WO2003005535A2 - Kühlvorrichtung eines elektromotors - Google Patents

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WO2003005535A2
WO2003005535A2 PCT/DE2002/002468 DE0202468W WO03005535A2 WO 2003005535 A2 WO2003005535 A2 WO 2003005535A2 DE 0202468 W DE0202468 W DE 0202468W WO 03005535 A2 WO03005535 A2 WO 03005535A2
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WO
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pipe
heat exchange
cooling device
outflow pipe
inflow
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/002468
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ingolf GRÖNING
Thomas Schelbert
Bernd Schnurr
Original Assignee
Rexroth Indramat Gmbh
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Publication date
Application filed by Rexroth Indramat Gmbh filed Critical Rexroth Indramat Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors

Definitions

  • the invention relates to a cooling device of an electric motor, which is constructed from an arrangement of cooling tubes, the associated cooling tubes being at least partially inserted into corresponding receiving recesses of a primary part or secondary part of an electric motor with a core made of a magnetically conductive material.
  • the cooling tube geometry has an inlet for a cooling fluid.
  • the inlet communicates with an adjoining inflow pipe.
  • Such a cooling tube geometry is very inhomogeneously distributed with regard to its cooling efficiency over the length of the linear motor or over the circumference of a rotary motor. Since it is generally not possible to insert such a cooling tube geometry as a whole in a corresponding electric motor, a large number of fastening points - these are usually soldering points - are necessary in order to connect the individual transverse tubes to one another to form a meandering structure. In this case, each cross tube must be connected to the curved section at each curved diversion section between two Que ⁇ Ohren.
  • the invention offers the advantage of a more homogeneous cooling and thus enables more effective cooling to be achieved with a constant cooling flow rate and cooling fluid quantity per unit of time. Under the conditions mentioned, a larger or more powerful linear motor or rotary motor can be fitted, since the heat output is dissipated much more efficiently. In addition, this cooling tube geometry is easier to assemble and thus causes less effort and also lower costs during production.
  • Heat exchange tubes so that in principle there is a more homogeneous distribution of the heat output through the heat exchange tubes.
  • the actual cooling of the core or of the entire primary part or secondary part preferably takes place exclusively or predominantly through the heat exchange tubes.
  • additional cooling sections can also be provided. This will be discussed in more detail later.
  • the heat exchange tubes are thermally coupled to the primary part or secondary part; This means that there is a thermal connection between the primary part or secondary part or the core of the electric motor and the heat exchange tubes.
  • the heat exchange tubes can be inserted into the corresponding receiving recesses, so that there is sufficient thermal contact with the surroundings.
  • the heat exchange pipes open into a discharge pipe.
  • the resulting flows in the inflow pipe and in the outflow pipe are designed such that they have rectified flow components. They preferably have flow components in the same direction over the entire lengths of the inflow pipe and outflow pipe.
  • the flows preferably run essentially in the same direction. Due to the rectified flow components or the essentially rectified flows themselves, a course of the pressure drop in the pipelines involved is automatically generated, which always guarantees complete ventilation and a uniform flow without dead zones.
  • the Wä ⁇ neleyrahre run with cross component, preferably practically transverse to the inflow pipe and outflow pipe between the inflow pipe and outflow pipe. This enables better use of space to be achieved with a smaller overall floor space.
  • the inflow pipe or the outflow pipe can / can - At least partially - seen in the longitudinal direction immediately adjacent to the heat exchange tubes, the heat exchange tubes preferably branching off separately from the inflow pipe and / or from the outflow pipe.
  • the separate outlets which are adjacent in the direction of the dynamic pressure gradient, bring about an overpressure on the side of the outlets of the heat exchange pipes into the inflow pipe and, in contrast, a negative pressure on the side of the outlets of the heat exchange pipes into the outflow pipe, the pressure profile along the outflow pipe and along the inflow pipe overall creating a pressure drop which has an overpressure on the inflow side and a vacuum on the outflow side with respect to practically every heat exchange pipe.
  • a device according to the invention is automatically virtually completely self-venting, has a very homogeneous cooling and overall has such an advantageous flow pattern that - with the same or comparable cooling flow current density - the electric motor in question can be dimensioned with a higher output.
  • the inflow pipe and outflow pipe preferably run practically parallel to one another and / or the heat exchange pipes also run practically parallel to one another, the heat exchange pipes being arranged practically transversely to the inflow pipe and / or to the outflow pipe.
  • the inlet is arranged in the direction of the rectified flow components of the inflow pipe and outflow pipe in front of the mouths of the heat exchange pipes, a uniform flow is seen across all heat exchange pipes and a pressure drop as described above is realized over the entire length, so that the entire length of the inflow pipe is also suitable for the effect according to the invention is used.
  • an outlet of the outflow pipe in the direction of the rectified flow components of the inflow pipe and outflow pipe is arranged behind the openings of the heat exchange pipes in the outflow pipe.
  • a pressure drop is realized along the heat exchange pipes, which over the entire length of the outflow pipe - i.e. also over all junctions of the heat exchange tubes into the inflow tube - in the direction of the outlet, in such a way that the cooling fluid is sucked out of all heat exchange tubes.
