WO1998054819A1

WO1998054819A1 - Flüssigkeitgekühlte elektrische maschine

Info

Publication number: WO1998054819A1
Application number: PCT/AT1998/000126
Authority: WO
Inventors: Günther Montenari; Werner Gassner; Ernst Hierz
Original assignee: Va Tech Elin Ebg Motoren Gmbh
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 1998-12-03
Also published as: SI20172A; CZ9904181A3; HUP0003339A2; PL336988A1; HUP0003339A3; CZ293182B6; HU223700B1; EP0985262A1

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine zu schaffen, die eine Kühlung aufweist, die eine wirtschaftlich optimale Auslegung der Maschine erlaubt. Die Maschine besteht aus einem Stator (1) und einem Rotor (2). Der Stator (1) weist eine Wicklung (3) auf und ist von einem doppelwandigen Maschinengehäuse (4) für eine Flüssigkeits-Oberflächenkühlung umgeben, wobei seitlich die Lagerschilder (5) mit den Lagern (6) die Maschine begrenzen. Bei dieser Mantelkühlung wird über die Anschlüsse (13) die Kühlflüssigkeit zugeführt. Darüber hinaus ist im Maschineninnenraum ein Kühlrohr (14) vorgesehen, das im Bereich der Wicklung (3) des Stators (1), insbesondere parallel zu den Stirnseiten der Wicklungsköpfe der Wicklung (3) angeordnet ist. Dieses Kühlrohr (14) kann bei der Ausführung einer Mantelkühlung über Anschlüsse (15) mit der Mantelkühlung verbunden sein. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die über die Rotor- bzw. Statorwicklung produzierte Verlustwärme an den exponierten Stellen gezielt abzuführen. Dadurch ist gewährleistet, daß die Maschinenausnützung entsprechend erhöht werden kann, was wiederum unter gewissen Umständen eine kleinere Maschinenbauweise ermöglicht.

Description

FLÜSSIGKEITGEKÜHLTE ELEKTRISCHE MASCHINE

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, bestehend aus einem Stator, einer rotierenden Welle, mit auf dieser starr befestigtem Rotor und einem Gehäuse in dem der Stator befestigt ist und wobei das Gehäuse beidseitig ein Lagerschild mit einem Lager aufweist, über die die Welle gelagert ist und gegebenenfalls das Gehäuse und/oder die Welle flüssigkeitsgekühlt ist.

Bei elektrischen Maschinen obiger Bauart entsteht Verlustwärme, die meistens abgeführt werden muß. Dies kann durch Frischluftkühlung erfolgen, wobei dabei zwischen Selbstkühlung durch Luftbewegung oder Strahlung ohne Zuhilfenahme eines Lüfters, Eigenlüftung durch einen am Läufer angebrachten oder von ihm angetriebenen Lüfter und Fremdkühlung unterschieden wird. Die Wirkung der Selbstkühlung und der Eigenkühlung ist von der Drehzahl der Maschine abhängig, die Fremdkühlung hingegen ist davon unabhängig. Weiters ist auch eine unmittelbare Flüssigkeitskühlung durch eine in der Gehäusewandung zirkulierende Flüssigkeit möglich, welche ebenfalls drehzahlunabhängig ist. Weiters ist auch die Kühlung der Rotorwelle, beispielsweise bei einer hochtourigen elektrischen Maschine bekannt. Darüberhinaus ist eine weitere Kühlungsart, die Kreislaufkühlung bekannt, bei der das Kühlmittel z. B. Luft, Wasserstoff oder dgl. im Kreislauf durch die Maschine und einen entsprechenden

Kühler strömt. Die Kreislaufkühlung kann drehzahlabhängig oder drehzahlunabhängig angeführt werden.

Es gibt nun Maschinentypen, bei denen gewisse Kühlungsarten, konstruktionsmäßig bedingt, nicht eingesetzt werden können. Beispielsweise tritt dies bei Schleifringläufern auf, bei denen große Läuferverluste gegeben sind. Eine Wellenkühlung ist aber bei dieser Maschinentype nur äußerst aufwendig - wenn überhaupt - möglich, da der für die Wellenkühlung notwendige Wellenstummel die Schleifringe aufweist. Um nun die von den Läuferverlusten entstandene Wärmemenge zu beherrschen, mußte die Maschine überdimensioniert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Kühlung aufweist, die eine wirtschaftlich optimale Auslegung der Maschine erlaubt. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Gehäuses nahe der im Stator vorgesehenen Wicklung und/oder im Bereich der Lager mindestens ein Kühlrohr für eine Kühlflüssigkeit angeordnet ist. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die über die Rotor- bzw. Statorwicklung produzierte Verlustwärme an den exponierten Stellen gezielt abzuführen. Dadurch ist gewährleistet, daß die Maschinenausnützung entsprechend erhöht werden kann, was wiederum unter gewissen Umständen eine kleinere Maschinenbauweise ermöglicht.

