DE4243044C2 - Wechselrichter-Motorkombination - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit integrier­ tem Wechselrichter, speziell eine Wechsel­ richter-Motorkombination, bei der ein Wechselrichter einheitlich mit einem Elektromotor kombiniert ist, so daß der Gesamtaufbau kompakt ist.

Aus der EP-0 456 169 A1 ist ein Elektromotor mit einem Motorgehäuse bekannt, wobei ein Klemmenkasten mit darin angeordnetem Leistungsteil eines Frequenzumrichters an der Gehäuseaußenseite angeordnet ist. Die innerhalb des Leistungsteils entstehende Abwärme wird durch eine Öff­ nung im Klemmenkasten an der Unterseite abgeführt, so daß mittels eines an der Gehäuseaußenseite des Motors 2 geführten Luftstroms gleichzeitig auch der Leistungs­ teil des Frequenzumrichters kühlbar ist.

Aus der DE-36 42 724 A1 ist eine weitere Wechselrich­ ter-Motorkombination bekannt, bei der ein Wechselrich­ ter in einem Klemmenkasten in einem gewissen Abstand über einem von einem Lüftergehäuse umgebenen Motorge­ häuse angeordnet ist, so daß ein freier Zwischenraum entsteht, durch den ein mittels eines an einem Ende der Motorwelle angebrachten Gebläses erzeugter Kühlluft­ strom fließen kann, um dadurch die Abfuhr der im Klem­ menkasten erzeugten Verlustwärme zu verbessern. Bei diesem Motor sind Statorkern und Rotor in dem Motorge­ häuse vollständig gekapselt, so daß der Kühlluftstrom lediglich außen um das Motorgehäuse herum geführt wird. Eine Kühlung des Klemmenkastens wird desweiteren da­ durch bewirkt, daß zusätzlich ein Kühlmittel durch den Klemmenkasten geleitet wird. Außerdem sind an der Ober­ seite des Klemmenkastens Kühlrippen zur Unterstützung der Wärmeabfuhr durch Konvektion vorgesehen.

Schließlich ist auch noch aus der DE-89 00 917 U1 eine Wechselrichter-Motorkombination bekannt, bei der im Statorblechpaket Lüftungsöffnungen vorgesehen sind, durch welche ein mittels eines an der Motorwelle ange­ brachten Gebläses erzeugter Kühlluftstrom über einen Gebläsedeckel und an diesem vorgesehene Luftleitrippen hindurchgeleitet wird. Bei diesem Motor ist die Motor­ welle in einem Gießharzteil gelagert, in welchem die Statorwicklung sowie deren beide Wickelköpfe vollstän­ dig eingebettet sind. Das Gießharzteil ist in eine Mit­ telbohrung des Statorblechpakets eingesetzt. Außerdem ist der Wechselrichter dieses Motors nicht durch den Luftstrom kühlbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechselrichter-Motorkombination in Vorschlag zu bringen, bei der ein Elektromotor und ein Wechselrich­ ter in der kompakt aufgebauten Wechselrichter-Motorkom­ bination mittels eines gemeinsamen Gebläses effektiv gekühlt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Wechselrichter-Motorkom­ bination gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhaf­ te Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung des Aufbaus einer Wechselrichter-Motorkombina­ tion gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Dar­ stellung der Ausgestaltung wesentlicher Teile der Wechselrichter-Motorkombination gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Anschlußzustands elektri­ scher Zuleitungen von Motor und Wechselrichter bei der erfindungsgemäßen Wechselrichter-Motor­ kombination bei entferntem Gebläsedeckel,

Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspek­ tivische Teildarstellung zur Veranschaulichung eines Anschluß- oder Verbindungszustands von Motor und Wechselrichter bei der erfindungsge­ mäßen Wechselrichter-Motorkombination,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Statorkerns bei der Wechselrichter-Motorkombination,

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Halterung der Wechsel­ richter-Motorkombination,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Zusammenbau­ zustands von Halterungen bei der Wechselrich­ ter-Motorkombination und

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Veranschauli­ chung eines Kühlluftstroms bei der erfindungs­ gemäßen Wechselrichter-Motorkombination.