  • FIG. 1 shows a top view of a cooling device according to the present invention
  • FIG. 2 shows a top view of the primary part of a linear motor in which a cooling device according to the invention is inserted
  • FIG. 2a shows a section along AA as shown in FIG. 2
  • FIG. 2b shows a side view in direction B, as shown in Figure 2
  • Figure 2c shows a section along CC
  • Figure 2d shows a section along DD.
  • FIG. 1 shows the top view of a pipeline system consisting of various cooling pipes, which forms a cooling device 1 according to the present invention.
  • This Pipe system / this cooling device is used in the primary part 3 of an electric motor. This applies in the event that the primary part has 3 electrical windings.
  • Such a cooling device 1 can also be used in the secondary part of an electric motor, provided that the secondary part has power windings that generate power losses.
  • the cooling device 1 has an inlet 5 for a cooling fluid.
  • the inlet 5 communicates with an adjoining inflow tube 6, through which the cooling fluid is supplied to the heat exchange tubes 7.
  • the heat exchange tubes 7 are connected in parallel to one another and are thermally coupled to the primary part 3 (or possibly secondary part).
  • the heat exchange tubes 7 branch practically perpendicularly from the inflow tube 6 and open into the outflow tube 8 on the opposite side.
  • suitable lines e.g. flexible lines (hoses) can also be used.
  • only pipes / pipelines are referred to here.
  • Both the inflow pipe 6 and the outflow pipe 8 are practically arranged transversely to the heat exchange pipes 7, the heat exchange pipes 7 each opening separately into the inflow pipe 6 and into the outflow pipe 8.
  • the cooling device externally forms the form of a cooling radiator.
  • the resulting lattice structure, each with separate openings 11, 12, which are arranged adjacent to one another in the effective flow direction 9, 10 both of the inflow pipe 6 and of the outflow pipe 8, result in advantageous flow characteristics of the entire cooling device 1.
  • the resulting flows 9, 10 in the inflow pipe 6 and outflow pipe 8 are essentially rectified, specifically in the direction of the sequence of the junctions of the heat exchange pipes 7 in the inflow pipe 6 and outflow pipe 8. This results in the grid-like geometry.
  • Such a cooling device 1 requires practically no further devices for ventilation, since the mentioned pressure distribution automatically expels any air that is present. This advantage is achieved without further venting devices.
  • the outflow pipe 8 has an adjoining transverse section 16 of a diversion pipe; this is in turn followed by a longitudinal section 17, so that the result of inlet 5 and outlet 13 are on the same side - in this case on the lower narrow side of the cooling device 1.
  • an additional cooling effect of the corresponding pipe sections of the outflow pipe 8 (16, 17) can be achieved over the entire envelope 14 - which is essentially rectangular - on two long sides and a narrow side of the cooling device 1, and on the other hand inlet 5 and outlet 13 can be arranged on the same side, so that the corresponding connecting pieces can be arranged adjacent to one another. This considerably simplifies the connection geometry and the supply of the cooling fluid.
  • FIG. 2 shows a plan view of a cooling device, consisting of a cooling pipe system as described above, which is inserted into the core 4 of a primary part 3 of a linear motor in a housing 31 made of non-magnetic sheet metal.
  • Inlet 5 and outlet 13 of the cooling device 1 are arranged on the same narrow side of the primary part 3, as is the electrical connection 29, which is connected to a cable 30, which forms the power supply for the individual windings, of which only the winding head 27 can be seen in each case.
  • the arrangement of the cooling device 1 in the primary part 3 of the linear motor is as efficient and space-saving as possible, so that overall there is a rectangular envelope 14 of the cooling device 1, which practically fits into the corresponding grandriss of the primary part 3.
  • the inflow pipe 6 on the narrow side, on which the inlet 5 and outlet 13 are located L-shaped, so that - as can be seen in FIG. 2b - inlet 5 and outlet 13 are arranged at the same height and directly adjacent, so that a space-saving and efficient connection is possible.
  • the cooling fluid is supplied or removed in the inflow direction 23 or outflow direction 24.
  • the resulting flow resistance, the resulting flow velocity / flow velocity and the resultant pressure distribution in the heat exchange tubes 7 are predetermined by the ratio of the effective line cross sections 20, 21, 22 involved.
  • the effective cable cross-sections are e.g. the clear spaces, i.e. Areas of the involved pipelines 6, 7, 8 and, generally speaking, the resulting line cross sections of a (replacement) pipeline, the flow characteristics of which correspond to those of the (real) pipeline 6, 7, 8 concerned.
  • the ratio of the effective line cross section 20, 22 of the inflow pipe 6 or outflow pipe 8 to the effective line cross section 21 of the heat exchange pipes 7 in the area from 1.25 to 3.5 to 1 proved to be advantageous. If the number of existing, parallel connected If the exchange tube 7 is less than or equal to 30, the ratio of the effective line cross section 20, 22 of the inflow tube 6 or outflow tube 8 to the effective line cross section 21 of a heat exchange tube 7 is preferably approximately 1.25 to 1.7 to 1, if the number of available parallel ones WänneleyiOre 7 is greater than or equal to 30, about 1.7 to 3.5 to 1.
  • the inflow pipe 6 ends blind at 25 in FIG. 2, and the outflow pipe 8 ends at 26 in FIG. 2.
  • the flow characteristic already described above is thereby realized.
  • there are still bypass pipe sections namely a transverse section 16 and a longitudinal section 17, which return the cooling fluid from the outflow pipe 8 to the side on which the inlet 5 is located, so that also the outlet 13 can be attached on the same side.
