DE3031424C2

DE3031424C2 - Kühlanordnung für eine elektrische Maschine mit gasförmigem oder flüssigem Kühlmedium

Info

Publication number: DE3031424C2
Application number: DE19803031424
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. Fischer; Otto Dipl.-Ing. Haus; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Heimel; Wolfgang Kücken; Heinz Dr. Mertens; Hartmut Dr. Meyer; Rudolf V. Dipl.-Ing. Musil; Joachim Nitzschke; Franz-Josef Dipl.-Ing. Pollmeier; Karl-Heinz Saling; Wolfhard Schmatloch; Johannes Dipl.-Ing. Schneider; Wolfram Schrolle; Ulrich Schüler; Günter Selbiger; Axel 1000 Berlin Seume; Hermann Dr.rer.nat. 8521 Spardorf Stehr; Eike Dipl.-Ing. 1000 Berlin Triest
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-08-18
Filing date: 1980-08-18
Publication date: 1983-09-01
Also published as: DE3031424A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine, deren gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium des innenlt-iilkreises im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, beste», nd aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Wärmeaustausch mit dem Medium eines Außenkreises steht Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 16 13 203 bekannt Durch die Verwendung des Wärmepumpenkreises soll bei der bekannten Anordnung die Kühlung der Maschine intensiviert werden, indem einerseits das Kühlmittel des Innenkreises durch den Wärmetauscher im Verdampfer stark gekühlt wird und andererseits durch Anheben des Mediums des Wärmepumpenkreises durch den Verdichter auf höhere Temperaturen auch der Wärmeübergang vom Kondensator zum Außenkreis verbessert wird.

Weiterhin ist es aus der DD-PS 16 970 bekannt, zur Konstanterhaltung der Arbeitstemperatur von Wicklungen elektrischer Maschinen einen ein- oder mehrstufigen Wärmepumpenlcreis zwischen dem Außenkühlkreis der Maschine und einem mit dem Innenkühlkreis der Maschine über einen Wärmetauscher in Verbindung stehenden Zwischenkühlkreis zu schalten. Die Menge des in diesem Zwischenkühlkreis umlaufenden Kühlmedium? wird mittels thermischer und strom- oder leistungsabhängiger Regler so geregelt, daß auch bei höchster oder stark wechselnder Maschinenbelastung die entstehenden Wärmemengen über den Wärmepumpenkreis zum Außenkreis hin abgeführt werden können. Bei großen Lastabsenkungen wird dagegen der mit dem Innenkühlkreislauf in Verbindung stehende Wärmetauscher und der Zwischenkreislauf von dem Verdampfer des Wärmepumpenkreises getrennt und an den Kondensator des Wärmepumpenkreises gelegt. Durch die dann aufgenommene, von dem Wärmepumpenkreis und insbesondere dem Verdichter gelieferte Wärmemenge werden dann Temperaturänderungen bereits im Entstehen kompensiert oder, falls erwünscht überkompensiert

Bei der Kühlung elektrischer Maschinen war es ferner aus der GB-PS 8 97 375 bekannt mehrere parallel getrennte Kühlströme vorzusehen, von denen der eine die Leiter direkt durchströmt, der andere dagegen das Maschineninnere. Diese getrennten Innenkühlkreisläufe können mit unterschiedlichen Kühlmitteln versehen

ίο sein, dann erfolgt die Rückkühlung zum Außenkühlkreislauf über getrennte Wärmetauscher, oder bei Verwendung eines einheitlichen Kühlmediums wird dieses vor der Rückkühlung in einem einzigen Wärmetauscher wieder zusammengeführt Diese Maßnähme wird bei der bekannten Maschine vorgenommen, am insgesamt die Kühlung zu verbessern und nicht um in bestimmten Maschinenteilen optimale Betriebstemperaturen bei gleichzeitig stärkerer Kühlung der anderen beizubehalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl die Kühlung der Maschine zu intensivieren, als auch die für einige Bauteile der Maschine, wie z. B. Kommutatoren oder Schleifringe gegebenen optimalen Bedingungen zu berücksichtigen und einzuhalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung die Kühlanordnung der eingangs beschriebenen Art so ausgebildet daß die Maschine zwei oder mehrere parallele Innenkühlkreise aufweist, daß mindestens zwischen einem Innenkühlkreis und dem Außenkühlkreis zwei- oder mehrstufige Wärmepumpenkreise geschaltet sind und daß das Kühlmedium der weiteren Innenkühlkreise direkt dem Wärmetauscher der zweiten Stufe des Wärmepumpenkreises zugeleitet ist

Bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Kühlanordnung werden in bisher üblicher Bauweise zwei oder mehrere parallele Innenkühlkreise. in denen unterschiedliche Temperaturniveaus eingehalten werden, und der Außenkühlkreis beibehalten. Durch das Zwischen-

*> schalten von zwei- oder mehrstufig en Wärmepumpenkreisen zwischen dem jeweiligen innenkühlkreis und dem Außenkühlkreis kann man einerseits eine intensive Kühlung einiger Maschinenteile, insbesondere der, die sich im Betrieb am stärksten erhitzen, erhalten und

•»5 andererseits die optimalen Betriebstemperaturen bestimmter Maschinenteile, wie Kommutatoren oder Schleifringe, dadurch einhalten, daß in diesem Innenkühlkreis der Wärmeaustausch erst mit der zweiten Stufe des Wärmepumpenkreises erfolgt. Trotzdem ist

so auch hier die Wärmeabfuhr zum Außenkreis hin erleichtert und man hat außerdem die Möglichkeit, durch die Wahl kleinerer Teilstufen-Temperaturdifferenzen die erforderliche Verdichterleistung zu senken, wodurch in bestimmten Leistungsbereichen sich der erhöhte Aufwand durch die Wärmepumpenkreise verringert.

