EP0831236B2 - Motorpumpe mit gekühltem Frequenzumformer - Google Patents

Motorpumpe mit gekühltem Frequenzumformer Download PDF

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EP0831236B2
EP0831236B2 EP97116448A EP97116448A EP0831236B2 EP 0831236 B2 EP0831236 B2 EP 0831236B2 EP 97116448 A EP97116448 A EP 97116448A EP 97116448 A EP97116448 A EP 97116448A EP 0831236 B2 EP0831236 B2 EP 0831236B2
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plate
pump
pump according
frequency converter
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EP0831236A2 (de
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Bernd Dipl.-Ing. Goronzy
Christoph Dipl.-Ing. Lahusen
Mathias Dipl.-Ing. Reinhard
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Wilo SE
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Wilo AG
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    • F04D13/00—Pumping installations or systems
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0204—Frequency of the electric current

Definitions

  • the invention relates to a motor pump with a cooled frequency converter and an electric motor having a wet or dry runner.
  • the object of the invention is to improve a motor pump of the type mentioned so that with a simple design and installation optimum cooling of the frequency converter is achieved.
  • the frequency converter has a plate as a heat sink on which at least one heat generating electronic component is attached, the plate is in particular perpendicular to the engine rotational axis and can be cooled by a branched part of the pumped medium and in the plate a channel , Which is traversed by the medium to cool the plate.
  • Such a frequency converter can be easily attached to the front of the engine as well as easily replaced later. In this case, a very good cooling of arranged on the plate heat generating electronic components is achieved.
  • the channel through which a part of the pumped medium not only leads to a good cooling of the plate, but also allows only relatively small amounts of liquid to circulate, so that it is not necessary to fill larger spaces within the motor pump with liquid.
  • the plate defines a space which is traversed by a part of the pumped medium. This also allows optimal cooling with simple design and installation.
  • the fluid to the plate flows through the interior of a canned or split pot of the engine. Further, the fluid should flow from the plate back to the pump suction side through a conduit located in or on the outside of the engine and pump housing. As a result, it is not necessary that, as known from the prior art, a small part of the pumped medium is returned to the pump through the interior of the motor shaft, so that the pump shaft can be of simple construction and thus without an internal cavity.
  • At least one controllable throttle is arranged in the cooling circuit (secondary circuit) of the pumped medium.
  • the cooling required for the electronics can be set to the required size.
  • the pump is a rotary or piston pump.
  • the pump may have multiple pump stages, each with an impeller.
  • a multi-stage centrifugal pump 1 with a pump housing 2, a plurality of impellers 3 and an outlet 4 is driven by an electric motor 5, which is fixed with its housing 6 coaxially to the pump 1.
  • the fluid flows from an inlet 7 ( Figure 2) into a Pumpensaughunt 8 and from there via the impellers 3 in a pump pressure chamber 9 and from there via an outer shell 10 to the outlet 4, wherein inlet 7 and outlet 4 are arranged coaxially and transversely to the pump axis ,
  • the motor 5 has a coaxial containment shell 11, in which the rotor 12 runs and which is surrounded by the stator 13 with windings 14.
  • the motor shaft 15 is held in bearings 16, 17 and fixed to the shaft 18 of the pump.
  • a frequency converter 20 with its cylindrical housing 21 is fixed to the rotor 5 on the front side and coaxially.
  • the outer diameter D1 of the housing 21 is larger than the outer diameter D2 of the motor and the outer diameter D3 of the pump.
  • a plate 22 is arranged perpendicular to the motor and pump axis 23 near the motor 5, so that the axis 23 is perpendicular to the plate 22.
  • On the plate heat generating electronic components are mounted so that they are in contact with the plate and thus the plate 22 is a heat sink for these components.
  • the plate 22 has at least one channel 24, which is traversed by a portion of the pumped medium to cool the plate 22.
  • This channel 24 is located within the plate 22.
