WO2003015242A1 - Elektromotor mit kühlschlange - Google Patents

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Thomas Hoppe
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors

Definitions

  • the invention relates to an electric motor with at least one motor part, which has at least one cooling coil for dissipating waste heat.
  • a cooling coil is usually mounted on the side of the body facing away from the coils, through which a cooling medium such as water is passed.
  • a tube made of a good heat-conducting material such as copper, aluminum or the like is bent in a zigzag or meandering shape into a flat structure and fastened on the corresponding surface of the carrier body.
  • the bending of the material is technically complex, since it can easily cause compression on the inside of the bend and / or cracks on the outside of the bend. Furthermore, it must be taken into account that for different types of linear motors, which differ in terms of their dimensions, different cooling coils have to be kept available, which increases the effort for production and storage.
  • the object of the invention is to provide a motor part for an electric motor with a cooling coil, in which the cooling coil can be produced in a simple manner and can be adapted to different dimensions of the motor.
  • the cooling coil is made up of straight cooling tubes made of a material which is a good conductor of heat and deflections, the deflections being made of plastic.
  • the invention is based on the knowledge that, in the case of meandering cooling coils, the bends or deflections are normally arranged in edge regions of the body, from which little or no heat can be removed. Accordingly, deflections made of plastic material do not or only insignificantly impair the cooling capacity of the cooling coil, since in the critical areas in which a lot of heat has to be dissipated, cooling pipes made of a material with good thermal conductivity are arranged.
  • Cooling coils with the desired dimensions can be produced in a modular manner, for example, by cooling pipes with a standard length being cut to length and arranged in a suitable number according to a desired dimension via the deflections.
  • the deflections could consist of flexible hoses that are simply slipped over the ends of the cooling tubes or glued to them. Leakage and stability problems could, however, arise in the long term, so that this variant only appears to be suitable for engine parts in which the cooling coil is later cast with potting compound.
  • the deflections are therefore preferably produced as plastic molded parts, for example from thermosets or thermoplastics by means of injection molding or the like.
  • These deflections preferably have a receiving section for one end of a cooling tube or an insertion section for insertion into an end of a cooling tube on.
  • the receiving section or the insertion section can be provided with sealing elements such as O-rings or the like.
  • connection ends for the cooling tubes have a fixed distance.
  • the deflections can also be composed of two separate knees which are connected to one another via a coupling section, the coupling section being able to be formed on one of the knees or being provided as a separate part, in particular as a tube can.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a cooling coil from cooling tubes and deflections and
  • Fig. 2 shows schematically the structure of an engine part with a cooling coil.
  • the body 1 of a motor part of a linear motor is shown in broken lines in FIG. 2 in plan view.
  • this is the primary part, which has 1 teeth and coils on one side of the body, in which heat is developed.
  • this can also be the support plate of a secondary part that carries permanent magnets (synchronous motor) or the secondary part of an asynchronous motor in which eddy currents are generated.
  • a cooling coil K made of tubular material is attached, which is constructed from straight sections 10 and deflections 12, 13 as a flat, meandering element. Coolant, which is supplied via an inlet Z, passes through the cooling coil K, absorbs waste heat from the body 1 and leaves the cooling coil at an outlet A. In contrast to FIG. 2, is shown As a rule, outlet A is routed through a pipe to the area of inlet Z.
  • the cooling coil is constructed according to the invention from a plurality of straight tube sections 10 which are connected to one another via deflections, three different types of deflections 12, 13, 18 being shown in this figure.
  • the deflection 12 consists of a first 90 ° knee with a first receiving section 25, an adjoining straight partial section and a second 90 ° knee with a second receiving section 26.
  • annular grooves 23 for receiving O-rings 24 are formed in the receiving sections ,
  • cooling tubes 10 are cut to corresponding lengths to form cooling tubes 10, the ends 11 of which are introduced into the receiving sections 25, 26 and are thus connected to one another. Accordingly, the inner diameter of the deflection 12 is selected to match the outer diameter of the cooling tube 10.
  • two insertion sections 27, 28 are provided, each of which is provided with annular grooves 22 and which have an outer diameter corresponding to the inner diameter of the cooling tube 10.
  • O-rings 21 are also introduced, which ensure a tight seal when plugged together.
  • the diversion designated 18 in FIG. 2 is formed from a first knee 15 with two receiving sections and a second knee 19.
  • the second knee 19 has a receiving section and a coupling section 17 in the form of a tube piece which engages in a receiving section of the knee 15.
  • deflections shown in FIG. 2 are not complete.
  • diversions are conceivable which on the one hand have an insertion section and on the other hand have a receiving section.