Die erfindungsgemäße Wechselrichter-Motorkombination wird gemäß Fig. 1 durch Anbau eines einen Motor ansteuernden Wechselrichters 20 an einem Motor(haupt)teil oder -körper 11 zusammenge­ setzt. An der Vorderseite einer Antriebswelle 34 sind ein Gebläsedeckel 35 und ein Gebläse 9 angeordnet. Ein Lager 51 zur Lagerung eines Rotors 37 gegenüber einem Stator 36 sowie Halterungen 12, 13 zur Halte­ rung des Stators 36 sind um letzteren herum rückwärts vom Gebläse 9 angeordnet.

An den beiden Seitenflächen der lastseitigen Halterung 12 und der Halterung 13 an der lastfreien Seite des Motorteils 11 sind Befestigungsansätze oder -angüsse 14, 15 einer vorbestimmten Höhe angeformt. Eine Motor­ hauptstromkreis-Zuleitung 16 und eine Kondensator-Zulei­ tung 17 sind jeweils aus einer Zuleitung-Herausführöff­ nung 11′ an der Oberseite nach außen geführt. An den En­ den dieser Zuleitungen 16 und 17 sind jeweils Anschlüs­ se (oder Steckverbinder) 18 bzw. 19 angebracht.

Eine Abstrahl- oder Kühlerplatte 22 mit einer Vielzahl von senkrecht davon abstehend angeformten Kühlrippen 21 ist mit Hilfe von Befestigungsschrauben 23, 23′ am Wechselrichter 20 der erfindungsgemäßen Wechselrichter- Motorkombination befestigt. In den beiden Seitenwänden 24, 24′, die in lotrechter Richtung (abwärts) länger als die Kühlrippen 21 der Kühlplatte 22 und parallel dazu ausgebildet sind, sind Schraubenbohrungen 25, 25′ geformt.

Gemäß Fig. 6 sind auf beiden Seiten der Kühlplatte 22 jeweils Schlitze bzw. Aussparungen 26, 26′ ausgebildet. Auf beiden Seiten der Unterseite einer primären Basis­ platte oder -platine 27 des Aufbaus des Wechselrichters 20 sind Steckfassungen 28, 29 angebracht, mit denen die Anschlüsse (Steckverbinder) 18, 19 der Hauptstromkreis­ zuleitung 16 des Motorteils 11 und der Kondensator-Zu­ leitung 17 durch die Aussparungen 26, 26′ hindurch verbindbar sind.

Die Seitenwände 24, 24′ der am Wechselrichter 20 befe­ stigten Kühlplatte 22 sind am Motorteil 11 mittels Be­ festigungsschrauben 30, 30′, welche Schraubenbohrungen 25, 25′ durchsetzen, befestigt. Zwischen den Wechsel­ richter 20 und die Schraube(n) 23 zur Anbringung der Kühlplatte 22 am Wechselrichter 20 sind Unterleg-Schei­ ben 31, 31′ eingesetzt. Zwischen die beiden Seitenwände 24, 24′ der Kühlplatte 22 und die Befestigungs-Angüsse 14, 15 des Motorteils 11 sind jeweils Gummi-Dämpferele­ mente 32, 32′ für elastische Verbindung der Baueinhei­ ten eingefügt. Weiterhin sind Unterleg-Scheiben 33, 33′ jeweils zwischen die Schrauben 30, 30′ für die Befesti­ gung der Kühlplatte 22 und die Seitenwände 24, 24′ der Kühlplatte 22 zwischengefügt.

Die dargestellte Anordnung umfaßt ferner eine sekundäre Basisplatte oder -platine 38, einen Regelknopf 39 und eine Schraubenbohrung 40.

Gemäß Fig. 3 weist der Motor(haupt)teil 11 eine im we­ sentlichen sechsflächige bzw. sechseckige Körper-Quer­ schnittsform auf, so daß er einfach mit dem Wechselrich­ ter 20 verbindbar ist. Ein Kondensator 41 für Filterung an der Direktkopplungs- bzw. -gleichspannungsstufe des Wechselrichters 20 und ein Entladungswiderstand 42 zum Entladen einer bei Drehzahlminderung induzierten Span­ nung sind an der Außenfläche der Nichtlastseite befestigt. Der Filterkondensator 41 und der Entladungs­ widerstand 42 sind über einen Verbinder oder Anschluß 43 mit der Grundplatte oder -platine 27 des Wechselrich­ ters 20 verbunden.

