WO2009121732A2 - Magnetvorrichtung einer elektrischen maschine mit kühlmittelleitung - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic device of an electric machine having a ferromagnetic body having first and second opposing sides and having through channels, e.g. Has holes for coolant lines from the first side to the second side, and a plurality of first coolant pipe pieces that are inserted through the channels.
  • the electric machine may be an electric motor, a generator or a transformer.
  • the coolant line system of an electrical machine in particular that of a stator of an electric motor, optionally consists of a plurality of tubular line sections. These multiple line pieces usually have different geometric shapes and are connected together to form a closed line.
  • the connection points are located at different positions of the magnetic device. For example, such connection points are arranged on the end faces of a stator.
  • a large number of coolant pipe leads to a high logistical effort, a high risk of confusion regarding the correct connections or the correct line piece during assembly and repair.
  • the large number of different lines may lead to incorrect installation due to the high risk of confusion.
  • connection or interfaces of the coolant line pieces are provided on both sides of the ferromagnetic base body of the electrical machine (eg stator front sides) and therefore both sides of the base body during assembly and in the Re- must be accessible. This requires, for example, a rotation of the motor or the laminated core or an assembly from both sides.
  • the object of the present invention is therefore to provide a magnetic device of an electrical machine, the coolant line system is designed to assemble and repair.
  • this object is achieved by a magnetic device of an electric machine having a ferromagnetic base body having a first and an opposite second side and having through channels for coolant lines from the first side to the second side, and a plurality of firstdekaröns Foundationen by the channels are plugged, wherein the first coolant pipe pieces are U-shaped and are each inserted with their free leg ends by two of the channels from the first side so that they protrude with the leg ends of the second side of the body, and two of the leg ends the first coolant passage pieces are connected by a second coolant passage piece.
  • the magnetic device according to the invention it is possible by means of the magnetic device according to the invention to provide the interfaces of the individual coolant supply pieces only on a single side of a ferromagnetic basic body of the electrical machine.
  • the coolant line must only one side of the electric machine accessible.
  • the main body of the electric machine is a laminated core made of dynamo sheets.
  • the channels or bores then usually run in the stacking direction and the coolant line pieces can be connected to one another at one end face of the laminated core.
  • the main body may be a stator of an electric motor or generator.
  • it can also form the core of a transformer. In any case, results from the solution according to the invention a mounting advantage.
  • the second coolant passage piece may be U-shaped.
  • the legs of this U-shaped piece then advantageously have a predetermined spacing, so that they can be plugged onto corresponding leg ends of the first coolant line pieces without great effort.
  • the two legs of the U-shaped second coolant line piece are of different lengths relative to each other.
  • this may result in the constellation that the second coolant passage piece forms approximately a trapezoid with the second side of the base body.
  • This special form of the second coolant piece leads to numerous advantages.
  • a stator can thereby be shortened in terms of its overall length, since the coolant line sections can be arranged one above the other like a cascade.
  • Another advantage of the different length legs of the second coolant line piece is, inter alia, that the assembly of this coolant line piece automatically specifies the location of other identically shaped coolant line pieces. This is especially the case if between the second coolant line piece and the second side of the base body a wide res second coolant passage piece extends to also connect leg ends of first coolant pipe pieces.
  • FIG. 2 shows a plurality of first coolant conduit pieces inserted into a stator of an electric machine; 3 shows a second coolant line piece with different leg lengths;
  • FIG. 4 shows a sketch for mounting second coolant line pieces according to FIG. 3 on the leg ends of first coolant line pieces according to FIG. 2 and
  • FIG. 5 shows a plan view of a part of the stator lamination stack from FIG.
  • a U-shaped first coolant passage piece 1 is shown. It has two parallel, equal length legs, each having a free leg end 2.
  • first coolant conduit pieces 1 are pushed from one side 3 of a stator lamination stack 4 into corresponding bores (in general: channels) of this stator lamination stack 4.
  • the direction of insertion of these first coolant line pieces is marked in FIG. 2 by an arrow 10.
  • the legs of all the first coolant line pieces 1 are so long that they protrude with their leg ends 2 from the first side 3 opposite the second side 5 of the laminated stator core 4.
  • the stator lamination stack 4 are thus inserted from one side 3 of all uniformly shaped first coolant line pieces 1.
