DE4433059A1

DE4433059A1 - Cooling system for cooling a drive motor for shaft winches

Info

Publication number: DE4433059A1
Application number: DE19944433059
Authority: DE
Inventors: Wiking Holmlund; Boerje Johansson
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1995-03-23
Also published as: SE9303049L; SE501574C2; SE9303049D0

Abstract

A cooling system for cooling a drive motor for shaft winches, whose drive motor is arranged in the rotating cable drum (1) of the shaft winch and is integrated with it, the stator (13) of the drive motor being mounted on a non-rotating shaft and the rotor poles of the drive motor being mounted on the internal circumference of the cable drum. The stator has two stator end walls (15, 16), the two of which are provided with an equal number of openings (17, 18) which are distributed uniformly over the circumference, lie on a circle around the longitudinal axis of the stator and are aligned with one another. Cooling fans (19) are arranged in the openings in one of the stator end walls, and cooling units (20) are arranged in the openings in the other stator end wall. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage zur Kühlung eines An triebsmotors für Schachtwinden gemäß dem Oberbegriff des An spruches 1.The invention relates to a cooling system for cooling an drive motor for shaft windings according to the preamble of the An saying 1.

Schachtwinden und insbesondere sogenannte Zugseilwinden un terscheiden sich von den sogenannten Trommelwinden dadurch, daß sie ein oder normalerweise mehreren parallele, Seile tragen, die in je einer Umfangsnut der Seiltrommel liegen und die Seiltrommel nur um 180° umschlingen. Trommelwinden dagegen arbeiten mit einem oder mehreren Zugseilen, die mit mehreren Windungen auf die Trommel gewickelt werden können. Zugseilwinden als auch Trommelwinden besitzen einen Antrieb mit einem elektrischen Motor. Dabei kann der Antriebsmotor in der Seiltrommel der Winde untergebracht und mit dieser integriert sein.Manhole winches and especially so-called pull rope winches differ from the so-called drum winches in that that they have one or more parallel ropes wear, which are each in a circumferential groove of the cable drum and only loop the rope drum by 180 °. Drum winches on the other hand work with one or more traction ropes with several turns can be wound on the drum. Cable winches as well as drum winches have a drive with an electric motor. The drive motor can housed in the rope drum of the winch and with it be integrated.

Es gibt bereits viele verschiedene Ausführungen der Kombina tion von Seiltrommel und Antriebsmotor. Die bis vor einigen Jahren üblichste Kombination bestand aus einem getrennten Motor, dessen Welle an die Welle der Seiltrommel gekuppelt ist. Der Antriebsmotor wird dabei in bekannter Weise durch seinen eigenen Lüfter oder durch eine Fremdkühlanlage ge kühlt. Eine solche Kombination stellt erhöhte Anforderungen an die Montage und die Ausrichtung von Seiltrommel und Mo tor.There are already many different versions of the Kombina tion of rope drum and drive motor. Until a few years ago Years most common combination consisted of a separate one Motor, the shaft of which is coupled to the shaft of the cable drum is. The drive motor is in a known manner its own fan or by an external cooling system cools. Such a combination places increased demands to the assembly and alignment of the cable drum and Mo gate.

Eine ähnliche Konstruktion ist aus der ABB-Broschüre 3ASMO1C200, Juni 1993, bekannt. Bei dieser Kombination haben Antriebsmotor und Seiltrommel eine gemeinsame Welle. Die Welle ist jedoch lediglich in den beiden Stirnwänden der Seiltrommel gelagert, so daß die drehbaren Teile des An triebsmotors keine äußere Lagerung haben. Im übrigen besteht diese Kombination aus separaten Seiltrommel- und Motorkon struktionen. Die Kühlung des Antriebsmotors bietet hierbei keine speziellen Probleme.A similar construction is from the ABB brochure 3ASMO1C200, June 1993. With this combination Drive motor and rope drum on a common shaft. The However, the shaft is only in the two end walls of the Rope drum mounted so that the rotatable parts of the An drive motor have no external bearings. Otherwise there is this combination of separate cable drum and motor cones structures. The cooling of the drive motor offers here no special problems.