Gemäß Fig. 5 weist ein erfindungsgemäßer Statorkern 50 Steckbohrungen 55 für das Aufsetzen des Stator­ kerns und in jedem Eckabschnitt ausgebildete Belüftungs­ öffnungen 54 für Kühlzwecke auf. An der Eckfläche sind eine abgerundet ausgeführte Halterungsbefestigungsflä­ che 53 und Schrauben(durchführ)öffnungen 52, 53a für den Zusammenbau der Halterungen 12, 13 geformt. Bei der Ausführung nach Fig. 5 sind Schraubenöffnungen oder -ausnehmungen 53a in halbkreisförmiger Ausgestaltung an zwei abgerundeten Halterungsbefestigungsflächen ge­ formt, während eine entsprechende halbkreisförmige Schraubenöffnung oder -ausnehmung 52 an der Unterseite ausgebildet ist. Die mit dem Statorkern 50 fest zu ver­ bindenden Halterungen 12, 13 vermögen ersteren gemäß Fig. 6 aufzunehmen, weil die Kernbefestigungsfläche(n) 13b zum Aufnehmen der Halterungsbefestigungsfläche(n) 53 des Statorkerns 50 an den Eckabschnitten der Halte­ rungen 12, 13 mit je einer Ausrundung ausgebildet ist (sind). Jede Kernbefestigungsfläche 13b zum Aufnehmen (oder Einsetzen) der jeweiligen Halterungsbefestigungs­ fläche 53 ist an den vier Eckabschnitten der Halterung 13 vorspringend ausgebildet, so daß der Kern in diese Eckabschnitte eingesetzt und mit deren Innenseiten ver­ bunden werden kann. An bzw. in jeder Ecke der Halterung 13 sind Belüftungsöffnungen für Kühlzwecke geformt.

Im folgenden sind Arbeits- und Wirkungsweise der erfin­ dungsgemäßen Wechselrichter-Motorkombination mit dem beschriebenen Aufbau erläutert.

Zunächst werden in einem Zustand, in welchem die Kühl­ platte 22 mittels der Schrauben 23, 23′ am Wechselrich­ ter 20 befestigt ist (vgl. Fig. 3 und 4), die mit den Enden der Hauptstromkreis-Zuleitung 16 und der Konden­ sator-Zuleitung 17 des Motorteils 11 verbundenen An­ schlüsse (Steckverbinder) 18, 19 zur elektrischen Ver­ bindung von Motorteil 11 und Wechselrichter 20 ange­ schlossen, worauf die Kühlplatte 22 mittels der Schrau­ ben 30, 30′ am Motorteil 11 angebracht wird, wonach der Zusammenbau abgeschlossen ist.

Wenn bei zusammengebauter Wechselrichter-Befestigungs­ vorrichtung der Wechselrichter-Motorkombination eine Frequenzeinstellung mittels des Regelknopfes 39 des an der Oberseite des Motorteils 11 montierten Wechselrich­ ters 20 erfolgt, wird aufgrund der elektrischen Verbin­ dungsanordnung nach Fig. 4 zwischen Motorteil 11 und Wechselrichter 20 eine Spannung an die Seite des Motor­ teils 11 angelegt und damit der Rotor 34 gemäß dem Rota­ tionsprinzip eines normalen Induktionsmotors mit einer Drehzahl entsprechend der jeweiligen Spannung und Fre­ quenz in Drehung versetzt.

Da hierbei die Kühlplatte 22 an der Unterseite des Wech­ selrichters 20 angebracht ist, kann die im Motorteil 11 erzeugte Wärme durch die Kühlrippen 21 an der Kühlplat­ te 22 effektiv abgeführt werden; da ferner die Gummi- Dämpferelemente 32, 32′ zwischen die beiden Seitenwände 24, 24′ der Kühlplatte 22 eingefügt sind, werden Schwin­ gung und Geräusch absorbiert bzw. unterdrückt.