  • a deflection with one or two insertion sections at the ends can also be formed in accordance with the deflection 18.
  • the coupling section 17 it is not necessary for the coupling section 17 to be connected in one piece to an element 19. It is also conceivable to design two knees 15 with a separate tube element for a deflection corresponding to the deflection 18.
  • cooling tubes for example in such a way that the end 14 for receiving an insertion section is widened in the manner of a sleeve or the end 1 1 is narrowed accordingly for insertion into a receiving section.
  • the deflections are preferably molded plastic parts, the connection of which to metal parts presents no difficulties. In contrast to the connection of the same or different metals using welding, soldering, etc., there are no oxidation problems.
  • the deflections can be glued to the cooling tubes; if necessary, O-rings for sealing can be dispensed with.
  • the carrier body is cast with the cooling coil K in a manner known per se by means of a casting compound.
  • the cooling coil K is finally fixed on the body 1, the deflections by the Potting compound can be protected against external damage and the tightness of the cooling coil can be guaranteed permanently.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Motorteil eines Linearmotors, d. h. den Primäroder Sekundärteil eines Linearmotors in asynchroner oder synchroner Bauart. Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, eine Kühlschlange (K), die mäanderförmig als flächenartiges Gebilde ausgebildet ist, aus Rohrabschnitten (10) aus gut wärmeleiten- dem Material sowie aus Umlenkungen (12, 13) aus Kunststoff auszubilden. Die Umlenkungen sind vorzugsweise als vorgefertigte Kunststoff-Formteile ausgebildet, und das Motorteil mit angebrachter Kühlschlange wird vorzugsweise vergossen. Erfindungsgemäss können Kühlschlangen modular entsprechend den erforderlichen Dimensionen aufgebaut werden, und Schwierigkeiten, die beim Biegen von Metallteilen entstehen, werden vermieden.

Description

Elektromotor mit Kühlschlange
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit zumindest einem Motorteil, der zur Abfuhr von Abwärme mindestens eine Kühlschlange aufweist.
Insbesondere im Primärteil eines Linearmotors, der auf einem Köφer Spulen trägt, wird ein Teil der eingespeisten elektrischen Energie in Wärme umgewandelt, die nach außen abgeführt werden muß. Zu diesem Zweck ist in der Regel auf der den Spulen abgewandten Seite des Körpers eine Kühlschlange angebracht, durch die ein Kühlmedium wie Wasser geleitet wird.
Zur Herstellung der Kühlschlange wird ein Rohr aus gut wärmeleitendem Material wie Kupfer, Aluminium od. dgl. zick-zack- oder mäanderförmig in ein flächiges Gebilde gebogen und auf der entsprechenden Fläche des Trägerkörpers befestigt. Dabei ist das Biegen des Materials technisch aufwendig, da leicht Stauchungen an den Biegungsinnenseiten und/oder Risse an den Biegungsaußenseiten entstehen können. Desweiteren ist zu berücksichtigen, daß für verschiedene Typen von Linearmotoren, die sich hinsichtlich der Dimensionen unterscheiden, unterschiedliche Kühlschlangen bereit gehalten werden müssen, was den Aufwand für die Fertigung und Lagerhaltung erhöht.
Dieses Problem ergibt sich auch bei Rotationsmotoren, wobei in diesem Fall die Kühlschlange in Form eines Zylindermantels gebogen werden muß.
Demgegenüber liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motorteil für einen Elektromotor mit Kühlschlange zu schaffen, bei dem die Kühlschlange in einfacher Weise herstellbar und an unterschiedliche Dimensionen des Motors anpassbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Motorteil gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ; die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß zumindest Teilstücke der Kühlschlange aus Kunststoffmaterial ausgebildet sind.
Insbesondere ist die Kühlschlange aus geraden Kühlrohren aus gut wärmeleitendem Material und Umlenkungen aufgebaut, wobei die Umlenkungen aus Kunststoff bestehen.
Zwar sind Kunststoffmaterialien in der Regel schlechte Wärmeleiter, andererseits geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß bei mäanderförmigen Kühlschlangen die Biegungen bzw. Umlenkungen normalerweise in Randbereichen des Köi ers angeordnet sind, aus denen keine oder nur wenig Wärme abzuführen ist. Dementsprechend beeinträchtigen Umlenkungen aus Kunststoffmaterial die Kühlleistung der Kühlschlange nicht oder nur unwesentlich, da in den kritischen Bereichen, in denen viel Wärme abzuführen ist, Kühlrohre aus gut wärmeleitendem Material angeordnet sind.