  • U-shaped second coolant line pieces 6 are also used.
  • Such a second coolant pipe has two parallel legs: a short leg 7 and a long leg 8.
  • These second coolant pipes are now used according to FIG. 4 to connect the first coolant pipes 1 to a single closed pipe.
  • the second coolant line pieces 6 are mounted on the leg ends 2 of the first coolant line pieces 1 on the second side 5 of the laminated stator core 4. On the first side 3 of the laminated stator core 4, no further assembly is necessary.
  • the second coolant line pieces 6 are placed in this example, according to the arrows 9 in FIG 4 on the leg ends 2.
  • Run coolant line section In the plan view of the laminated stator core, the sight shown in FIG. 5 results approximately. Accordingly, the second coolant line piece 6 shown on the right in FIG. 5 runs with its high part over the low part of the second coolant line piece 6 shown in the middle. This in turn runs with its higher part over the lower part of the second coolant line piece 6 shown on the left arrangeddeungsel effets- pieces can reduce the axial length of a motor or generator.
  • the spatial interleaving of the coolant line sections due to the slopes basically allows a reduction in size, for example, in transformers.
  • Essential to the present invention is the small number of necessary for the coolant line system different parts in addition to ease of mounting. It who- the possibly still connection components needed to connect the ends of the cooling tube system on the side 5, on which the second coolant pipe pieces 6 are mounted, to a cooling system. Overall, the variance of the lines compared to conventional systems is greatly reduced. In the specific case, only two different types of lines, namely first coolant line pieces 1 and second coolant line pieces 6, are required.
  • Another advantage, which has already been mentioned above, is that only one side of the motor or one side of the electrical machine has to be made accessible for assembly, troubleshooting and repair.
  • the interfaces between the coolant pipes are also all on one level, which further increases the mentioned advantages.

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Abstract

Die Montage eines Kühlmittelleitungssystems in einer Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine soll vereinfacht werden. Daher ist eine Magnetvorrichtung mit einem f erromagnetischen Grundkörper (4), der eine erste (3) und eine gegenüber- liegende zweite Seite (5) aufweist und der durchgehende Bohrungen für Kühlmittelleitungen von der ersten Seite (3) zu der zweiten Seite (5) besitzt, sowie mehreren ersten Kühlmittelleitungsstücken (1), die durch die Bohrungen gesteckt sind, vorgesehen. Die ersten Kühlmittelleitungsstücke (1) sind U-förmig ausgebildet und jeweils mit ihren freien Schenkelenden (2) durch zwei der Bohrungen von der ersten Seite (3) so hindurchgesteckt, dass sie mit den Schenkelenden (2) aus der zweiten Seite (5) des Grundkörpers (4) herausragen. Jeweils zwei der Schenkelenden der ersten Kühlmittelleitungsstücke (1) werden durch ein zweites Kühlmittelleitungsstück verbunden. Damit werden für den Aufbau des Kühlmittelleitungssystems lediglich zwei Typen von Kühlmittelleitungsstücken benötigt und außerdem kann das Verbinden der Kühlmittelleitungsstücke an einer einzigen Seite (5) des Grundkörpers (4) erfolgen.

Description

Beschreibung
Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine mit Kühlmittelleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine mit einem ferromagnetischen Grundkörper, der eine erste und eine gegenüberliegende zweite Seite aufweist und der durchgehende Kanäle, z.B. Bohrungen, für Kühlmittelleitungen von der ersten Seite zu der zweiten Seite besitzt, sowie mehreren ersten Kühlmittelleitungsstücken, die durch die Kanäle gesteckt sind. Bei der elektrischen Maschine kann es sich um einen Elektromotor, einen Generator oder einen Transformator handeln.
Das Kühlmittelleitungssystem einer elektrischen Maschine, insbesondere das eines Stators eines Elektromotors, besteht gegebenenfalls aus mehreren rohrförmigen Leitungsstücken. Diese mehreren Leitungsstücke besitzen in aller Regel unter- schiedliche geometrische Formen und sind miteinander zu einer geschlossenen Leitung verbunden. Die Verbindungsstellen befinden sich an verschiedenen Positionen der Magnetvorrichtung. So sind beispielsweise derartige Verbindungsstellen an den Stirnseiten eines Stators angeordnet.