Im folgenden ist anhand der Fig. 5 bis 7 eine Anordnung zum Befestigen von Statorkern 50 und Halterung 13 be­ schrieben. Um beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Motors eine Luftspaltungleichmäßigkeit zu vermeiden, erfolgt das Aufsetzen des Kerns 50 durch Auf­ stecken über die im Kern vorgesehenen Steckbohrungen 55. Die bzw. jede Halterungsbefestigungsfläche 53 wird in die entsprechende (angepaßte) Fläche der Halterung 13, d. h. die Befestigungsfläche 13b, eingeführt und dann mittels der Schraube(n) 49 und Mutter(n) 50′ über die Schraubenbohrung(en) 13c der Halterung 13 und die Schraubenöffnung(en) 52, 53a des Kerns 50 zusammengebaut, wodurch die Halterungen 12, 13 und der Stator 36 gegen­ einander befestigt werden. Damit wird ein Luftspalt durch die Kernbefestigungsfläche(n) 13b der Halterung und die Halterungsbefestigungsfläche(n) 53 des Kerns 50 festgelegt. Da die Mutter 49, 50′ lediglich zur Lagenbestim­ mung oder -festlegung von Statorkern 50 und Halterungen 12, 13 dient, kann auch die Schrauben(durchführungs)öff­ nung 13c bei der Konstruktion des Kerns halbkreisförmig ausgelegt werden. Da hierbei ferner eine Mindestzahl von drei (Befestigungselementen) ausreicht, kann ein Einfluß auf den Magnetkreis des Stators minimiert sein.

Die Belüftungsstruktur für das Kühlen der Wechselrich­ ter-Motorkombination gemäß der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt. Die bei der Drehung des durch die Antriebs­ welle 34 angetriebenen Gebläses 9 durch den Gebläse­ deckel 35 angesaugte Luft kühlt den Filterkondensator 41 und den Entladungswiderstand 42, die an der nicht­ lastseitigen Halterung 13 an der Rückseite des Gebläses 9 befestigt sind, worauf ein Teil der Luft längs einer Strecke (a), welche die Halterungen 12, 13 und den Kern 50 über die Belüftungsöffnung(en) 54 des Statorkerns 50 und die Belüftungsöffnung(en) 13a der Halterung 13 pas­ siert, und dann zur Rückseite des Motors strömt, wobei ein Teil der Luft zum Bereich über den Halterungen 12, 13 strömt. Gemäß Fig. 7 gelangt dabei die zum Bereich über den Halterungen 12, 13 strömende Luft in Berührung mit den einzelnen Kühlrippen 21 der am Bodenendab­ schnitt der Basisplatte oder -platine 27 angeordneten Kühlplatte 22, um dabei eine Kühlwirkung zu entfalten und an der Rückseite des Motors auszutreten.

Wie vorstehend beschrieben, sind erfindungsgemäß der Wechselrichter mittels der Befestigungsschrauben an der Oberseite des Motor(haupt)teils befestigt, die Ab­ strahl- oder Kühlplatte zwischen den Motorteil und den Wechselrichter eingefügt und die Gummi-Dämpferelemente jeweils auf die Befestigungsschrauben für die Anbrin­ gung der Kühlplatte aufgesetzt, so daß Schwingung und Geräuschbildung unterbunden werden, wobei auch ein Temperaturanstieg verhindert wird. Gleichzeitig kann damit der Wechselrichter einheitlich oder einstückig am Motorteil befestigt sein oder werden, woraus sich der Vorteil ergibt, daß sich nicht nur Transport und Lage­ rung des Motors einfach gestalten, sondern auch das Verlegen der elektrischen Leitungen vereinfacht ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Wechselrichter und Motor durch das Gebläse 9, das durch die Antriebs­ welle 34 angetrieben wird, gleichzeitig gekühlt werden können.