Kühlschlangen mit gewünschten Dimensionen können modular beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß Kühlrohre mit einer Standardlänge entsprechend abgelängt und in geeigneter Anzahl gemäß einer gewünschten Dimension über die Umlenkungen aneinander gereiht werden.
Als einfachste Variante könnten die Umlenkungen aus flexiblen Schläuchen bestehen, die lediglich über die Enden der Kühlrohre gestülpt werden bzw. damit verklebt werden. Hier könnten sich jedoch langfristig Dichtigkeits- bzw. Stabilitätsprobleme ergeben, so daß diese Variante nur für Motorteile geeignet erscheint, in denen die Kühlschlange später mit Vergußmasse vergossen wird.
Vorzugsweise sind deshalb die Umlenkungen als Kunststoff-Formteile beispielsweise aus Duroplasten oder Thermoplasten mittels Spritzgießen od. dgl. hergestellt.
Diese Umlenkungen weisen vorzugsweise einen Aufnahmeabschnitt für ein Ende eines Kühlrohres oder einen Einsteckabschnitt zum Einbringen in ein Ende eines Kühlrohres auf. Der Aufnahmeabschnitt bzw. der Einsteckabschnitt kann mit Dichtungselementen wie O-Ringen od. dgl. versehen sein.
Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn beispielsweise 180°-Umlenkungen aus zwei Knien zu jeweils 90° ausgebildet sind. Sofern die Umlenkung als einstückiges Teil ausgebildet ist, haben die Anschlußenden für die Kühlrohre einen fixierten Abstand. Um einen variablen Abstand zwischen den Anschlußenden zu erzielen, können die Umlenkungen auch aus zwei separaten Knien zusammengesetzt sein, die über einen Koppelabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der Koppelabschnitt an einem der Knie ausgebildet sein kann oder als separates Teil, insbesondere als Rohr, vorgesehen sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Kühlschlange aus Kühlrohren und Umlenkungen und
Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Motorteils mit Kühlschlange.
In Figur 2 in Draufsicht, gestrichelt dargestellt, ist der Körper 1 eines Motorteils eines Linearmotors. Dies ist beispielsweise der Primärteil, der auf einer Seite des Köφers 1 Zähne und Spulen aufweist, in denen Wärme entwickelt wird. Andererseits kann dies auch die Trägeφlatte eines Sekundärteils sein, die Permanentmagnete trägt (Synchronmotor) oder der Sekundärteil eines Asynchronmotors, in dem Wirbelströme erzeugt werden.
Auf der den elektrisch wirksamen Bauelementen (Spulen, Permanentmagnete, Induktionselemente) abgewandten Seite des Köφers 1 ist eine Kühlschlange K aus Rohrmaterial angebracht, die aus geraden Abschnitten 10 und Umlenkungen 12, 13 als flächenartiges, mäanderförmiges Element aufgebaut ist. Kühlmittel, das über einen Zulauf Z zugeführt wird, passiert die Kühlschlange K, nimmt dabei vom Körper 1 Abwärme auf und verläßt die Kühlschlange bei einem Ablauf A. Anders als in Figur 2 dargestellt, ist dabei in der Regel der Ablauf A über eine Rohrleitung bis in den Bereich des Zulaufs Z geführt.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist erfindungsgemäß die Kühlschlange aus mehreren geraden Rohrabschnitten 10 aufgebaut, die über Umlenkungen miteinander verbunden sind, wobei in dieser Figur drei verschiedene Typen von Umlenkungen 12, 13, 18 dargestellt sind.
Die Umlenkung 12 besteht aus einem ersten 90°-Knie mit einem ersten Aufnahmeabschnitt 25, einem daran anschließenden geraden Teilabschnitt und einem zweiten 90°- Knie mit einem zweiten Aufnahmeabschnitt 26. In den Aufnahmeabschnitten sind beispielsweise Ringnuten 23 zur Aufnahme von O-Ringen 24 ausgebildet.
Zur Montage der Kühlschlange werden Standardrohre auf entsprechende Längen zu Kühlrohren 10 abgelängt, deren Enden 11 in die Aufnahmeabschnitte 25, 26 eingebracht und so miteinander verbunden werden. Dementsprechend ist der Innendurchmesser der Umlenkung 12 an den Außendurchmesser des Kühlrohres 10 angepaßt ausgewählt.
Bei der mit 13 bezeichneten Umlenkung der Figur 2 sind anstatt von zwei Aufnahmeabschnitten jeweils zwei Einsteckabschnitte 27, 28 vorgesehen, die jeweils mit Ringnuten 22 versehen sind und die einen Außendurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser des Kühlrohres 10 aufweisen. In die Ringnuten 22 sind ebenfalls O-Ringe 21 eingebracht, die beim Zusammenstecken einen dichten Abschluß gewährleisten.