Eine große Anzahl an Kühlmittelleitungsstücken führt zu einem hohen logistischen Aufwand, einer hohen Verwechslungsgefahr bezüglich der richtigen Anschlüsse oder des richtigen Leitungsstücks bei Montage und Reparatur. Insbesondere führt in der Praxis die Vielzahl unterschiedlicher Leitungen unter Umständen zu einer falschen Montage aufgrund der hohen Verwechslungsgefahr .
Eine weitere Problematik besteht darin, dass die Verbindungs- bzw. Schnittstellen der Kühlmittelleitungsstücke auf beiden Seiten des ferromagnetischen Grundkörpers der elektrischen Maschine (z.B. Statorstirnseiten) vorgesehen sind und daher beide Seiten des Grundkörpers bei der Montage und bei der Re- paratur zugänglich sein müssen. Dies erfordert beispielsweise ein Drehen des Motors bzw. des Blechpakets oder eine Montage von beiden Seiten.
Ebenfalls problematisch ist die Lokalisierung eines Lecks des Kühlmittelsystems, das aus zahlreichen Kühlmittelleitungsstücken zusammengesetzt ist. Die Schnittstellen befinden sich dann an sehr vielen unterschiedlichen Orten, die es zu untersuchen gilt und die frei zugänglich sein müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine bereitzustellen, deren Kühlmittelleitungssystem montage- und reparaturfreundlich gestaltet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine mit einem ferromagne- tischen Grundkörper, der eine erste und eine gegenüberliegende zweite Seite aufweist und der durchgehende Kanäle für Kühlmittelleitungen von der ersten Seite zu der zweiten Seite besitzt, und mehreren ersten Kühlmittelleitungsstücken, die durch die Kanäle gesteckt sind, wobei die ersten Kühlmittelleitungsstücke U-förmig ausgebildet sind und jeweils mit ihren freien Schenkelenden durch zwei der Kanäle von der ersten Seite so hindurchgesteckt sind, dass sie mit den Schenkelenden aus der zweiten Seite des Grundkörpers herausragen, und jeweils zwei der Schenkelenden der ersten Kühlmittelleitungsstücke durch ein zweites Kühlmittelleitungsstück verbunden sind.
In vorteilhafter Weise ist es durch die erfindungsgemäße Magnetvorrichtung möglich, die Schnittstellen der einzelnen Kühlmittelleitungsstücke lediglich an einer einzigen Seite eines ferromagnetischen Grundkörpers der elektrischen Maschi- ne vorzusehen. Dadurch kann bei der Fertigung der elektrischen Maschine ein Drehen des Grundkörpers oder eine Montage an beiden Seiten des Grundkörpers vermieden werden. Außerdem muss bei der Reparatur von Schnittstellen der Kühlmittellei- tungsstücke nur eine Seite der elektrischen Maschine zugänglich sein.
Vorzugsweise ist der Grundkörper der elektrischen Maschine ein aus Dynamoblechen gefertigtes Blechpaket. Die Kanäle bzw. Bohrungen verlaufen dann meist in der Stapelrichtung und die Kühlmittelleitungsstücke können an einer Stirnseite des Blechpakets miteinander verbunden werden.
Beispielsweise kann der Grundkörper ein Stator eines Elektromotors oder Generators sein. Darüber hinaus kann er auch den Kern eines Transformators bilden. In jedem Fall ergibt sich durch die erfindungsgemäße Lösung ein Montagevorteil.