  • the transverse section 16 runs at an inclination with respect to the cooling device plane 18, so that the longitudinal section 17 - which is located on the same long side as the inflow pipe 6 - runs below the inflow pipe 6.
  • the grand crack of the primary part 3 is optimally filled and used and does not have to be widened or increased for the invention.
  • baffle plates 19 are provided, which can be attached to the outflow pipe 8 and possibly also to the transverse section 16 and the longitudinal section 17 and which protrude transversely to the cooling device plane 18.
  • the baffle plates 19 are preferably only provided on the outflow pipe 8 or on the deflection pipe sections 16, 17.
  • the heat-conducting sheets 19 are - indirectly via a thermally conductive casting compound 28, with which the corresponding cavity is filled or directly - with thermal components to be cooled of the primary part 3 of the electric motor, specifically with such components that are outside the core 4 and the outflow pipe 8 or the bypass pipe sections 16, 17 are arranged adjacent.
  • the thermal guide plates 19 are preferably in thermal contact with winding heads 27 of the electric motor.
  • the cooling device 1 can be assembled from corresponding individual pipes and / or partial pipe systems before they are inserted into the primary part 3. If it is already complete before insertion, it is inserted into the receiving recesses 2 from above before the windings are introduced. However, it can also be only an outflow pipe 8 or inflow pipe 6 connected to the heat exchange pipes 7 before insertion (soldered, in particular brazed) and laterally inserted into the recesses 2 or into corresponding receiving holes (not shown). Then the connections between heat exchange pipes 7 and inflow pipe 6 and / or outflow pipe 8 are subsequently made - in situ.

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Abstract

Um eine Kühlvorrichtung, die in korrespondierende Aufnahmeausnehmungen eines Primärteils oder Sekundärteils eines Elektromotors mit einem Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material eingesetzt ist, und welche von einem Kühlfluid durchströmt wird, der eingangs genannten Art anzugeben, die eine homogenere Kühlung erlaubt und tortzdem mit geringerem Aufwand einzubauen bzw.zu montieren ist, wird vorgeschlagen, dass parallel geschaltete Wärmetauschrohre vorgesehen sind, die thermisch mit dem Primärteil oder Sekundärteil gekoppelt sind und die in ein Abströmrohr münden, wobei die resultierenden Strömungen in Zuströmrohr und Abströmrohr jeweils gleich-gerichtete Strömungskomponenten aufweisen, und zwar hinsichtlich der Richtung der Abfolge der Einmündungen der Wärmetauschrohre in das Zuströmrohr bzw.in das Abströmrohr.

Description

Kühlvorrichtung eines Elektromotors
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung eines Elektromotors, die aus einer Anordnung von Kühlrohren aufgebaut ist, wobei die zugehörigen Kühlrohre zumindest teil- weise in korrespondierende Aufnahm eausnehmungen eines Primärteils oder Sekundärteils eines Elektromotors mit einem Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material eingesetzt ist.
Die Kühlrohrgeometrie weist einen Einlass für ein Kühlfluid auf. Der Einlass kommu- niziert mit einem sich daran anschließenden Zuströmrohr.
Dabei ist es bekannt, dass eine sich an den Einlass anschließende, mäandrierende Kühlrohrgeometrie vorgesehen ist, durch welche das Kühlfluid hindurchfließt. Der Wärmeaustausch erfolgt dabei hauptsächlich über die Mäanderabschnitte des Kühlrohrs.
Eine solche Kühlrohrgeometrie ist hinsichtlich ihres Kühlwirkungsgrades über die Länge des Linearmotors oder über den Umfang eines Rotationsmotors gesehen sehr inhomogen verteilt. Da es in der Regel nicht möglich ist, eine solche Kühlrohrgeometrie als ganzes in einen entsprechenden Elektromotor einzusetzen, ist eine Vielzahl von Be- festigungsstellen - dies sind meist Lötstellen - notwendig, um die einzelnen Querrohre miteinander zu einer Mäanderstruktur zu verbinden. Hierbei muss an jedem gebogenen Umleitungsabschnitt zwischen zwei QueπOhren jedes Querrohr mit dem bog&nförmigen Abschnitt verbunden werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine homogenere Kühlung und damit eine höhere Leistung des Elektromotors bei gleichbleibendem Kühlfluiddurchfluss erlaubt und trotzdem mit geringerem Aufwand einzubauen bzw. zu montieren ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Erfindung bietet den Vorteil einer homogeneren Kühlung und ermöglicht es damit, bei gleichbleibender Kühlflussgeschwindigkeit und Kühlfluidmenge pro Zeiteinheit eine effektivere Kühlung zu erreichen. Unter den genannten Bedingungen kann damit ein größerer oder leistungsfähiger Linearmotor oder Rotationsmotor bestückt werden, da die Wärmeleistung wesentlich effizienter abgeführt wird. Zudem ist diese Kühlrohr- geometrie einfacher zu montieren und verursacht damit geringeren Aufwand und auch geringe Kosten bei der Fertigung.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass - strömungstechnisch - parallel geschaltete Wäπnetauschrohre vorgesehen sind. Über die parallel geschalteten Wärmetauschrohre erfolgt der Wärmetausch; diese sind thermisch mit dem Primärteil oder Sekundärteil gekoppelt. Sie zweigen von dem Zuströmrohr ab. Durch die Parallelschaltung ergibt sich die Möglichkeit, dass die Wärmetauschrohre schon ab ihrer Abzweigung von dem Zuströmrohr mit Kühlfluid praktisch gleicher bzw. nur vergleichsweise wenig unterschiedlicher Temperatur beaufschlagt werden. Das Kühlfluid fließt nämlich mit ledig- lieh geringfügigen bis verschwindenden Temperaturunterschieden in die einzelnen
Wärmetauschrohre, so dass prinzipiell eine homogenere Verteilung der Wärmeabgabe durch die Wärmetauschrohre erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt die eigentliche Kühlung des Kerns bzw. des gesamten Primärteils oder Sekundärteils ausschließlich oder vorwiegend durch die Wärmetauschrohre. Es können jedoch noch zusätzliche Kühlstrecken vorgesehen sein. Hierauf wird später noch näher eingegangen.