Die mit 18 in Figur 2 bezeichnete Umleitung ist aus einem ersten Knie 15 mit zwei Aufnahmeabschnitten und einem zweiten Knie 19 ausgebildet. Das zweite Knie 19 weist einen Aufnahmeabschnitt sowie einen Kopplungsabschnitt 17 in Form eines Rohrstücks auf, der in einen Aufnahmeabschnitt des Knies 15 eingreift. Durch geeignete Wahl der Länge des Kopplungsabschnittes 17 können variable Abstände zwischen den Kühlrohren 10 realisiert werden, wie durch den Abstand Δ in Figur 2 dargestellt ist.
Die in Figur 2 aufgeführte Darstellung von Umlenkungen ist nicht vollständig. Beispielsweise sind Umleitungen denkbar, die einerseits einen Einsteckabschnitt, andererseits einen Aufnahmeabschnitt aufweisen. Desweiteren kann auch entsprechend der Umlenkung 18 eine Umlenkung mit einem oder zwei Einsteckabschnitten an den Enden ausgebildet sein. Desweiteren ist es nicht notwendig, daß der Kopplungsabschnitt 17 einstückig mit einem Element 19 verbunden ist. Es ist auch denkbar, zwei Knie 15 mit einem separaten Rohrelement zu einer der Umlenkung 18 entsprechenden Umlenkung auszugestalten.
Desweiteren ist es möglich, auch die Kühlrohre zu modifizieren, beispielsweise derart, daß das Ende 14 zur Aufnahme eines Einsteckabschnittes in Art einer Muffe aufgeweitet ist bzw. das Ende 1 1 zum Einbringen in einen Aufnahmeabschnitt entsprechend verengt ist.
Die Umlenkungen sind vorzugsweise Kunststoff-Formteile, deren Verbindung mit Metallteilen keine Schwierigkeiten zeigen. Anders als bei der Verbindung von gleichen oder unterschiedlichen Metallen mittels Schweißen, Löten etc. treten hier keine Oxida- tionsprobleme auf.
Um die Haftung der Umlenkungen an den Kühlrohren zu erhöhen bzw. die Dichtung zu verbessern, können die Umlenkungen mit den Kühlrohren verklebt werden; ggf. kann dabei auf O-Ringe zur Dichtung verzichtet werden.
Nachdem erfindungsgemäß die Kühlschlange K aus Kühlrohren und Umlenkungen hergestellt wurde und am Trägerköφer 1 befestigt wurde, wird der Trägerkörper mit der Kühlschlange K in an sich bekannter Weise mittels Vergußmasse vergossen. Dabei wird die Kühlschlange K endgültig am Köφer 1 fixiert, wobei die Umlenkungen durch die Vergußmasse gegen Beeinträchtigungen von außen geschützt werden und die Dichtigkeit der Kühlschlange bleibend gewährleistet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Motorteil eines Elektromotors, insbesondere Primärteil, mit einem Körper (1), der für die Funktion des Motors wirksame Bauelemente, insbesondere Spulen, trägt, sowie mindestens einer Kühlschlange (K) zum Abführen von Abwärme, wobei die Kühlschlange (K) am Köφer (1) befestigt ist und mäanderartig aufgebaut ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest Teilstücke (12, 13, 18) der Kühlschlange (K) aus Kunststoffmaterial ausgebildet sind.
2. Motorteil nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlschlange (K) aus geraden Kühlrohren (10) und Umlenkungen (12, 13, 18) aufgebaut ist und die Umlenkungen aus Kunststoff bestehen.
3. Motorteil nach Anspruch 2 mit Umlenkungen (12, 18), die mindestens einen Aufnahmeabschnitt (25, 26) für ein Ende (1 1) eines Kühlrohres aufweisen.
4. Motorteil nach Anspruch 2 oder 3 mit Umlenkungen, die mindestens einen Einsteckabschnitt (27, 28) zum Einbringen in ein Ende (14) eines Kühlrohres (10) aufweisen.
5. Motorteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Umlenkungen aus zwei Knien aufgebaut sind.
6. Motorteil nach Anspruch 5, das die Knie (15, 19) über einen Koppelabschnitt (17) miteinander verbunden sind.
7. Motorteil nach Anspruch 6, das eines der Knie (19) einstückig mit einem Koppelabschnitt (17) ausgebildet ist.
8. Motorteil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Koppelabschnitt (17) als Rohr ausgebildet ist.
9. Motorteil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkungen als Kunststoff-Formteile ausgebildet sind.
10. Linear- oder Rotationsmotor mit einem Motorteil nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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