Darüber hinaus kann eine effektive Kühlwirkung für Wech­ selrichter und Motor durch zweckmäßige Einstellung eines Zwischenraums zwischen dem Gebläsedeckel 35 und der Außenfläche der Halterung 13, der Strecke (a) zwi­ schen dem Kern 50 und den Halterungen 12, 13 sowie der Größe der Kühlplatte 22 erzielt werden. Auch im Fall eines getrennten, durch einen Gebläsemotor angetriebe­ nen Gebläses können Wechselrichter und Motor bei der oben beschriebenen Anordnung mittels eines einzigen Gebläses gleichzeitig gekühlt werden.

Claims (6)

1. Wechselrichter-Motorkombination
mit einem eine Welle (34) aufweisenden Rotor (37),
mit einem Statorkern (50), wobei der Statorkern (50) ein erstes und ein zweites Ende, eine zylindrische Ausnehmung zur Aufnahme des Rotors (37) und mehrere Belüftungsöffnungen (54) zur Kühlung des Statorkerns (50) mittels einer Luftströmung aufweist,
mit einer ersten und einer zweiten Halterung (12, 13) zum Halten des Statorkerns (50) an seinen ersten und zweiten Enden und zum Lagern der Welle (34), wobei die erste und zweite Halterung (12, 13) mehrere den Belüftungsöffnungen (54) des Statorkerns (50) entsprechende Belüftungsöffnungen (13a) und mehrere Bohrungen zum Schraubverbinden der ersten und zweiten Halterung (12, 13) mit dem Statorkern (50) aufweisen,
mit einem an einem Ende der Welle (34) befestigten Gebläse (9) zum Erzeugen der Luftströmung zum Statorkern (50),
mit einem an der ersten oder der zweiten Halterung (12, 13) befestigten Gebläsedeckel (35) zum Abdecken des Gebläses (9) und zum Leiten der Luftströmung in die Belüftungsöffnungen (54, 13a), längs des Statorkerns (50) durch diesen hindurch und längs des Außenumfangs der ersten und zweiten Halterung (12, 13),
mit einem Wechselrichter (20) mit mehreren Kühlrippen (21) zum Ableiten von vom Wechselrichter (20) erzeugter Wärme mittels der Luftströmung,
mit einer Einrichtung (24, 24′) zum Verbinden des Wechselrichters (20) mit der ersten und zweiten Halterung (12, 13).

2. Wechselrichter-Motorkombination nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (20) über dem Statorkern (50) an der ersten und zweiten Halterung (12, 13) befestigt ist und der Statorkern (50) in seinem Querschnitt sechsflächig geformt ist, indem ausgehend von einem viereckigen Querschnitt die dem Wechselrichter (20) ge­ genüberliegenden Ecken abgeflacht sind und wobei in je­ der Ecke eine Belüftungsöffnung (54) vorgesehen ist.

3. Wechselrichter-Motorkombination nach Anspruch 2, wobei jede Ecke des Statorkerns (50) abgerundet ist und die erste und zweite Halterung (12, 13) an jeder Ecke Kernbefesti­ gungsflächen (13b) aufweisen, zwischen denen der Statorkern (50) eingepaßt ist.

4. Wechselrichter-Motorkombination nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (20) einen Kondensator (41) und einen Entladungswiderstand (42) aufweist, die an der Außenfläche der Halterung (13) in der Nähe des Gebläses (9) befestigt sind.

5. Wechselrichter-Motorkombination nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mehreren an der ersten und zweiten Halterung (12, 13) vorgesehenen Befestigungsansätzen (14, 15) zum Befestigen des Gebläsedeckels (35) und des Wechselrichters (20), wobei die Einrichtung (24, 24′) zum Verbinden des Wechselrichters (20) mit der ersten und zweiten Halterung (12, 13) mittels der Befestigungsansätze (14, 15) verbunden ist.

6. Wechselrichter-Motorkombination nach Anspruch 5, wobei ein elastisches Material (32) zwischen der Verbindungs­ einrichtung (24, 24′) des Wechselrichters (20) und den diesen entsprechenden Befestigungsansätzen (14, 15) der ersten und zweiten Halterung (12, 13) vorgesehen ist.