DE3031420A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
DE3031420A1
DE3031420A1 DE19803031420 DE3031420A DE3031420A1 DE 3031420 A1 DE3031420 A1 DE 3031420A1 DE 19803031420 DE19803031420 DE 19803031420 DE 3031420 A DE3031420 A DE 3031420A DE 3031420 A1 DE3031420 A1 DE 3031420A1
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DE
Germany
Prior art keywords
stator core
compressor
primary coolant
heat pump
pump circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19803031420
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Jörg Dr. Hammer
Joachim 8520 Erlangen Lubos
Karl-Heinz Saling
Johannes Dipl.-Ing. Schneider
Eike Dipl.-Ing. Triest
Günter Dipl.-Ing. 1000 Berlin Woydt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE3031420A1 publication Critical patent/DE3031420A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

  • Elektrische Maschine
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung einer elektrischen Maschine der eingangs beschriebenen Art zu intensivieren, um die Ausnutzung der Maschine zu verbessern.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 5 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Elektrische Maschine mit einem abgedichteten Maschinengehäuse, in dessen Innenraum ein über Ständerblechpaket, Luftspalt, Läufer und Wickelkopf geführter Kühlkreis eines Primärkühlmittels vorgesehen ist, der zu einem Wärmetauscher führt, in dem das Primärkühlmfttel von dem Sekundärkühlmittel rückgekhhlt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das rückgekühlte Primärkühimittel dem abgedichteten Ständerblechpaketrücken (5) zugeführt ist, der als Drossel eines einstufigen, an sich bekannten geschlossenen, aus Verdampfer (4), Verdichter (7), Kondensator (8) und Drossel (5) bestehenden einstufigen Wärmepumpenkreises (6) ausgebildet ist, daß das PrimärkEhlmittel in den Kühlkanälen (4) des Ständerblechpaketes (3) verdampft, über Luftspalt (11), Läufer (12) und Wickelkopf (13) verläuft und einem Verdichter (7) zugeführt wird, dem der in dem Wärmetauscher(9) liegende Kondensator (8) nachgeschaltet ist.
  2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wärmetauscher (9) und der Verdichter (7) außerhalb des Maschinengehäuses (2) liegen.
  3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der vom Primärkühlmittel durchflossene Kondensator (8) mit der Außenfläche des Maschinengehäuses (18,' in Verbindung steht, die von dem äußeren Sekundärkühlmittel umflossen ist.
  4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, d a d u r c h -g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator (8) gegen den Innenraum (io) des Maschinengehäuses (18) mit einer Wärmeisolierung (22) versehen ist.
  5. 5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdichter(7) direkt oder indirekt von der Maschine (1) angetrieben ist.
DE19803031420 1980-08-18 1980-08-18 Elektrische maschine Withdrawn DE3031420A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5004944A (en) 1985-12-23 1991-04-02 Unique Mobility, Inc. Lightweight high power electromagnetic transducer
US5319844A (en) 1985-12-23 1994-06-14 Unique Mobility, Inc. Method of making an electromagnetic transducer
DE102018215573A1 (de) * 2018-09-13 2020-03-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Statorkühlung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5004944A (en) 1985-12-23 1991-04-02 Unique Mobility, Inc. Lightweight high power electromagnetic transducer
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DE102018215573A1 (de) * 2018-09-13 2020-03-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Statorkühlung

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