasynchronmotor ausgeführt sein, von dem auch im Stillstand das volle Drehmoment abverlangt werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

-&bgr; - 297040DE 6(li;

Fig. 1 ein etwa quadratisches Ständerblech eines Motors, Fig. 2 die B-Seite des Motors bei abgenommenem Lagerschild,

Fig. 3 die &Agr;-Seite des Motors bei abgenommenem Lagerschild und

Fig. 4 einen Schnitt A-A der &Agr;-Seite nach Fig. 3 und Fig. 5 die Ansichten eines Eckverbindungsbogens.

In ein annähernd quadratisches Ständerblech 1 (Fig. 1) eines gehäuselosen Drehstromasynchronmotors sind zusätzlich zur zentralen, mit Nuten 2 für die Ständerwicklung - deren Wickelköpfe 3, 17 in den nachfolgenden Figuren 2 bis 4 zu sehen sind - versehenen Ronde 4 für einen nicht näher dargestellten Rotor je Eckbereich ein Kühlluftfenster 5, zwei Aussparungen 6 für nicht näher dargestellte Spannbolzen zum Verspannen der Ständerbleche 1 über Preßrahmen 7 zu einem Ständerblechpaket 8 und vier Aussparungen 9 für noch näher zu beschreibende Kühlmittelrohre 11 gestanzt.

In Fig. 2 sind die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Bauteile - von der B-Seite des Motors aus gesehen - dargestellt. Das erste Ständerblech 1 des Ständerblechpaketes 8 wird zum größten Teil von einem Preßrahmen 7 überdeckt, dessen Aussparungen 10 in den Eckbereichen die Kühlluftfenster 5 sowie die Aussparungen 9 für U-förmig gebogene Kühlmittelrohre 11 freilassen, welche von dieser Seite her bis zum Umlenkbogen 12 in die Aussparungen 9 der Ständerbleche 1 eingeschoben sind. Im Beispiel sind in einen Eckbereich jeweils zwei U-förmige Kühlmittelrohre 11 untergebracht, die von der B-Seite der Maschine eingeschoben sind. Der U-Bogen der Kühlmittelrohre 11 ist durch Biegen eines durchgehenden Rohres hergestellt.

Auf der &Agr;-Seite des Motors, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, sind die angrenzenden Schenkel der U-förmi-

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gen Kühlmittelrohre 11 jeweils über einen Umlenkbogen 13 verbunden. Auf der Motoroberseite sind die Innenschenkel der inneren U-förmigen Kühlmittelrohre 11 um Anschlußstutzen 14, 15 ergänzt, an die ein nicht näher ausgeführter äußerer Kühlmittelkreislauf angeschlossen wird.

Die übrigen offenen Enden der Kühlmittelrohre 11 sind miteinander über speziell geformte Eckverbindungsbögen 16 verbunden, wodurch insgesamt ein Reihen-Kühlkreislauf gebildet wird. Zur Vergrößerung der Kühlfläche werden bei Bedarf an den Eckverbindungsbögen 16 Rippen 19 angebracht, vorzugsweise durch Löten oder Punktschweißen. Es ist selbstverständlich im Rahmen der Erfindung möglich, durch entsprechende Verbindungen und Anschlußstutzen auch eine Parallelschaltung oder kombinierte Reihen-ParallelSchaltung von Kühlmittelrohren zu realisieren.

Die Eckverbindungsbögen 16 sind - bezogen auf das Schnittbild der Ständerbleche 1 - so geformt, daß sie innerhalb der Konturen der Ständerbleche 1 liegen, also weder nach außen noch nach innen hin überstehen und im wesentlichen in Achsrichtung gesehen - vor dem Wickelkopf 17 der A-Seite des Motors angeordnet sind und diesen somit zusätzlich kühlen.

Zur Verdeutlichung ist hierzu in Fig. 4 der Schnitt A-A nach Fig. 3 dargestellt. Das Ständerblechpaket 8 wird von Kühlmittelrohren 11 durchsetzt, deren einer Rohrschenkel im Schnitt dargestellt ist. An das offene Ende dieses sichtbaren Schenkels des ü-förmigen Kühlmittelrohres 11 ist ein Eckverbindungsbögen 16 aufgelötet, der innerhalb des Profils des Ständerbleches 1 um den Wickelkopf 17 der Ständerwicklung so geführt ist, daß der Eckverbindungsbögen 16 vollständig innerhalb des Lagerschildes 18 untergebracht ist, das am Preßrahmen 7 ansetzt. Bedingt durch die gewählte Biegeform kühlt der Eckverbindungsbögen 16 über

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nahezu seine gesamte Länge die Stirnseite des Wickelkopfes 17, wobei die Kühlrippen 19 in diesem Bereich die Kühlwirkung noch verstärken.

In Fig. 5 ist die Geometrie eines Eckverbindungsbogens 16 ohne Kühlrippen in seinen drei Ansichten dargestellt. Wie insbesondere aus dieser Darstellung deutlich wird, ist der Eckverbindungsbogen 16 in allen drei Raumrichtungen gebogen.

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Bezugszeichenliste

Ständerblech 1

Nut im Ständerblech 2

Wickelkopf der B-Seite 3

Ronde im Ständerblech 4

Kühlluftfenster 5

Aussparung für Spannbolzen 6

Preßrahmen 7

Ständerblechpaket 8

Aussparung für Kühlrohre 9

Aussparung im Preßrahmen 10

Kühlmittelrohr 11 Umlenkbogen auf der B-Seite 12 Umlenkbogen auf der A-Seite 13

Anschlußstutzen 14

Anschlußstutzen 15

Eckverbindungsbogen 16

Wickelkopf der A-Seite 17

Lagerschild 18

Kühlrippe 19

Claims

- 10 - 297040DE 10(11) Ansprüche

1. Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket, die auf der A- und B-Seite miteinander und zu einem Kühlkreislauf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Maschinenseite her in die Eckbereiche des Ständerblechpaketes (8) U-förmig hergerichtete Kühlmittelrohre (11) eingeschoben sind, daß auf der gegenüberliegenden Maschinenseite die Anschlußstutzen (14, 15), Eckverbindungsbögen (16) zum Verbinden der Kühlmittelrohre (11) zweier angrenzender Eckbereiche und erforderlichenfalls Umlenkbögen (13) zum Verbinden zweier Kühlmittelrohre (11) innerhalb jedes Eckbereichs angeordnet sind und daß die Eckverbindungsbögen (16) sowohl innerhalb des Ständerblechprofils (1) als auch innerhalb des Lagerschildes (18) dieser Maschinenseite stirnseitig um den Wickelkopf (17) herum geführt sind.

2. Gehäuselose Drehstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Kühlmittelrohre (11) aus einem durchgehenden Rohr gebogen ist.

3. Gehäuselose Drehstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Kühlmittelrohre (11) aus zwei gestreckten Rohren und einem Umlenkbogen (13) zusammengesetzt sind.

4. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der A- bzw. B-Seite der Maschine drei Eckverbindungsbögen (16), zwei Anschlußstutzen (14, 15) und n-4 Umlenkbögen (13) angeordnet sind, wobei &eegr; die durch vier teilbare Anzahl aller U-förmigen Kühlmittelrohre (11) bezeichnet.

5. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrseg-

- 11 - 297040DE 11(11)

mente untereinander verlötet sind.

6. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kühlrippen (19) an den Eckverbindungsbögen (16).

7. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Ecken der Ständerbleche (1) zusätzlich Kühlluftfenster (5) angeordnet sind.

8. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Drehstromasynchronmotor.