Die Wärmetauschrohre sind thermisch mit dem Primärteil oder Sekundärteil gekoppelt; dies bedeutet, dass eine Wärmeleitverbindung zwischen dem Primärteil oder Sekundärteil oder dem Kern des Elektromotors und den Wärmetauschrohren vorliegt. Hierzu können die Wärmetauschrohre in die entsprechenden Aufhahmeausnehmungen eingelegt sein, so dass ein ausreichender Wärmeleitkontakt mit der Umgebung gegeben ist.
Die Wärmetauschrohre münden in ein Abströmrohr. Die resultierenden Strömungen im Zuströmrohr und im Abströmrohr sind dabei derart ausgelegt, dass sie gleichgerichtete Strömungskomponenten aufweisen. Sie weisen vorzugsweise über die gesamten Längen von Zuströmrohr und Abströmrohr gleichgerichtete Strömungskomponenten auf. Vorzugsweise verlaufen die Strömungen im wesentlichen in gleicher Richtung. Durch die gleichgerichteten Strömungskomponenten bzw. durch die im wesentlichen gleichgerichteten Strömungen selber wird automatisch ein Verlauf des Druckabfalls in den be- teiligten Rohrleitungen erzeugt, der immer eine vollständige Entlüftung und eine gleichmäßige Strömung ohne Totzonen gewährleistet.
Durch die parallel geschalteten Wärmetausclirohre wird auch - im Gegensatz beispielsweise zu einer durchgehenden Kühlschlange - bei höherer Kühlleistung ein geringerer Durchflusswiderstand erreicht. Denn der resultierende Strömungswiderstand des Wärmetauschrohrsystems ist durch die Parallelschaltung der einzelnen Wärmetauschrohre gegenüber dem Strömungswiderstand eines einzelnen Rohres reduziert.
Mit den oben genannten Vorteilen ergibt sich damit eine Kühlvorrichtung, die es auf- grund der homogeneren Kühlung und des geringeren Durchflusswiderstandes erlaubt, einen entsprechenden Linearmotor/Rotationsmotor bei insgesamt geringem Kühlaufwand mit höherer Leistung zu dimensionieren.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Wäπnetauschrahre verlaufen mit Querkomponente, vorzugsweise praktisch quer bezüglich Zuströmrohr und Abströmrohr zwischen Zuströmrohr und Abströmrohr. Da- ' durch ist eine bessere Raumausnutzung bei insgesamt kleinerer Grundrissfläche zu rea- lisieren. Das Zuströmrohr bzw. das Abströmrohr kann/können - zumindest teilweise - in deren Längsrichtung gesehen unmittelbar benachbart zu den Wärmetauschrohren angeordnet sein, wobei die Wännetauschrohre vorzugsweise jeweils separat vom Zuströmrohr und/oder vom Abströmrohr abzweigen. Da die resultierenden Strömungen in Zuströmrohr und Abströmrohr zueinander gleichgerichtete Strömungskomponenten aufweisen, bewirken die separaten Einmündungen, die in Richtung des dynamischen Druckgefälles benachbart sind, einen Überdruck an der Seite der Einmündungen der Wännetauschrohre in das Zuströmrohr und demgegenüber einen Unterdruck auf der Seite der Einmündungen der Wärmetauschrohre in das Abströmrohr, wobei der Druckverlauf entlang dem Abströmrohr und entlang dem Zuströmrohr insgesamt ein Drackgefälle erzeugt, welches bezüglich praktisch jeden Wännetauschrohres zu- strömseitig einen Überdruck und abströmseitig einen Unterdruck aufweist. Dadurch entsteht ein Absaugeffekt, so dass einerseits eine gleichmäßige Durchströmung ohne Totzonεn der Strömung gewährleistet ist und andererseits verhindert wird, dass sich in den Wärmetauschrohren Luftansammlungen bilden. Durch den günstigen Strömungsverlauf bei der vorliegenden Erfindung wird damit auch eine zusätzliche Entlüftung der beteiligten Rohrleitungen überflüssig. Eine erfmdungsgemäße Vorrichtung ist automatisch praktisch vollständig selbstentlüftend, weist eine sehr homogene Kühlung auf und hat insgesamt einen derart vorteilhaften Strömungsverlauf, dass - bei gleicher oder vergleichbarer Kühlungsdurchflussstromdichte - der betreffende Elektromotor mit höherer Leistung dimensioniert werden kann.