Eine Weiterentwicklung der Kombination von Antriebsmotor und Seiltrommel bestand darin, den Antriebsmotor innerhalb der Seiltrommel anzuordnen. Eine solche Kombination wurde bei spielsweise bereits in der Mitte der Fünfziger Jahre be schrieben, beispielsweise in den DE-PS 10 95 485. Da der Stand der Technik zu diesem Zeitpunkt keine zufriedenstel lenden Lösungen erlaubte, wurde dies Kombination nicht ver wendet.A further development of the combination of drive motor and Rope drum was the drive motor inside the Arrange rope drum. Such a combination was used in for example, as early as the mid-1950s wrote, for example in DE-PS 10 95 485. Since the The state of the art at this point was unsatisfactory solutions, this combination was not avoided turns.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung von Frequenzwandlern zur Steuerung von Wechselstromsynchronmotoren hat die Ausführung mit einem in der Seiltrommel integrierten Motor erneute Ak tualität erlangt. Die nächstliegende Gestaltung eines Syn chronmotors für diesen Zweck besteht darin, die Motorpole am inneren Umfang der Seiltrommel anzubringen und den Stator auf einer nicht-rotierenden Welle anzuordnen. Die Stator wicklungen werden dabei über Leiter gespeist, die durch die hohl ausgebildete Welle geführt werden. Die Speisung der Mo torpole erfolgt über Schleifringe, die am Innenumfang der Seiltrommel montiert sind. Die Seiltrommel ist hierbei mit tels Lager auf der nicht-rotierenden Welle gelagert. Diese Kombinationslösung wird beispielsweise beschrieben in dem Bericht "Second international Conference MINE HOISTING 93", Seiten 9.3.1 bis 9.3.10, vorgestellt an der Royal School of Mines in London am 28.-30. Juni 1993.In connection with the development of frequency converters for Control of AC synchronous motors has the execution with a motor integrated in the rope drum achieved quality. The closest design of a syn chronmotors for this purpose is the motor poles on Attach the inner circumference of the rope drum and the stator to be placed on a non-rotating shaft. The stator windings are fed via conductors which are fed through the hollow shaft are guided. The feeding of the Mo Torpole is made using slip rings on the inner circumference of the Rope drum are mounted. The rope drum is included bearing on the non-rotating shaft. These Combination solution is described for example in the Report "Second international Conference MINE HOISTING 93", Pages 9.3.1 to 9.3.10, presented at the Royal School of Mines in London on 28-30 June 1993.

Da die elektrische Dimensionierung und Gestaltung eines An triebs mit frequenzgesteuerten Synchronmotoren allgemein be kannt ist, bietet dieser Teil bei der Verwendung in Schacht winden keine besonderen Probleme. Dagegen sind die bei die ser Antriebsgestaltung auftretenden Kühlprobleme zwar be kannt, aber verhältnismäßig schwer zu beherrschen. Dies gilt besonders bei niedrigen Drehzahlen und vor allem bei nicht drehendem, aber unter Strom stehendem Motor zur Erzeugung eines Drehmoments. Letzteres kommt besonders häufig bei fre quenzgesteuerten Antrieben für Schachtwinden vor. Es wurden daher auch verschiedene Anordnungen zur Kühlung dieser Syn chronmotoren entwickelt. Auf einige dieser Anordnungen wird in dem oben genannten Bericht Bezug genommen.Since the electrical dimensioning and design of an An drives with frequency-controlled synchronous motors in general is known, this part offers when used in manholes no particular problems. In contrast, they are with the This drive design cooling problems occur knows, but relatively difficult to master. this applies especially at low speeds and especially not rotating, but energized motor for generation of a torque. The latter is particularly common in fre sequence-controlled drives for shaft winches. There were therefore also different arrangements for cooling this syn developed chron motors. On some of these arrangements will referred to in the above report.