Entsprechend einer speziellen Ausführungsform kann das zweite Kühlmittelleitungsstück U-förmig ausgebildet sein. Die Schenkel dieses U-förmigen Stücks besitzen dann vorteilhafterweise einen vorbestimmten Abstand, so dass sie ohne hohen Aufwand auf entsprechende Schenkelenden der ersten Kühlmittellei- tungsstücke aufgesteckt werden können.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die beiden Schenkel des U- förmigen zweiten Kühlmittelleitungsstücks gegenüber einander unterschiedlich lang sind. Insbesondere kann sich damit die Konstellation ergeben, dass das zweite Kühlmittelleitungsstück mit der zweiten Seite des Grundkörpers in etwa ein Trapez bildet. Diese spezielle Form des zweiten Kühlmittelstücks führt zu zahlreichen Vorteilen. Insbesondere kann beispielsweise ein Stator hierdurch in seiner Baulänge verkürzt wer- den, da die Kühlmittelleitungsabschnitte kaskadenförmig übereinander angeordnet werden können. Ein weiterer Vorteil der verschieden langen Schenkel des zweiten Kühlmittelleitungsstücks besteht unter anderem darin, dass die Montage dieses Kühlmittelleitungsstücks automatisch die Lage weiterer gleichgeformter Kühlmittelleitungsstücke vorgibt. Speziell ist dies der Fall, wenn zwischen dem zweiten Kühlmittelleitungsstück und der zweiten Seite des Grundkörpers ein weite- res zweites Kühlmittelleitungsstück verläuft, um ebenfalls Schenkelenden erster Kühlmittelleitungsstücke zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 ein U-förmiges erstes Kühlmittelleitungsstück;
FIG 2 mehrere erste Kühlmittelleitungsstücke eingesetzt in einen Stator einer elektrischen Maschine; FIG 3 ein zweites Kühlmittelleitungsstück mit unterschiedlichen Schenkellängen;
FIG 4 eine Skizze zur Montage zweiter Kühlmittelleitungsstücke gemäß FIG 3 auf die Schenkelenden erster Kühlmittelleitungsstücke gemäß FIG 2 und FIG 5 eine Draufsicht auf einen Teil des Statorblechpakets von FIG 4.
Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
In FIG 1 ist ein U-förmiges erstes Kühlmittelleitungsstück 1 dargestellt. Es besitzt zwei parallele, gleichlange Schenkel, die jeweils ein freies Schenkelende 2 besitzen.
Mehrere derartige erste Kühlmittelleitungsstücke 1 werden gemäß FIG 2 von einer Seite 3 eines Statorblechpakets 4 in entsprechende Bohrungen (allgemein: Kanäle) dieses Statorblechpakets 4 geschoben. Die Einschubrichtung dieser ersten Kühl- mittelleitungsstücke ist in FIG 2 mit einem Pfeil 10 gekennzeichnet. Die Schenkel sämtlicher erster Kühlmittelleitungsstücke 1 sind so lang, dass sie mit ihren Schenkelenden 2 aus der der ersten Seite 3 gegenüberliegenden zweiten Seite 5 des Statorblechpakets 4 ragen. In sämtliche Kühlbohrungen des ferromagnetischen Grundkörpers, hier des Statorblechpakets 4, sind somit von einer Seite 3 aus lauter gleichförmige erste Kühlmittelleitungsstücke 1 eingeschoben. Zur Verbindung der freien Schenkelenden 2 werden ebenfalls U- förmige zweite Kühlmittelleitungsstücke 6 gemäß FIG 3 eingesetzt. Ein derartiges zweites Kühlmittelleitungsstück besitzt zwei parallele Schenkel: einen kurzen Schenkel 7 und einen langen Schenkel 8. Diese zweiten Kühlmittelleitungsstücke werden nun gemäß FIG 4 dazu verwendet, die ersten Kühlmittelleitungsstücke 1 zu einem einzigen geschlossenen Rohr zu verbinden. Dazu werden die zweiten Kühlmittelleitungsstücke 6 an die Schenkelenden 2 der ersten Kühlmittelleitungsstücke 1 an der zweiten Seite 5 des Statorblechpakets 4 montiert. An der ersten Seite 3 des Statorblechpakets 4 ist keine weitere Montage notwendig. Die zweiten Kühlmittelleitungsstücke 6 werden in diesem Beispiel hierzu gemäß den Pfeilen 9 in FIG 4 auf die Schenkelenden 2 aufgesetzt.