Vorzugsweise verlaufen Zuströmrohr und Abströmrohr praktisch zueinander parallel und/oder verlaufen auch die Wännetauschrohre praktisch zueinander parallel, wobei die Wännetauschrohre praktisch quer zu dem Zuströmrohr und/oder zu dem Abströmrohr angeordnet sind. Dadurch werden die oben genannten Vorteile optimiert, da einerseits eine an den jeweiligen Elektromotor angepasste, kompakte Bauweise emiöglicht wird und andererseits die Strömungscharakteristik der Kühlvorrichtung in obigem Sinne voll ausgenutzt werden kann. Die Strömungskomponenten sind dann nämlich derart, dass einerseits die Wännetauschrohre jeweils aufgrund der separaten Einmündung mit Kühlfluid praktisch gleicher Temperatur durchströmt und andererseits der genannte Druckabfall (der dynamische Druckabfall) über die praktisch gesamte Nutzlänge von Zuströmrohr und/oder Abströmrohr voll ausgenutzt wird. Wenn der Einlass in Richtung der gleichgerichteten Strömungskomponenten von Zuströmrohr und Abströmrohr gesehen vor den Einmündungen der Wännetauschrohre angeordnet ist, ist eine über alle Wännetauschrohre gesehen gleichmäßige Durchströmung und über die gesamte Länge ein wie oben beschriebener Druckabfall realisiert, so dass die gesamte Länge des Zuströmrohrs auch für den erfmdungsgemäßen Effekt ausgenutzt wird.
Gleichennaßen ist vorgesehen, dass ein Auslass des Abströmrohrs in Richtung der gleichgerichteten Strömungskomponenten von Zuströmrohr und Abströmrohr hinter den Einmündungen der Wännetauschrohre in das Abströmrohr angeordnet ist. Auch hier ist dann ein Druckgefälle entlang der Wännetauschrohre realisiert, welches über die gesamte Länge des Abströmrohrs - d.h. auch über alle Einmündungen der Wännetauschrohre in das Zuströmrohr - in Richtung des Auslasses verläuft, und zwar derart, dass das Kühlfluid aus allen Wärmetauschrohren abgesaugt wird.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, Figur 2 eine Draufsicht auf das Primärteil eines Linearmotors, in welches eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung eingesetzt ist, Figur 2a einen Schnitt entlang A-A wie in Figur 2 gezeigt, Figur 2b eine Seitenansicht in Richtung B, wie in Figur 2 gezeigt, Figur 2c einen Schnitt entlang C-C, Figur 2d einen Schnitt entlang D-D.
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, beziehen sich alle Bezugszeichen stets auf alle Figuren.
Figur 1 zeigt die Draufsicht auf ein Rohrleitungssystem aus verschiedenen Kühlrohren, welches eine Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bildet. Dieses Rohrleitungssystem / diese Kühlvorrichtung wird in das Primärteil 3 eines Elektromotors eingesetzt. Dies gilt für den Fall, dass das Primärteil 3 elektrische Wicklungen aufweist. Eine solche Kühlvorrichtung 1 kann auch in das Sekundärteil eines Elektromotors eingesetzt werden, sofern das Sekundärteil Verlustleistungserzeugende, elektrische Wicklungen aufweist.
Die Kühlvorrichtung 1 hat einen Einlass 5 für ein Kühlfluid. Der Einlass 5 kommuniziert mit einem sich daran anschließenden Zuströmrohr 6, durch welches das Kühlfluid den Wärmetauschrohren 7 zugeführt wird. Die Wännetauschrohre 7 sind zueinander parallel geschaltet und thennisch mit dem Primärteil 3 (oder ggf. Sekundärteil) gekop- pelt. Die Wännetauschrohre 7 zweigen praktisch senkrecht von dem Zuströmrohr 6 ab und münden an der gegenüberliegenden Seite in das Abströmrohr 8 ein. Selbstverständlich können statt der Rohre auch entsprechend geeignete, andere Leitungen, z.B. auch flexible Leitungen (Schläuche), verwendet werden. Hier wird der Einfachheit halber lediglich auf Rohre/Rohrleitungen bezuggenommen. Sowohl Zuströmrohr 6 als auch Abströmrohr 8 sind praktisch quer zu den Wärmetauschrohren 7 angeordnet, wobei die Wännetauschrohre 7 jeweils separat in das Zuströmrohr 6 und in das Abströmrohr 8 einmünden. Insoweit bildet die Kühlvorrichtung äußerlich die Fonn eines Kühlradiators. Die entstehende Gitterstruktur mit jeweils separaten Einmündungen 11,12, die einander in effektiver Strömungsrichtung 9,10 sowohl von Zuströmrohr 6 als auch von Abströmrohr 8 benachbart angeordnet sind, haben eine vorteilhafte Strömungscharakteristik der gesamten Kühlvorrichtung 1 zur Folge. Hierzu sind die resultierenden Strömungen 9, 10 in Zuströmrohr 6 und Abströmrohr 8 im wesentlichen gleichgerichtet, und zwar in Richtung der Abfolge der Einmündungen der Wänntauschrohre 7 in Zuströmrohr 6 und Abströmrohr 8 gesehen. Daraus ergibt sich die gitterartige Geometrie.