Bei einer dieser Ausführungen der Kühlanlage ist die nicht rotierende Welle über einen konischen Zwischenstück mit ei ner wesentlichen Verdickung versehen mit einem Durchmesser an der Stelle, an der das Statorblechpaket sitzen soll, der größeren ist als der Durchmesser an den Stirnwänden der Seiltrommel. Die Welle ist mit Kühlkanälen versehen, die so angeordnet sind, daß die Kühlluft an der einen Stirnwand der Seiltrommel der Welle zugeführt wird und an der anderen Stirnwand der Seiltrommel zur Außenkühlung aus der Welle herausgeführt wird. Diese Kühlkanäle weisen Öffnungen auf, die im konischen Zwischenstück zum verdickten Wellenteil münden. Die einströmende Kühlluft wird in zwei parallele Kühlluftströme aufgeteilt. Der eine dieser Ströme wird durch den Luftspalt zwischen Stator und Läuferpolen zurück auf die andere Seite der Verdickung geleitet und kann dort über Öff nungen aus der Welle herausgeführt werden. Der andere Kühl luftstrom wird über den Stator und Öffnungen in der Welle am verdickten Teil geführt und vereint sich danach mit dem über den Luftspalt austretenden Kühlluftstrom. Diese Ausführungs form ist sehr kostspielig, insbesondere mit Rücksicht auf die komplizierte Wellenform und die großen Lagerabmessungen.In one of these versions of the cooling system, it is not rotating shaft over a conical adapter with egg ner substantial thickening provided with a diameter at the point where the stator core should sit, the is larger than the diameter on the end walls of the Rope drum. The shaft is provided with cooling channels that so are arranged that the cooling air on one end wall of the Rope drum is fed to the shaft and to the other Front wall of the cable drum for external cooling from the shaft is brought out. These cooling channels have openings those in the conical intermediate piece to the thickened shaft part flow out. The incoming cooling air is divided into two Cooling air flows divided. One of these streams is through the air gap between the stator and rotor poles back to the passed to the other side of the thickening and can be opened there via out of the shaft. The other cool Air flow is through the stator and openings in the shaft on thickened part and then merges with the over the cooling air flow exiting the air gap. This execution form is very expensive, especially with regard to the complicated waveform and the large bearing dimensions.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Stirnwände der Seiltrommel mit je einer Kappe versehen. Voraussetzung für diese Ausführung ist, daß beide Stirnwände der Seiltrommel Inspektionsluken haben. Somit kann eine geschlossene Kühlan lage gebildet werden, in der gekühlte Luft über den Raum un ter der Kappe durch Inspektionsluken in das Innere der Seil trommel geleitet werden kann. Die Kühlluft in der Seiltrom mel wird hier auf zwei parallele Kühlluftströme verteilt. Der eine leitet Kühlluft durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotor und der andere leitet Kühlluft durch den Stator. Die beiden Kühlluftströme vereinen sich anschließend, um über die Inspektionsluken in der anderen Stirnwand unter der anderen Kappe auszuströmen. Von hier wird die Luft weiter zu einem unter der Seiltrommel liegenden Kühlaggregat geführt. Bei dieser Ausführung wirken verhältnismäßig große Seiten kräfte auf die Seiltrommel, die bei der Dimensionierung der Lager berücksichtigt werden müssen. Da die Kühlluft die sich drehenden Inspektionsluken passieren muß, können außerdem störende Geräusche auftreten, die mit kräftigen Kappen zu dämpfen sind.In another embodiment, the end walls are the Put a cap on each rope drum. requirement for this version is that both end walls of the rope drum Have inspection hatches. This means that a closed refrigerator can be formed in the cooled air over the room the cap through inspection hatches into the interior of the rope drum can be directed. The cooling air in the rope stream mel is distributed here over two parallel cooling air flows. One directs cooling air through the air gap between the stator and the rotor and the other direct cooling air through the stator. The two cooling air flows then combine to through the inspection hatches in the other end wall under the other cap. From here the air continues to grow a cooling unit located under the cable drum. In this version, relatively large pages appear forces on the rope drum, which when dimensioning the Bearings must be taken into account. Because the cooling air rotating inspection hatches can also pass annoying noises occur with strong caps too are dampen.