  • the channel 24 is part of a secondary cooling circuit, wherein the channel is connected to a conduit 25 which is coaxially guided by the plate 24 to the central, the pump facing away from the end of the can 11.
  • the end of the channel 24 is connected to a return line 26, which is returned outside the motor pumps along the motor housing 6 and the pump housing 2 to the suction chamber 8.
  • the delivery liquid of the secondary cooling circuit is branched off from the pressure chamber 9 through an opening 27 in the partition wall 28 between the pump and the motor, through the opening 27, the fluid is led into the interior of the split pot 11 to cool the engine.
  • the delivery liquid flows through the containment shell to its end and from there through the conduit 25 into the channel 24 and then back through the conduit 26 to the suction chamber 8.
  • the channel 24 is guided over the plate 22 not by a shortest path, but from the center of the plate 22 to the outer edge and there over a large margin to the outlet 29 to which the conduit 26 is connected. Deviating from FIG. 3, the channel 24 can also be guided longer on the plate 22, in particular in turns.
  • the pump may have only one pump stage or be a piston pump. It is particularly advantageous that the pump can be operated both in a horizontal and in a vertical position.
  • the connection point 30 may be arranged on the frequency converter 20 not only laterally but also on the front side. Also, in contrast to the embodiment of the electric motor have no gap pot or no can and thus be a dry runner.
  • a controllable throttle is arranged in the secondary cooling circuit, which flows through the plate 22 and the line 26, so that the cooling circuit and thus the cooling of the plate 22 is precisely controlled.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Motorpumpe mit einem gekühlten Frequenzumformer und einem Elektromotor, der einen Nass- oder Trockenläufer aufweist.
  • Bei einer Motorkreiselpumpe ist es bekannt, den Frequenzumformer durch das geförderte Medium zu kühlen. So ist es beispielsweise aus dem europäischen Patent 0 520 333 bekannt, den Elektromotor mit einem Kühlmantel außen zu versehen und an der Außenseite des Kühlmantels einen Frequenzumformer zu befestigen. Solche Lösungen sind konstruktiv aufwendig und der Frequenzumformer ist nur noch schwer zum Auswechseln erreichbar.
  • Aus der DE 38 20 005 ist es bei einer Tauchpumpe bekannt, an einem Frequenzumrichter eine Platte zur Kühlung anzuordnen. Hierbei ist zwischen dem Frequenzumrichter und der Platte ein Lot, eine Paste oder ein wärmeleitender Kleber angeordnet, um die Kühlung zu verbessern. Dies reicht aber bei größeren Wärmemengen meist nicht aus.
  • Aus der US 4,834,624 ist es an sich bekannt, die Elektronik einer Pumpe durch einen Kühlkreislauf direkt zu kühlen. Eine solche Konstruktion erfordert einen hohen technischen Aufwand, um sicherzustellen, dass die Spannung führenden Teile mit der Kühlflüssigkeit nicht in Kontakt geraten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Motorpumpe der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei einfacher Konstruktion und Montage eine optimale Kühlung des Frequenzumformers erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Frequenzumformer als Wärmesenke eine Platte aufweist, auf der mindestens ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil befestigt ist, wobei die Platte insbesondere senkrecht zur Motorendrehachse liegt und von einem abgezweigten Teil des Fördermediums kühlbar ist und in der Platte ein Kanal verläuft, der zur Kühlung der Platte vom Fördermedium durchflossen ist.
  • Ein solcher Frequenzumformer kann an der Stirnseite des Motors einfach befestigt als auch nachträglich leicht ausgewechselt werden. Hierbei wird eine sehr gute Kühlung der auf der Platte angeordneten Wärme erzeugenden elektronischen Bauteile erreicht.
  • Der von einem Teil des Fördermediums durchflossene Kanal führt nicht nur zu einer guten Kühlung der Platte, sondern ermöglicht es auch, dass nur verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsmengen umlaufen müssen, so dass es nicht erforderlich ist, größere Räume innerhalb der Motorpumpe mit Flüssigkeit zu füllen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Platte einen Raum begrenzt, der von einem Teil des Fördermediums durchflossen ist. Auch dies ermöglicht eine optimale Kühlung bei einfacher Konstruktion und Montage.
  • Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Fördermedium zur Platte durch das Innere eines Spaltrohres oder Spalttopfes des Motors fließt. Ferner sollte das Fördermedium von der Platte zurück zur Pumpensaugseite durch eine Leitung fließen, die in oder an der Außenseite des Motoren- und Pumpengehäuses liegt. Hierdurch ist es nicht erforderlich, dass, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein geringer Teil des Fördermediums durch das Innere der Motorwelle zur Pumpe zurückgeführt wird, so dass die Pumpenwelle von einfacher Konstruktion und damit ohne inneren Hohlraum sein kann.
  • Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass im Kühlkreislauf (Sekundärkreislauf) des Fördermediums mindestens eine regelbare Drossel angeordnet ist. Hierdurch kann die für die Elektronik benötigte Kühlung auf die jeweils erforderliche Grösse eingestellt werden.
  • Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Pumpe eine Kreisel- oder Kolbenpumpe ist. Auch kann die Pumpe mehrere Pumpstufen mit jeweils einem Laufrad aufweisen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Figur 1
    einen axialen Schnitt durch eine Motorkreiselpumpe,
    Figur 2
    eine Außenansicht der Motorkreiselpumpe und
    Figur 3
    einen Schnitt nach III-III in Figur 1.
  • Eine mehrstufige Kreiselpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2, mehreren Laufrädern 3 und einem Auslass 4 ist durch einen Elektromotor 5 angetrieben, der mit seinem Gehäuse 6 koaxial an der Pumpe 1 befestigt ist. Das Fördermedium fließt von einem Einlass 7 (Figur 2) in eine Pumpensaugkammer 8 und von dort über die Laufräder 3 in eine Pumpendruckkammer 9 und von dort über einen Außenmantel 10 zum Auslass 4, wobei Einlass 7 und Auslass 4 gleichachsig und quer zur Pumpenachse angeordnet sind.
  • Der Motor 5 besitzt einen koaxialen Spalttopf 11, in dem der Rotor 12 läuft und der von dem Stator 13 mit Wicklungen 14 umgeben ist. Die Motorwelle 15 ist in Lagern 16, 17 gehalten und an der Welle 18 der Pumpe befestigt.
  • Auf der der Pumpe 1 abgewandten Seite ist am Rotor 5 stirnseitig und koaxial ein Frequenzumformer 20 mit seinem zylindrischen Gehäuse 21 befestigt. Hierbei ist der Außendurchmesser D1 des Gehäuses 21 größer als der Außendurchmesser D2 des Motors und der Außendurchmesser D3 der Pumpe.
  • Im Frequenzumformer 20 ist nahe des Motors 5 eine Platte 22 senkrecht zur Motoren- und Pumpenachse 23 angeordnet, so dass die Achse 23 lotrecht zur Platte 22 ist. An der Platte sind Wärme erzeugende elektronische Bauteile derart befestigt, dass sie mit der Platte in Kontakt stehen und damit die Platte 22 eine Wärmesenke für diese Bauteile ist.
  • Die Platte 22 weist mindestens einen Kanal 24 auf, der von einem Teil des Fördermediums durchflossen ist, um die Platte 22 zu kühlen. Dieser Kanal 24 befindet sich innerhalb der Platte 22. Hierbei ist der Kanal 24 Teil eines Sekundärkühlkreislaufes, wobei der Kanal an eine Leitung 25 angeschlossen ist, die koaxial von der Platte 24 zum mittigen, der Pumpe abgewandten Ende des Spalttopfes 11 geführt ist. Das Ende des Kanals 24 ist an eine Rücklaufleitung 26 angeschlossen, die außerhalb der Motorpumpen entlang des Motorgehäuses 6 und des Pumpengehäuses 2 zur Saugkammer 8 zurückgeführt ist.
  • Die Förderflüssigkeit des Sekundärkühlkreislaufes wird von der Druckkammer 9 durch eine Öffnung 27 in der Trennwand 28 zwischen Pumpe und Motor abgezweigt, wobei durch die Öffnung 27 das Fördermedium in das Innere des Spalttopfes 11 geführt wird, um den Motor zu kühlen. Die Förderflüssigkeit fließt durch den Spalttopf hindurch bis zu seinem Ende und von dort durch die Leitung 25 in den Kanal 24 und danach zurück durch die Leitung 26 zur Saugkammer 8.
  • Wie Figur 3 zeigt, ist der Kanal 24 über die Platte 22 nicht auf einem kürzesten Weg geführt, sondern von der Mitte der Platte 22 zum Außenrand und dort über einen großen Randbereich zum Auslass 29, an dem die Leitung 26 angeschlossen ist. Der Kanal 24 kann auch abweichend von Figur 3 länger auf der Platte 22 insbesondere in Windungen geführt sein. Ferner kann abweichend vom Ausführungsbeispiel die Pumpe nur eine Pumpenstufe besitzen oder eine Kolbenpumpe sein. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Pumpe sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Lage betrieben werden kann. Ferner kann die Anschlussstelle 30 am Frequenzumformer 20 nicht nur seitlich, sondern auch stirnseitig angeordnet sein. Auch kann im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Elektromotor keinen Spalttopf bzw. kein Spaltrohr aufweisen und damit ein Trockenläufer sein.
  • In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung ist im sekundären Kühlkreislauf, der durch die Platte 22 und die Leitung 26 fließt, eine regelbare Drossel angeordnet, so dass der Kühlkreislauf und damit die Kühlung der Platte 22 exakt steuerbar ist.