Gemäß dem Bernoulli-Effekt resultiert daraus der vorteilhafte, dynamische Druckabfall; an dem in Figur 1 unteren Ende des Zuströmrohrs 6, das ist das Ende, an dem sich der Einlass 5 befindet, herrscht eine große Strömungsgeschwindigkeit im Zuströmrohr 6 und damit ein vergleichsweise geringer Gesamtdruck. Der resultierende Druck erhöht sich demzufolge in der Richtung 9 der resultierenden Strömung im Zuströmrohr 6, bis im oberen Bereich des Zuströmrohrs 6 - das ist der Bereich an dem Blindende 25 des Zuströmrohrs 6 - der Maximaldruck im Zuströmrohr 6 erreicht ist. Gleiches gilt sinngemäß auch für das Abströmrohr 8. Dort ist das Blindende 26 im unteren Bereich angeordnet. Dort herrscht die kleinste Strömungsgeschwindigkeit und damit der größte Druck.
Eine solche Kühlvorrichtung 1 benötigt praktisch keine weiteren Vorrichtungen zur Entlüftung, da die genannte Druckverteilung evtl. vorhandene Luft automatisch austreibt. Dieser Vorteil wird ohne weitere Entlüftungsvorrichtungen erreicht.
Das Abströmrohr 8 hat einen sich daran anschließenden Querabschnitt 16 eines Umlei- rungsrohres; daran schließt sich wiederum ein Längsabschnitt 17 an, so dass im Ergebnis Einlass 5 und Auslass 13 an der selben Seite - in diesem Fall an der unteren Schmalseite der Kühlvorrichtung 1 - liegen. Dadurch kann einerseits über die gesamte Einhüllende 14 - die im wesentlichen rechteckfonnig ist - an zwei Längsseiten und einer Schmalseite der Kühlvorrichtung 1 noch eine zusätzliche Kühlwirkung der entspre- chenden Rohrabschnitte des Abströmrohrs 8 (16, 17) erzielt werden und können andererseits Einlass 5 und Auslass 13 an der selben Seite angeordnet sein, so dass die entsprechenden Stutzen benachbart zueinander angeordnet sein können. Dies bewirkt eine erhebliche Vereinfachung der Anschlussgeometrie und der Zuführung des Kühlfluids.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung, bestehend aus einem Kühlrohrsystem wie vorher beschrieben, welche in den Kern 4 eines Primärteils 3 eines Linearmotors in einem Gehäuse 31 aus nichtmagnetischen Blech eingesetzt ist. Die folgende Beschreibung erfolgt unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Figuren 2 und 2a-d: Einlass 5 und Auslass 13 der Kühlvorrichtung 1 sind an der selben Schmalseite des Primärteils 3 angeordnet, wie auch der elektrische Anschluss 29, der mit einem Kabel 30 verbunden ist, welches die Stromzufuhr für die einzelnen Wicklungen, von denen lediglich jeweils der Wickelkopf 27 zu sehen ist, bildet. Die Anordnung der Kühlvorrichtung 1 im Primärteil 3 des Lineannotors ist möglichst effizient und platzsparend, so dass sich insgesamt eine rechteckförmige Einhüllende 14 der Kühlvorrichtung 1 ergibt, die praktisch in den entsprechenden Grandriss des Primärteils 3 hineinpasst. Dafür ist das Zuströmrohr 6 an der Schmalseite, an der sich Einlass 5 und Auslass 13 befinden, L-fönnig abgewinkelt, so dass - wie in Figur 2b zu sehen - Einlass 5 und Auslass 13 auf der selben Höhe und direkt benachbart angeordnet sind, so dass ein platzsparender und effizienter Anschluss ermöglicht ist. Die Zufuhr bzw. Abfuhr des Kühlfluids erfolgt in der Zuströmrichtung 23 bzw. Abströmrichtung 24.
Zwischen Zuströmrohr 6 und Abströmrohr 8 - die auf der gleichen Ebene bezüglich der Großflächen des Primärteils 3 liegen - verlaufen Wärmetauschrohre 7, die jeweils von dem Zuströmrohr 6 und von dem Abströmrohr 8 rechtwinklig abzweigen. Aus Figur 2a wird deutlich, dass Zuströmrohr 6 und Abströmrohr 8 auf einer (Kühlvorrichtungs-) Ebene 18 liegen, so dass sie - wie in Figur 2d zu sehen - am Nutgrund der Aufinahme- nuten für die Primärwicklungen in einer entsprechenden Aufhahmeausnehmung 2 angeordnet sind. Durch diese Anordnung werden die Wicklungen effektiv und praktisch unmittelbar gekühlt.
Durch die Vielzahl von parallelgeschalteten Wärmetauschrohren 7 ist die Durchflussge- schwindigkeit in jedem einzelnen Wännetauschrohr 7 vergleichsweise gering, so dass der eigentliche Wärmetausch sehr effizient ist. Gemäß der Erfindung wird der resultierende Strömungswiderstand, die resultierende Strömungsgeschwindig- keit/Durchflussgeschwindigkeit sowie die resultierende Druckverteilung in den Wärmetauschrohren 7 durch das Verhältnis der beteiligten, effektiven Leitungsquer- schnitte20,21,22 vorbestimmt. Die effektiven Leitungsquerschnitte sind dabei z.B. die lichten Weiten, d.h. Flächen der beteiligten Rohrleitungen 6,7,8 und allgemein gesagt die resultierenden Leitungsquerschnitte einer (Ersatz-) Rohrleitung, deren strömungstechnische Charakteristik derjenigen der betreffenden (realen) Rohrleitung 6,7,8 entspricht.
