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Elektrische Maschine
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem
abgedichteten Maschinengehäuse, in dessen Innenraum ein über Ständerblechpaket,
Luftspalt, Läufer und Wickelkopf geführter Kühlkreis eines Primärkuhlmittels vorgesehen
ist, der zu einem Wärmetauscher führt, in dem das Primärkühlmittel von dem Sekundärkühlmittel
rückgekuhlt wird. Elektrische Maschinen mit derartigem Kühlkreis sind aus den Empfehlungen
der IEC (International Electrotechnical Commission), Teil 6 "Kühlarten umlaufender
Maschinenn IEC-Publikation 34-6, 1. Ausgabe 1969, VDE-Verlag unter den Kennziffern
5 bis 9 beschrieben. Hier wird die elektrische Maschine durch einem im Innenraum
des Gehäuses in einem geschlossenen Kreislauf umlaufendes- Primärkühlmittel gekühlt,
für dessen Rückkühlung ein Wärmetauscher vorgesehen ist, über den auch das Sekundärmittel
geleitet ist. Die Anordnung des Wärmetauschers kann in verschiedener Weise durchgeführt
sein, dieser kann einen Bestandteil der Maschine bilden oder auch von ihr unabhängig
sein und unmittelbar an sie angebaut oder getrennt von ihr aufgestellt sein.
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Weiterhin ist es aus der DE-PS 954 818 bekannt, den Innenkühlkreis
einer elektrischen Maschine mit einem Wärmepumpenkreis zu koppeln, um die Verlustwärme
der Maschine durch Speisung eines Verbrauchers zwecks Raumheizung oder Warmwasserversorgung
auszunutzen. Der geschlossene wärmepumpenkreis besteht aus Verdampfer, Verdichter,
Kondensator und Drossel. Sein Verdampfer befindet sich bei der bekannten Anordnung
in unmittelbarem oder mittelbarem Wärmeaustausch
mit dem Primärkühimittel
des Innenkuhlkreises der elektrischen Maschine, sein Kondensator liegt in einem
Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium des Außenkreises. Das Kühlmedium des Wärmepumpenkreises
nimmt in der Maschine aus dem Primärkühlmittel über den Verdampfer die für seine
Verdampfung notwendige Wärme auf. Das gasförmige Kühlmedium wird dann von einem
Verdichter angesaugt und verdichtet und somit auf eine im Vergleich zur Verdampfungstemperatur
höhere Temperatur gebracht. Im Kondensator wird es dann unter Abgabe seiner Verdampfungs-
und Kompressionswärme wieder verflüssigt, wodurch das Kühlmedium des Außenkreises
auf das gewünschte Temperaturniveau zurVersorgung des Verbrauchers gehoben wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung einer elektrischen
Maschine der eingangs beschriebenen Art zu intensivieren, um die Ausnutzung der
Maschine zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die elektrische Maschine gemäß der Erfindung
so ausgebildet, daß das rückgekühlte Primärkühlmittel dem abgedichteten Ständerblechpaketrücken
zugeführt-ist, der als Drossel eines einstufigen, an sich bekannten geschlossenen,
aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel bestehenden einstufigen Wärmepumpenkreises
ausgebildet ist, daß das Kühlmedium in Kühlkanälen des -5tänderblechpaketes verdampft,
über Luftspalt, Läufer und Wickelkopf verläuft und einem Verdichter zugeführt wird,
dem der in dem Wärmetauscher liegenden Kondensator nachgeschaltet ist. Der Innenkühlkreis
im Innenraum der elektrischen Maschine ist also als Wärmepumpenkreis ausgebildet.
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Dabei dient der abgedichtete Ständerblechpaketrücken, dem das rückgekühlte
Primärkühlmittel zugeführt ist, als Drossel und das Ständerblechpaket mit seinen
Kühlkanälen dient als Verdampfer, da das Kühlmedium in diesen Kühlkanälen des Ständerblechpaketes
verdampft. In allen vom verdampfenden Primärkühlmittel berührten Teilen herrscht
somit die
konstante Verdampfungstemperatur, die auf einem beliebig
tieferen Niveau als mit den bisher bekannten Kühlverfahren gehalten werden kann.
Das verdampfte Kühlmittel wird dann über den Luftspalt dem Läufer zugeführt, wobei
unter Umständen innerhalb des Luftspaltes noch eine Restverdampfung stattfinden
kann. Durch die Ausbildung des Ständerblechpaketes als Drossel und als Verdampfer
des Wärmepumpenkreises erhält man den Vorteil, daß die Verlustwärme der Maschine
benachbart zu ihrem Entstehungsort abgeführt wird, wobei die Wärmeaufnahmefähigkeit
des verdampfenden Primärkühlmittels sehr groß ist. Der Läufer der Maschine wird
dagegen durch Oberflächenkühlung durch das verdampfende und bereits verdampfte Primärkühlmittel
gekühlt, für das sich ein Zwangsumlauf einstellt. Es wird dann durch den Verdichter
aus dem Wickelkopfrcum abgesaugt und komprimiert auf höherem Temperaturniveau dem
im Wärmetauscher liegenden Kondensator zugeführt.
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Eine derartige Kühlung läßt sich mit Vorteil bei gekapselten elektrischen
Maschinen einsetzen, wie z. B. Blindleistungsmaschinen, wobei der Verdichter und
der Wärmetauscher außerhalb des Maschinengehäuses angeordnet sein können. Ein weiteres
Anwendungsgebiet sind vollgekapselte, oberflächengekühlte Stromerzeuger für heiße
Umgebung, bei denen mit Vorteil der vom Primärkühlmittel durchflossene Kondensator
mit der Außenfläche des Masdiinengehäuses in Verbindung steht, die von dem Sekundärkühlmittel
umflossen ist. Dies ist auch bei Wasserkraft-Innenrohrgeneratoren anwendbar.