Um die Schachtwinden mechanisch bremsen zu können, sind die Seitenwände der Seiltrommel mit je einer Bremsscheibe verse hen. Diese Bremsscheibe ist Teil einer Scheibenbremse, an die von beiden Seiten Bremsklötze anpressbar sind. Diese Kühlanlage hat den Nachteil, daß eine Undichtigkeit der Öl schmieranlage für die Lager zur Ausbildung eines Ölfilms auf den Bremsscheiben führen kann, wodurch die Bremssicherheit gefährdet ist. In order to be able to brake the shaft winds mechanically, they are Side walls of the rope drum with one brake disk each hen. This brake disc is part of a disc brake the brake pads can be pressed from both sides. These Cooling system has the disadvantage that the oil leaks lubrication system for the bearings to form an oil film the brake discs can lead to brake safety endangered is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage zur Kühlung eines Antriebsmotors für Schachtwinden der eingangs genannten Art zu entwickeln, die in ihrem Aufbau einfach ist und zuverlässig und effizient arbeitet.The invention has for its object to provide a cooling system Cooling a drive motor for shaft windings at the entrance to develop mentioned type, which is simple in its structure and works reliably and efficiently.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kühlanlage zur Kühlung eines Antriebsmotors für Schachtwinden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To solve this problem, a cooling system for cooling a drive motor for shaft windings according to the preamble of claim 1 proposed that the invention in characterizing part of claim 1 mentioned features Has.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen genannt.Further embodiments of the invention are in the Unteran called sayings.

Die Erfindung geht aus von einem auf einer nicht-rotierenden Welle befestigten Stator eines Antriebsmotors, dessen Läu ferpole am inneren Umfang der Seiltrommel befestigt sind. Der Stator ist mit eigenen Stirnwänden versehen, die im fol genden Statorstirnwände genannt werden und zwischen denen ein offener Innenraum vorhanden ist. Die Statorstirnwände sind miteinander gegenüberliegenden Öffnungen, die vorzugs weise alle den gleichen radialen Abstand von der Statormit tellinie haben, versehen. Vorzugsweise sind die Öffnungen kreisförmig. In jeder Öffnung der einen Statorstirnwand ist je ein Kühlgebläse angeordnet.The invention is based on one on a non-rotating Shaft-mounted stator of a drive motor, the Läu ferpole are attached to the inner circumference of the rope drum. The stator has its own end walls, which are fol stator end walls and between them there is an open interior. The stator end walls are opposite openings that are preferred all have the same radial distance from the stator have line, provided. The openings are preferably circular. In each opening there is a stator end wall one cooling fan each.

Die Kühlgebläse können auf der den Innenraum zwischen den beiden Statorstirnwänden begrenzenden Seite der Statorstirn wand liegen oder auf deren Außenseite. Die Gebläse fördern somit Luft in den Innenraum zwischen den beiden Statorstirn wänden. Von dort verläßt die Luft über die Öffnungen in der anderen Statorstirnwand und dort positionierte Kühlaggregate den Raum zwischen den beiden Statorstirnwänden und strömt dann durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotorpolen zu rück zu den Kühlgebläsen. The cooling fans can on the the interior between the both sides of the stator end wall bounding the stator end lying on the wall or on the outside. Promote the blowers thus air into the interior between the two stator faces walls. From there the air leaves through the openings in the other stator end wall and cooling units positioned there the space between the two stator end walls and flows then through the air gap between the stator and rotor poles back to the cooling fans.

Die Zufuhr und Abfuhr des die Kühlaggregate kühlenden Kühl mediums erfolgt über Rohre, die in der hohl ausgebildeten Welle angeordnet sind.The supply and discharge of the cooling cooling the cooling units mediums takes place via tubes that are formed in the hollow Shaft are arranged.