Für die Verlustleistungscharakteristik von Elektromotoren, insbesondere für die geometrische Verteilung der Verlustleistung und die Verlustleistungsdichte von Elektromotoren hat sich nach Untersuchungen im Hause der Anmelderin ein Verhältnis des effektiven Leitungsquerschnitts 20,22 des Zuströmrohrs 6 bzw. Abströinrohrs 8 zum effektiven Leitungsquerschnitt 21 der Wärmetauschrohre 7 im Bereich von 1,25 bis 3,5 zu 1 als vorteilhaft erwiesen. Wenn die Anzahl der vorhandenen, parallelgeschalteten Wännetauschrohre 7 kleiner oder gleich 30 ist, beträgt das Verhältnis des effektiven Leitungsquerschnitts 20,22 des Zuströmrohrs 6 bzw. Abströmrohrs 8 zum effektiven Leitungsquerschnitt 21 eines Wännetauschrohrs 7 vorzugsweise etwa 1,25 bis 1,7 zu 1, wenn die Anzahl der vorhandenen, parallelgeschalteten WännetauschiOhre 7 größer oder gleich 30 ist, etwa 1,7 bis 3,5 zu 1.
Das Zuströmrohr 6 endet in Figur 2 bei 25 blind, das Abströmrohr 8 in Figur 2 bei 26. Dadurch ist die bereits oben beschriebene Strömungscharakteristik realisiert. Um eine effiziente Geometrieanpassung des Kühlrohrverlaufs an das Primärteil 3 vorzunehmen sind noch Umleitungsrohrabschnitte, und zwar ein Querabschnitt 16 und ein Längsab- schnitt 17 vorhanden, die das Kühlfluid vom Abströmrohr 8 an diejenige Seite zurückleiten, an der sich der Einlass 5 befindet, so dass auch der Auslass 13 an der selben Seite angebracht werden kann. Wie in Figur 2c zu sehen ist, verläuft der Querabschnitt 16 mit Neigung gegenüber der Kühlvomchtungsebene 18, so dass der Längsabschnitt 17 - der sich auf der selben Längsseite wie das Zuströmrohr 6 befindet - unterhalb des Zuström- rohrs 6 verläuft. Dadurch wird der Grandriss des Primärteils 3 optimal ausgefüllt und ausgenutzt und muss für die Erfindung nicht verbreitert oder erhöht werden.
Um die Ausnützung der Kühlwirkung des Kühlfluids noch effizienter zu gestalten, sind zusätzliche Wänneleitbleche 19 vorgesehen, die an dem Abströmrohr 8 und ggf. auch an dem Querabschnitt 16 und dem Längsabschnitt 17 angebracht sein können und die quer zu der Kühlvomchtungsebene 18 auskragen. Dadurch wird einerseits noch eine ggf. vorhandene, restliche Kühlwirkung des bereits durch die Wärmetauschrohre 7 erwärmten Kühlfluids bewirkt, aber andererseits auch nicht das Kühlfluid bereits vor Passieren der Wärmetauschrohre 7 übennäßig erwärmt; daher sind die Wänneleitbleche 19 vorzugsweise lediglich an dem Abströmrohr 8 bzw. an den Umlenkrohrabschnitten 16, 17 vorgesehen. Die Wärmeleitbleche 19 stehen - mittelbar über eine thennisch leitfähige Vergussmasse 28, mit der der entsprechende Hohlraum verfüllt ist oder unmittelbar - mit zu kühlenden Komponenten des Primärteils 3 des Elektromotors in Wämieleit- kontakt, und zwar mit solchen Komponenten, die außerhalb des Kerns 4 und zu dem Abströmrohr 8 bzw. den Umleitungsrohrabschnitten 16, 17 benachbart angeordnet sind. Vorzugsweise stehen die Wänneleitbleche 19 in Wänneleitkontakt mit Wickelköpfen 27 des Elektromotors.
Die Kühlvorrichtung 1 kann bereits vor dem Einfügen in das Primärteil 3 aus entsprechenden Einzelrohren und/oder Teilrohrsystemen zusammengefügt werden. Wenn es bereits vor dem Einfügen vollständig ist, wird es in die Aufhahmeausnehmungen 2 von oben vor dem Einbringen der Wicklungen eingesetzt. Es kann aber auch lediglich ein Abströmrohr 8 oder Zuströmrohr 6 mit den Wärmetauschrohren 7 vor dem Einfügen verbunden (verlötet, insbesondere hartverlötet) sein und seitlich in die Aufhah eausnehmungen 2 oder in entsprechende Aufhahmebohrungen (nicht gezeigt) eingeschoben werden. Dann werden nachträglich - in situ - die Verbindungen zwischen Wärmetauschrohren 7 und Zuströmrohr 6 und/oder Abströmrohr 8 hergestellt.