Die aus der Seite 5 des Statorblechpakets 4 ragenden Kühlmittelleitungsabschnitte bilden zusammen mit der Seite 5 jeweils in etwa ein Trapez. Dadurch lassen sie sich räumlich ineinander schachteln. Es kann also stets ein gegenüber der Seite 5 niedriger Kühlmittelleitungsabschnitt unter einem höheren
Kühlmittelleitungsabschnitt verlaufen. In der Draufsicht auf das Statorblechpaket ergibt sich in etwa der in FIG 5 dargestellte Anblick. Demnach verläuft das in FIG 5 rechts dargestellte zweite Kühlmittelleitungsstück 6 mit seinem hohen Teil über dem niedrigen Teil des in der Mitte dargestellten zweiten Kühlmittelleitungsstücks 6. Dieses wiederum verläuft mit seinem höheren Teil über dem niedrigeren Teil des links dargestellten zweiten Kühlmittelleitungsstücks 6. Durch diese kaskadenförmig übereinander angeordneten Kühlmittelleitungs- stücke lässt sich die axiale Baulänge eines Motors oder Generators verringern. Das räumliche Verschachteln der Kühlmittelleitungsabschnitte aufgrund der Schrägen erlaubt grundsätzlich eine Reduzierung der Baugröße beispielsweise auch bei Transformatoren.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist die geringe Anzahl der für das Kühlmittelleitungssystem notwendigen verschiedenen Teile neben der einfachen Montierbarkeit . Es wer- den allenfalls noch Anschlusskomponenten benötigt, um die Enden des Kühlrohrsystems an der Seite 5, an der auch die zweiten Kühlmittelleitungsstücke 6 montiert sind, an ein Kühlsystem anzuschließen. Insgesamt ist also die Varianz der Leitun- gen gegenüber herkömmlichen Systemen stark reduziert. Im konkreten Fall sind nur zwei unterschiedliche Leitungstypen, nämlich erste Kühlmittelleitungsstücke 1 und zweite Kühlmittelleitungsstücke 6, erforderlich.
Aufgrund der geringen Anzahl an Typen von Leitungsstücken und deren deutlich unterschiedlicher Bauart ist eine Fehlmontage beim Einschieben der Leitungen in den Grundkörper bzw. Stator praktisch ausgeschlossen. Weiterhin ist eine Fehlmontage der Verbindungsleitungen (hier zweite Kühlmittelleitungsstücke 6) durch die unterschiedliche Schenkellänge ausgeschlossen, wenn eine erste Verbindungsleitung 6 montiert ist und die übrigen Verbindungsleitungen 6 ineinander greifen sollen.
Ein weiterer Vorteil, der oben bereits angesprochen wurde be- steht darin, dass zur Montage, Fehlersuche und Reparatur nur eine Motorseite bzw. eine Seite der elektrischen Maschine zugänglich gemacht werden muss. Die Schnittstellen zwischen den Kühlmittelleitungsstücken befinden sich zudem alle auf einer Ebene, was die genannten Vorteile weiter vergrößert.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine mit
— einem ferromagnetischen Grundkörper (4), der eine erste (3) und eine gegenüberliegende zweite Seite (5) aufweist und der durchgehende Kanäle für Kühlmittelleitungen von der ersten Seite (3) zu der zweiten Seite (5) besitzt, und
— mehreren ersten Kühlmittelleitungsstücken (1), die durch die Kanäle gesteckt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
— die ersten Kühlmittelleitungsstücke (1) U-förmig ausgebildet sind und jeweils mit ihren freien Schenkelenden (2) durch zwei der Kanäle von der ersten Seite (3) so hindurchgesteckt sind, dass sie mit den Schenkelenden (2) aus der zweiten Seite (5) des Grundkörpers (4) herausragen und
— jeweils zwei der Schenkelenden (2) der ersten Kühlmittelleitungsstücke durch ein zweites Kühlmittelleitungsstück (6) verbunden sind.
2. Magnetvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (4) ein aus Dynamoblechen gefertigtes Blechpaket ist.
3. Magnetvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundkörper (4) ein Stator eines Elektromotors oder Generators ist.
4. Magnetvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kühlmittelleitungsstück (6) U-förmig ausgebildet ist.
5. Magnetvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die beiden Schenkel des U-förmigen zweiten Kühlmittelleitungsstücks (6) gegenüber einander unterschiedlich lang sind.
6. Magnetvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kühlmittelleitungsstück (6) mit der zweiten Seite (5) des Grundkörpers (4) in etwa ein Trapez bildet.
7. Magnetvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem zweiten Kühlmittelleitungsstück (6) und der zweiten Seite (5) des Grundkörpers (4) mindestens ein weiteres zweites Kühlmittelleitungsstück (6) verläuft, um ebenfalls Schenkelenden (2) erster Kühlmittelleitungsstücke (1) zu verbinden.
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