Die Kühlanlage gemäß der Erfindung hat gegenüber den bekann ten Kühlanlagen folgende Vorteile:The cooling system according to the invention has known over the cooling systems have the following advantages:

- simple design of the shaft
- small dimensions for the bearings of the rope drum
- no need for caps
- no need for external cooling drums
- Eliminate the risk of leaks in the oil system for bearing lubrication to an oil film on the brakes can lead discs.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.Based on the embodiment shown in the figure the invention will be explained in more detail.

Die Figur zeigt eine komplette Seiltrommel mit integriertem Antriebsmotor. Die Trommel ist mit 1 bezeichnet und die Seile sind mit 2 bezeichnet. In den Stirnwänden 3 der Seil trommel sind Inspektionsluken vorhanden, die mit einem auf schraubbaren Deckel 4 verschlossen sind. 5 und 6 bezeichnen Bremsscheiben, die mit Bremsklötzen 7 zusammenarbeiten, wel che von einem Ständer 8 getragen werden. Die nicht-rotie rende Welle 9 der Seiltrommel ruht in Lagerböcken 10, die sich auf dem Fundament 11 abstützen. Die Seiltrommel ist mittels der Lager 12 drehbar auf der Welle 9 gelagert. Der Antriebsmotor für die Schachtwinde ist in der Seiltrommel untergebracht. Der nicht-rotierende Stator ist mit 13 be zeichnet, und der Läufer wird von der Seiltrommel selbst und den an ihren inneren Umfang angebrachten Läuferpolen 14 ge bildet.The figure shows a complete rope drum with an integrated drive motor. The drum is labeled 1 and the ropes are labeled 2 . In the end walls 3 of the rope drum inspection hatches are available, which are closed with a screw-on cover 4 . 5 and 6 denote brake discs that work with brake pads 7 , which are carried by a stand 8 . The non-rotating shaft 9 of the cable drum rests in bearing blocks 10 which are supported on the foundation 11 . The cable drum is rotatably supported on the shaft 9 by means of the bearings 12 . The drive motor for the shaft winch is housed in the cable drum. The non-rotating stator is 13 , and the rotor is formed by the cable drum itself and the rotor poles 14 attached to its inner circumference.