Bezugszeichenliste
Kühlvoπichtung Aufhahmeausnehmung Primärteil Kern Einlass Zuströmrohr Wännetauschrohr Abströmrohr resultierende Strömung im Zuströmrohr resultierende Strömung im Abströmrohr Mündungsbereich der Wännetauschrohre im Zuströmrohr Mündungsbereich der Wännetauschrohre im Abströmrohr Auslass Einhüllende Schmalseite Querabschnitt Längsabschnitt Kühlvorrichtungsebene Wänneleitblech effektiver Leitungsquerschnitt des Zuströmrohrs effektiver Leitungsquerschnitt des Wännetauschrohrs effektiver Leitungsquerschnitt des Abströmrohrs Zuströmrichtung Abströmrichtung Blindende des Zuströmrohrs Blindende des Abströmrohrs Wickelkopf thennisch leitfähige Vergussmasse elektrischer Anschluss Kabel Gehäuse aus nichtmagnetischem Blech

Claims

Ansprüche
1. Kühlvorrichtung, die in korrespondierende Aufhahmeausnehmungen eines Primärteils oder Sekundärteils eines Elektromotors mit einem Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material eingesetzt ist, mit einem Einlass für ein Kühlfluid, der mit einem sich daran anschließenden ZuströmiOhr kommuniziert, an welches sich parallel geschaltete Wännetauschrohre anschließen, die thennisch mit dem
Primärteil oder Sekundärteil gekoppelt sind und die in ein Abströmrohr münden, wobei die resultierenden Strömungen in dem Zuströmrohr und dem Abströmrohr hinsichtlich der Abfolge der Einmündungen der Wännetauschrohre in das Zuströmrohr und das Abströmrohr gleichgerichtete Strömungskomponenten auf- weisen.
2. Kühlvonichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wännetauschrohre mit Querkomponente bezüglich Zuströmrohr und Abströmrohr zwischen Zuströmrohr und Abströmrohr verlaufen.
3. Kühlvonichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Wännetauschrohre jeweils separat in das Zuströmrohr und/oder in das Abströmrohr münden.
4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zuströmrohr und Abströmrohr und/oder die Wännetauschrohre praktisch zueinander parallel verlaufen, wobei die Wännetauschrohre praktisch quer zu dem Zuströmrohr und/oder dem Abströmrohr angeordnet sind.
5. Kühlvorrichtung nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass in Richtung der gleichgerichteten Strömungskomponenten von ZuströmiOhr und Abströmrohr gesehen strömungstechnisch vor den Eimnündungen der Wännetauschrohre angeordnet ist.
6. Kühlvonichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass des Abströmrohrs in Richtung der gleichgerichteten Strö- mungskomponenten von Zuströmrohr und Abströmrohr gesehen strömungstech- nisch hinter den Einmündungen der Wännetauschrohre in das Abströmrohr angeordnet ist.
7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Linearmotor ist, wobei vorzugsweise die Kühlvorrichtung mit praktisch rechteckigem Grandriss, insbesondere mit rechteckiger einhüllender aller beteiligten Rohrleitungen ausgebildet ist.
8. Kühlvorrichtung nach Ansprach 7 oder nach einem der Ansprüche 5 bis 6, da- durch gekennzeichnet, dass Einlass des Zuströmrohrs und Auslass des Abströmrohrs an der selben Seite der Kühlvorrichtung angeordnet sind, wobei insbesondere im Anschluss an das Abströmrohr dementsprechende Umleitungsrohrabschnitte vorgesehen sind.
9. Kühlvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Zuströmrohr und einem Abströmrohr und dazwischen angeordneten Wärmetauschrohren, die thennisch mit einem Primärteil oder Sekundärteil eines Elektromotors gekoppelt sind, wobei mit Querkomponente bezüglich einer Radiatorebene auskragende, zusätzliche Wänneleitbleche vorgesehen sind, die an dem Zuströmrohr und/oder an dem Abströmrohr, vorzugsweise lediglich am Abströmrohr, angebracht sind und die in thennischem Wänneleitkontakt mit zu kühlenden Komponenten des Elektromotors stehen, die außerhalb des Kems des Elektromotors und zu dem Zuströmrohr bzw. dem Abströmrohr benachbart sind.
10. Kühlvorrichtung nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wänneleitbleche in thermischem Wänneleitkontakt mit Wickelköpfen des Elektromotors stehen.
11. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des effektiven Leitungsquerschnitts (20,22) des Zuströmrohrs (6) bzw. Abströmrohrs (8) zum effektiven Leitungsquerschnitt (2 1) der Wännetauschrohre (7) im Bereich von 1,25 bis 3,5 zu 1 liegt.
12. Kühlvonichtung nach Ansprach 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der vorhandenen, parallelgeschalteten Wärmetauschrohre (7) kleiner oder gleich
30 ist und das Verhältnis des effektiven Leitungsquerschnitts (20,22) des Zuströmrohrs (6) bzw. Abströmrohrs (8) zum effektiven Leitungsquerschnitt (21) der Wännetauschrohre (7) im Bereich von 1,25 bis 1,7 zu 1 liegt.
13. Kühlvorrichtung nach Ansprach 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der vorhandenen, parallelgeschalteten Wännetauschrohre (7) größer oder gleich 30 ist und das Verhältnis des effektiven Leitungsquerschnitts (20,22) des Zuströmrohrs (6) bzw. Abströmrohrs (8) zum effektiven Leitungsquerschnitt (21) der Wännetauschrohre (7) im Bereich von 1,7 bis 3,5 zu 1 liegt.
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