Zur Sicherung eines einwandfreien Betriebes der Wärmepumpenkreise beim Betrieb der elektrischen Maschine ist es zweckmäßig, die Verdichter aller Stufen gemeinsam von der elektrischen Maschine antreiben zu lassen, was direkt oder indirekt erfolgen kann.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Figur der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem durch Pfeile angedeuteten Innenkühlkreis 2, dessen Kühlmedium Luft ist, die im Innern der Maschine umläuft und dem ersten Rohrsystem 3 des Wärmetau-

schers 4 zur Rückkühlung zugeführt ist. In diesem Wärmetauscher 4 liegt der Verdampfer 5 der ersten Stufe 6 eines Wärmepumpenkreises, die außerdem noch den Verdichter 7, den Kondensator 8 und die Drossel 9 enthält. Der Kondensator 8 liegt im Wärmetauscher 10, dessen zweites Rohrsystem von dem Verdampfer 11 der zweiten Stufe 12 des Wärmepumpenkreises gebildet ist In dieser Stufe liegt außeixiem noch der Verdichter 13, der Kondensator 14 und die Drossel 15. Der im Wärmetauscher 16 angeordnete Kondensator 14 steht über das zweite Rohrsystem 17 des Wärmetauschers 16 mit dem Außenkreis 18 in Wärmeaustausch, der wiederum durch Pfeile angedeutet ist Durch das Vorsehen eines derartigen zweistufigen Wärmepumpenkreises zwischen dem einen innenkühlkreis 2 der Maschine 1 und dem Außenkreis 18 wird das Temperaturniveau des Innenkühlkreises 2 herabgesetzt und die Temperaturdifferenz im Außenkreis 18 vergrößert, so daß von den durch den Innenkühlkreis 2 erfaßten Teilen insgesamt mehr Verlustwärme abgeführt werden kann. Unter Umstär*den kann es zur Realisierung der gewünschten unterschiedlichen T^mperaturniveaus zweckmäßig sein, in den Stufen des Wärmepumpenkreises unterschiedliche Kühlmedien zu

verwenden.

Außer diesem hauptsächlichen Innenkühlkreis weist die elektrische Maschine 1 noch einen weiteren parallelgeschalteten Innenkühlkreis 19 auf, der z. B. über Bürsten und Kommutator geleitet ist und die für ihren optimalen Betrieb erforderlichen Temperaturwerte, die bestimmte Mindestwerte nicht unterschreiten dürfen, einstellen soll. Dieser Innenkühlkreis 19 ist unmittelbar an die zweite Stufe 12 des Wärmepumpenkreises angeschlossen. Dazu liegt im Wärmetauscher 10 ein weiteres Rohrsystem 20 des parallelen Innenkühlkreises 19, der somit ebenfalls im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer 11 der zweiten Stufe 12 des Wärmepumpenkreises steht. Der Verdampfer 11 nimmt mithin sowohl die Wärmemenge aus dem Kondensator 8 als auch die aus dem Rohrsystem 20 auf und leitet diese über den Verdichter 13 zum Kondensator 14, der im Wärmetauscher 16 liegt, dessen zweites Rohrsystem 17 vom Kühlmittel des Außenkreises 18 durchflossen ist. Eine derartig aufgebaute Kühlanordnung ermöglicht die Erhöhung der Ausnutzung der eleUrischen Maschine 1 bei gleichzeitiger Einhaltung bestimm.er Minimaltemperaturen von einzelnen, durch den Innenkühlkreis 19 erfaßten Teilen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlanordnung für eine elektrische Maschine, deren gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium des Innenkühlkreises im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Wärmeaustausch mit dem Medium eines Außenkreises steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (1) zwei oder mehrere parallele Innenkühlkreise (2, 19) aufweist, daß mindestens zwischen einem Innenkühlkreis (2) und dem Außenkühlkreis (18) zwei- (6, 12) oder mehrstufige Wärmepumpenkreise geschaltet sind und daß das Kühlmedium der weiteren Innenkühlkreise (19) direkt dem Wärmetauscher (10) der zweiten Stufe (12) des Wärmepumpenkreises zugeleitet ist

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeiokaet daß die Verdichter (7, 13) aller Stufen (6, 12) gemeinsam von der elektrischen Maschine (1) angetrieben werden.

3. Kühlanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (6,12) unterschiedliche Kühlmedien aufweisen.