Claims (11)

  1. Motorpumpe mit einem gekühlten Frequenzumformer (20) und einem Elektromotor (5), der einen Nass- oder Trockenläufer aufweist, wobei der Frequenzumformer als Wärmesenke eine Platte (22) aufweist, auf der mindestens ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil befestigt ist, wobei die Platte insbesondere senkrecht zur Motorendrehachse (23) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte von einem abgezweigten Teil des Fördermediums kühlbar ist und in der Platte (22) ein Kanal (24) verläuft, der zur Kühlung der Platte vom Fördermedium durchflossen ist.
  2. Motorpumpe nach Auspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (22) einen Raum begrenzt, der von einem Teil des Fördermediums durchflossen ist.
  3. Motorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer (20) an der der Pumpe (1) abgewandten Stirnseite des Elektromotors insbesondere koaxial befestigt ist.
  4. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermedium zur Platte (22) durch das Innere eines Spaltrohres oder Spalttopfes (11) des Motors (5) fließt.
  5. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermedium von der Platte (22) zurück zur Pumpensaugseite (8) durch eine Leitung (26) fließt, die in oder an der Außenseite des Motoren- und Pumpengehäuses liegt.
  6. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreislauf des Fördermediums mindestens eine regelbare Drossel angeordnet ist.
  7. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (22) mit dem Motorgehäuse (6) verbunden ist,
  8. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine Kreisel- oder Kolbenpumpe ist.
  9. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) mehrere Pumpstufen mit jeweils einem Laufrad (3) aufweist.
  10. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreislauf durch die von der Pumpe erzeugte Druckdifferenz angetrieben wird.
  11. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer an beliebiger Stelle angebracht ist.
EP97116448A 1996-09-24 1997-09-22 Motorpumpe mit gekühltem Frequenzumformer Expired - Lifetime EP0831236B2 (de)

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EP0831236A2 EP0831236A2 (de) 1998-03-25
EP0831236A3 EP0831236A3 (de) 1999-04-28
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