Gemäß der Erfindung sind in den Statorstirnwänden 15 und 16 Öffnungen 17 und 18 vorgesehen. Gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel sind beide Statorstirnwände mit je vier auf einem konzentrischen Kreis um die Statormittellinie liegen den und in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzten Öffnungen versehen. Vorzugsweise fluchtet je eine Öffnung in der einen Statorstirnwand mit einer Öffnung in der anderen Statorstirnwand. In jede Öffnung der einen Statorstirnwand 15 ist je ein Gebläse 19 eingesetzt, welches im Betrieb einen Kühlluftstrom in den freien Raum zwischen den beiden Statorstirnwänden bläst. An den Öffnungen in der gegenüber liegenden Statorstirnwand 16 angebracht, die in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel an der Außenseite dieser Statorstirnwand angeordnet sind. Der von den Gebläsen er zeugte Luftstrom passiert zunächst die Öffnungen in der ge genüberliegenden Statorstirnwand 16 und danach die Kühlag gregate 20, die hinter diesen Öffnungen angeordnet sind. Der gekühlte Luftstrom wird dann über den Luftspalt zwischen Stator und Läuferpolen hindurch von den Kühlgebläsen ange saugt. Auf diese Weise entstehen im gezeigten Ausführungs beispiel vier geschlossene Kühlluftbahnen. Das Kühlmedium zur Kühlung der Kühlaggregate wird durch Kühlrohre 21, 22 zu- beziehungsweise abgeführt, die durch die Welle der Seil trommel geführt sind.According to the invention, openings 17 and 18 are provided in the stator end walls 15 and 16 . According to a preferred exemplary embodiment, both stator end walls are each provided with four openings lying on a concentric circle around the stator center line and offset in the circumferential direction by 90 °. An opening in one stator end wall is preferably aligned with an opening in the other stator end wall. In each opening of the one stator end wall 15 , a fan 19 is inserted, which in operation blows a cooling air flow into the free space between the two stator end walls. Attached to the openings in the opposite stator end wall 16 , which in the exemplary embodiment shown in the figure are arranged on the outside of this stator end wall. The air flow generated by the blowers first passes through the openings in the opposite stator end wall 16 and then the cooling units 20 , which are arranged behind these openings. The cooled air flow is then sucked in through the air gap between the stator and rotor poles by the cooling fans. In this way, for example, four closed cooling air paths are created in the embodiment shown. The cooling medium for cooling the cooling units is supplied or discharged through cooling pipes 21 , 22 which are guided through the shaft of the rope drum.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind mehrere alternative Aus führungsformen für die verschiedenen zu der Kühlanlage gehörenden Teile sowie deren Anordnung möglich. Wie bereits angedeutet, können anstelle der bevorzugten Ausführung mit vier Gebläsen und vier Kühlaggregaten anderer Kombinationen gleichmäßig verteilter Kühlluftbahnen vorgesehen werden. Die Gesamtkühlluftmenge ist abhängig von mehreren Parametern, wie zum Beispiel der Verlustleistung des Motors, dem Ar beitsprogramm oder dem Arbeitszyklus. Das gleiche gilt ent sprechend für die Kühlkapazität der Kühlanlage, die zum Bei spiel von der Ansaug-/Förderkapazität der Kühlgebläse, der Konstruktion der Kühlaggregate oder dem Kühlmedium abhängig ist. Alternativ können die Kühlgebläse und/oder die Kühlag gregate auch auf der Innenseite der jeweiligen Statorstirn wand angeordnet sein.There are several alternatives within the scope of the inventive concept From designs for the various to the cooling system belonging parts and their arrangement possible. As before indicated, can instead of the preferred embodiment with four blowers and four cooling units of other combinations evenly distributed cooling air paths are provided. The The total amount of cooling air depends on several parameters, such as the power loss of the motor, the Ar program or the work cycle. The same applies ent speaking for the cooling capacity of the cooling system, which at game of the suction / delivery capacity of the cooling fan, the Design of the cooling units or the cooling medium is. Alternatively, the cooling fan and / or the cooling day gregate also on the inside of the respective stator face be arranged on the wall.

Claims

1. Cooling system for cooling a drive motor for the shaft winch, the drive motor is arranged in the rotating cable drum ( 1 ) of the shaft winch and integrated with it, the stator ( 13 ) of the drive motor being fastened to a non-rotating shaft and the rotor poles of the drive motor are attached to the inner circumference of the cable drum, characterized in that the stator of the drive motor with stator end walls ( 15 , 16 ) is seen ver, in which openings ( 17 , 18 ) are arranged, and that in or on the openings of a stator end wall cooling fans ( 19 ) are arranged and cooling units ( 20 ) are arranged in or at the openings of the other stator end wall.

2. Cooling system according to claim 1, characterized in that the number of openings in both stator end walls is the same is great.

3. Cooling system according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the openings in the stator end walls on a concentric circle around the longitudinal axis of the stator are arranged, and preferably evenly are distributed over the scope.

4. Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the opening conditions in one stator end wall with the corresponding openings in the other stator end wall in the axial direction of the stator are cursed.

5. Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the Kühlag gregate ( 20 ) in the free interior between the stator end walls are arranged.

6. Cooling system according to one of claims 1-5, characterized in that the cooling system ( 20 ) and / or the cooling fan ( 19 ) are arranged on the outside of the relevant stator end wall.

7. Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the number of openings ( 17 , 18 ) in the stator end walls is four.

8. Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium for the cooling units ( 20 ) via cooling pipes ( 21 , 22 ) laid in the shaft is supplied or discharged.

9. Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the openings ( 17 , 18 ) in the stator end walls are circular.