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Es empfiehlt sich in diesem Fall, den Kondensator gegen den Innenraum
des Maschinengehäuses mit einer Wärmeisolation zu versehen. Desgleichen s ollten
Gehäuseflächen der Maschine mit einer Wärmeisolation versehen werden, wenn die Außentemperatur
dort über der Innentemperatur liegt.
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Um das Wirksamwerden des Wärmepumpenkreises während des Betriebes
der elektrischen Maschine zu garantieren, ist es
vorteilhaft, daß
der Verdichter direkt oder indirekt von der elektrischen Maschine angetrieben ist.
Dadurch ist sichergestellt, daß die elektrische Maschine nicht in Betrieb genommen
werden kann, ohne daß gleichzeitig der Verdichter arbeitet.
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Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 und 2
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen
jeweils schematisch dargestellte Längsschnitte der elektrischen Maschine mit dem
Aufbau ihres Innenkuhlkreises. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszahlen
beibehalten.
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Fig. 1 zeigt eine als Blindleistungsmaschine arbeitende elektrische
Maschine 1 mit einem abgedichteten vollgekapselten Gehäuse 2. Im Ständerblechpaket
3 sind Kühlkanäle 4 vorgesehen und der Ständerblechpaketrücken 5 ist abgedichtet.
Der Innenkühikreis 6 der Maschine 1 ist als Wärmepumpenkreis ausgebildet, er verläuft
zum Teil außerhalb des Gehäuses 2. Dort befinden sich der Verdichter 7 und der Wärmetauscher
9 mit dem Kondensator 8. Bei dem im Innenraum 10 der Maschine verlaufenden Teil
des Wärmepumpenkreises 6 übernehmen der abgedichtete Ständerblechpaketrücken 5 die
Funktion der Drossel und die Kühlkanäle 4 die Funktion des Verdampfers. Das im Kondensator
8 rückgekühlte, wieder verflüssigte Primärkühlmittel wird dem abgedichteten Ständerblechpketrücken
5 zugeleitet und tritt dort in die Kühlkanäle 4 über. Die Abmessungen der Kühlkanäle
4sind so gewählt, daß die Verdampfung am Ständerblechpaketrücken 5 beginnt, sich
in Richtung auf den Luftspalt 11 fortsetzt und in diesem abschließt. Ein Teil des
jetzt gasförmigen Primärkühlmittels wird durch die Rotation des Läufers 12 zu diesem
abgesaugt und über nicht dargestellte Kühlkanäle im Läufer 12 wieder dem Luftspalt
11 zugeführt, so daß ein kurzgeschlossener Kühlkreis für die Abfuhr desr Läuferverlustwärme
entsteht, der durch Pfeile
angedeutet ist. Ein anderer Teil des
PrimäTokühlmittels verläuft über den Wickelkopf 13 der Ständerwicklung 14 und tritt
über die Kammern 15 an der Mantelfläche des Gehäuses 2 in die Zuleitung 16 zum Verdichter
7 über, von dem das Primärkühlmittel angesaugt wird. Im Wärmetauscher 9 wird das
komprimierte Primärkühlmittel dann im Kondensator 8 rückgekuhlt und gibt seine Kompressions-
und Kondensationswärme an das im zweiten Rohrsystem 17 befindliche Sekundärkühlmittel
ab.
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Als anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 ein Wasserkraft-Innenrohrgenerator
dargestellt. Hier ist die elektrische Maschine 1 in einem Außenrohr 18 angeordnet,
das vom Wasser umspült ist, das somit das Sekundärkühlmittel bildet.
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Weiterhin ist noch ein zusätzliches Gehäuse 2 der Maschine 1 vorgesehen,
das in erster Linie als Funktion die Begrenzung des für den Umlauf des gasförmigen
Primärkühlmittels bestimmten Raumes hat. Auch hier ist der Innenkühlkreis der Maschine
1 als Wärmepumpenkreis 6 ausgebildet, desen Ver dichter 7 über ein Getriebe 19 von
der Welle 20 der Maschine 1 angetrieben wird. Dem Verdichter 7 ist der Kondensator
8 nachgeschaltet, der als doppelwandiger Mantelraum des Außenrohres 18 ausgebildet
ist, so daß das Primärkühlmittel durchdas das Außenrohr 18 umströmende Wasser rückgekühlt
ist und sich wieder verflüssigt. Der Kondensator 8 ist gegen den Innenraum 10 des
Maschinengehäuse 18 mit einer Wärmeisolierung 22 versehen, um einen Wärmeflußkurzschluß
zu verhindern. Das Primärkühlmittel wird dann dem abgedichteten Ständerblechpaketrücken
5 der Maschine zugeführt, der die Funktion der Drossel des Wärmepumpenkreises 6
übernimmt. Dort tritt es in die Kühlkanäle 4 des Ständerblechpaketes 3 über, in
denen die Verdampfung des Primärkühlmittels stattfindet, die sich bis in den Luftspalt
11 fortsetzen kann. Das gasförmige Primärkühlmittel läuft zum Teil in einem Kurzschlußkreis
über den Läufer 12 angeregt
durch dessen Rotation um und ein weiterer
Teil läuft über die Wickelköpfe 13 der Ständerwicklung 14 und wird radial oberhalb
an den Stellen 21 über die Zuleitungen 16 vom Verdichter 7 abgesaugt.
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5 Patentansprüche 2 Figuren