Die Anordnung des Kühlrohres im Bereich der Lager ist vorteilhafterweise eine echte Alternative zu einer Wellenkühlung. Demgegenüber ist die Anordnung des Kühlrohres im Bereich der Stirnseiten der Wicklungsköpfe der Statorwicklung eine Alternative zur Gehäuseoberflächenkühlung. Natürlich sind alle Variationen denkbar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das Kühlrohr an seiner Oberfläche Rippen auf. Durch die Vergrößerung der Kühloberfläche ist eine Verbesserung des

Wirkungsgrades zu erzielen. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Kühlrohr parallel und/oder konzentrisch zu den Stirnseiten der Wicklungsköpfe der im Stator vorgesehenen Wicklung angeordnet. Wie bereits erwähnt, sind die Stirnseiten bzw. der Bereich der Wicklungsköpfe selbst, bestens geeignet, die Verlustwärme aus den Aktivteilen der Maschine abzuführen. Mit dem Kühlrohr bzw. mit einer kühlschlangenähnlichen Einrichtung ist dies problemlos möglich.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Kühlrohr parallel und/oder konzentrisch zur Lagerung der Welle angeordnet. Auch dieser Bereich ist gut geeignet, die entstandene Verlustwärme aus der Welle abzuführen. Darüberhinaus ist es erstrebenswert, den Lagerbereich nicht zu überhitzen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Kühlrohr mit der Gehäuseoberflächenkühlung und/oder mit der Wellenkühlung verbunden. Da die Kühlung des Maschineninnenraumes mittels des Kühlrohres als echte Alternative zu einer etwaigen Wellenkühlung aber auch zu einer Flüssigkeits - Gehäuse - Oberflächenkühlung einsetzbar ist, kann vorteilhafterweise die Kühlflüssigkeit der Wellenkühlung bzw. der Oberflächenkühlung auch für das Kühlrohr Verwendung finden. Die Anschlüsse des Kühlrohres können dabei direkt in den entsprechenden Kühlkreislauf eingebunden werden. Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine elektrische, rotierende Maschine und Fig. 2 ein Kühlrohr.

Gemäß der Fig. 1 ist die elektrische, rotierende Maschine eine Drehstrom- Asynchronmaschine, in dieser Ausführung mit einem Schleifringläufer. Eine derartige Maschine kann beispielsweise als Generator bei Windmühlen bzw. Windkraftanlagen eingesetzt werden. Die Maschine besteht aus einem Stator 1 und einem Rotor 2. Der Stator 1 weist eine Wicklung 3 auf und ist von einem Maschinengehäuse 4 umgeben, wobei seitlich die Lagerschilder 5 mit den Lagern 6 die Maschine begrenzen. Das Maschinengehäuse 4 ist doppelwandig für eine Flüssigkeits-Oberflächenkühlung ausgeführt.

In den Lagern 6 ist die Welle 7 für den Rotor 2 gelagert. Daüberhinaus wird auf einer Seite der Maschine die Welle 7 durch das Lagerschild 5 durchgeführt und am verlängerten Wellenende sind die Schleifringe 8 angeordnet. Die Schleifringe 8 sind mit einer am Lagerschild 5 befestigten Abdeckung 9 versehen, wobei auf der Abdeckung 9 auch der Klemmenkasten vorgesehen sein kann.

Der Rotor 2 besteht aus geschichteten Läuferblechen 10, wobei diese auf der Welle 7 angeordnet sind. Dieser Rotor 2 weist eine Schleifringläuferwicklung 11 auf, die über Bohrungen 12 in der Welle 7 zu den Schleifringen 8 geführt ist.

Wie bereits erwähnt, ist das Maschinengehäuse 4 doppelwandig für eine Flüssigkeitskühlung ausgeführt. Bei dieser Mantelkühlung wird über die Anschlüsse 13 die Kühlflüssigkeit zugeführt. Darüberhinaus ist im Maschineninnenraum ein Kühlrohr 14 vorgesehen, das im Bereich der Wicklung 3 des Stators 1 , insbesondere parallel zu den Stirnseiten der Wicklungsköpfe der Wicklung 3 angeordnet ist. Dieses Kühlrohr 14 kann bei der Ausführung einer Mantelkühlung über Anschlüsse 15 mit der Mantelkühlung verbunden sein. Es ist aber durchaus im Rahmen der Erfindung eigene Anschlüsse für die Kühlfiüssigkeit vorzusehen. Bei der Maschinentype eines Schleifringläufers ist es auf Grund der Schleifringkonstruktion naheliegend, keine Wellenkühlung vorzusehen. Als echte Alternative dazu bietet sich die Möglichkeit an, ein Kühlrohr 16 nahe den Lagern 6 anzuordnen. Wie bereits oben aufgezeigt, kann das Kühlrohr 16 über die Anschlüsse 17 mit der Mantelkühlung verbunden sein bzw. könnten eigene Anschlüsse vorgesehen werden.

Es liegt aber durchaus auch im Rahmen der Erfindung, die Kühlrohre 14 bzw. 16 bei einer vorhandenen Wellenkühlung diese mit der Wellenkühlung über Anschlüsse zu verbinden.

Gemäß der Fig. 2 ist das Kühlrohr 14 bzw. 16 an seiner Oberfläche mit Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche versehen. Als Material für das Kühlrohr 14 bzw. 16 eignet sich beispielsweise Aluminium oder aber auch Niroster-Matehalien. Abhängig ist die Materialentscheidung des Kühlrohres 14 bzw. 16 aber sicherlich vom verwendeten Kühlmittel.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrische Maschine, bestehend aus einem Stator, einer rotierenden Welle, mit auf dieser starr befestigtem Rotor und einem Gehäuse in dem der Stator befestigt ist, und wobei das Gehäuse beidseitig ein Lagerschild mit einem Lager aufweist, über die die Welle gelagert ist und gegebenenfalls das Gehäuse und/oder die Welle flüssigkeitsgekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Gehäuses nahe der im Stator vorgesehenen Wicklung und/oder im Bereich der Lager mindestens ein Kühlrohr für eine Kühlflüssigkeit angeordnet ist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr an seiner Oberfläche Rippen aufweist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr parallel und/oder konzentrisch zu den Stirnseiten der Wicklungsköpfe der im Stator vorgesehenen Wicklung angeordnet ist.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr parallel und/oder konzentrisch zur Lagerung der Welle angeordnet ist.

5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr mit der Gehäuseoberflächenkühlung und/oder mit der Wellenkühlung verbunden ist.