DE19742255C1

DE19742255C1 - Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket

Info

Publication number: DE19742255C1
Application number: DE19742255A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Anders; Rainer Dr Ing Laas
Original assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Current assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2017-09-26

Description

Die Erfindung betrifft eine gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren in den Eckbereichen eines Ständerblechpaketes, die auf der A- und B-Seite miteinander und insgesamt zu einem Kühlmittelkreislauf mit Anschlußstutzen verbunden sind.

Der höheren Wärmedichte wegen reicht für die Wärmeabfuhr aus größeren elektrischen Maschinen oftmals eine Eigen- oder Fremdbelüftung nicht mehr aus und es muß auf eine An ordnung mit Kühlmittelkreislauf zurückgegriffen werden.

Hierzu ist es bereits bekannt, zwei Kühlmittelrohre aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, U-förmig zusammenzufassen und in Axialrichtung im Ständer fuß oder am Grunde der Ständernuten einer Außenläuferma schine einzugießen, wodurch Kühlmittelein- und austritt für den Anschluß an einen Kühlmittelkreislauf auf der gleichen Maschinenseite zu liegen kommen (DE 38 16 652 A1).

Ferner ist es für Maschinen, deren geblechte Ständer als tragendes Teil ausgebildet sind, bekannt, umfänglich im Ständer axiale Ausnehmungen für Kühlmittelleitungen vorzu sehen. Die geraden Segmente der Kühlmittelleitungen werden beiderseits durch Umlenkbögen miteinander verbunden, wel che axial mindestens teilweise außerhalb des Ständerpake tes angeordnet sind. Die Ständerbleche einer solchen Ma schine haben einen kreisringförmigen Schnitt, weshalb die gesamte Ständerperipherie mit Durchbrüchen für die Kühl mittelrohre versehen werden kann, die jeweils mit identi schen Umlenkbögen auf beiden Maschinenseiten miteinander verbunden werden können. Für die Zu- und Abführung sowie im Bereich der Auflager sind spezielle Bogenelemente vor gesehen, die außerhalb des Ständerblechprofils liegen. (DE 41 07 399 A1). Als nachteiig muß empfunden werden, daß Bauhöhe und Baubreite der Maschine aufgrund der konzen trisch verteilten Rohrleitungen und der an den Auflagern herausgeführten Bogenelementen nicht optimal sind bzw. daß der Querschnitt des magnetisch aktiven Ständerblechs ge schwächt wird.

Anordnungen, bei denen eine Kühlrohrwendel in das Maschin engehäuse eingegossen sind, vermeiden zwar mit Ausnahme des Zu- und Abgangs besondere Umlenkbögen, kühlen aber die Maschine nicht unmittelbar am Entstehungsort der Eisenver lustwärme und sind auf das Vorhandensein eines zusätzli chen Aluminium- oder Eisengußgehäuses angewiesen (DE 91 07 197 U1). Dies trifft auch für Maschinen zu, in deren Stän dergehäusewand eine Kühlrohrschlange aus Aluminium oder Kupfer eingegossen wird (DE 196 27 029 A1).

Weiterhin sind flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen bekannt, bei denen in das Gehäuse axiale Kühlkanäle unmit telbar gußtechnisch eingearbeitet werden. In die Lager schilde auf der A- und B-Seite der Maschine sind des wei teren Umleitungen und Zu- und Abführstutzen eingegossen, die den Kühlmittelstrom lenken (DE 91 12 631 U1, US 5 084 642 A, EP 0 560 993 B1). Probleme bereiten hier insbeson dere die Abdichtung zwischen dem Gehäusemantel und den Lagerschilden, abgesehen davon, daß auch hier nicht direkt das Ständereisen gekühlt wird.

Letztlich ist es auch bekannt, um einen im Querschnitt et wa kreisrunden Elektromotor ein Gehäuse in Form eines um schreibenden Quadrates zu legen und die freien Ecken mit axialen Kühlmittelrohren auszufüllen, wobei über die Art der stirnseitigen Verbindung der Kühlmittelrohre keine An gaben gemacht sind (DE 195 10 018 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gehäuselose Drehstrommaschine der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß eine äußerst kompakte Bauweise und eine effektive Kühlung des Ständerblechpaketes und der Ständer wicklung bei zugleich aufwendungsreduzierter Herstellung, Wartungsarmut und Langlebigkeit der Maschine zu einer kostengünstigen, robusten Maschine mit hoher Leistungs dichte führen.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 ange gebenen Merkmalen gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ge ben die Unteransprüche an.

Indem die U-förmigen Kühlmittelrohre von einer Motorseite her jeweils in die Eckbereiche des Ständers eingeschoben werden, die ohnehin nicht oder nur unbeachtlich elektro magnetisch genutzt werden, können die Außenkonturen des Motors im wesentlichen auf die Konturen des quadratischen Ständeblechpaketes begrenzt werden. Auf der den U-Bögen der Kühlmittelrohre gegenüberliegenden Maschinenseite wer den die Anschlußstutzen, die Eckverbindungsbögen zum Ver binden der Kühlmittelrohre zweier angrenzenden Eckbereiche und erforderlichenfalls die Umlenkbögen zum Verbinden zweier Kühlmittelrohre innerhalb jedes Eckbereichs mon tiert, was die Herstellung erleichtert. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Eckverbindungsbögen sowohl inner halb des etwa quadratischen Ständerblechprofils als auch innerhalb des Lagerschildraumes dieser Maschinenseite stirnseitig um den Wickelkopf herum geführt sind. Erst da mit gelingt es nämlich, die Kantenlänge des Ständerblech profils im wesentlichen auf die elektromagnetisch aktive Ständerzone zu reduzieren und die elektromagnetisch nicht genutzten Gehäuseecken zur Aufnahme von Kühlmittelrohren heranzuziehen, wobei keine Verbindungen der Kühlmittelroh re von Ständerecke zu Ständerecke über die Quaderkontur der gehäuselosen Maschine stehen. Zusätzlich wird in vor teilhafter Weise die Ständerwicklung im Bereich des Wic kelkopfes dieser Seite intensiv gekühlt, wobei die Kühl wirkung infolge der guten Leitfähigkeit von Kupfer oder Aluminium sich auf die gesamte Wicklung erstreckt.

In weiterer Ausgestaltung sind in jeden Eckbereich die U- förmigen Kühlmittelrohre von einer Maschinenseite her ein geschoben und entsprechend auf der anderen Seite durch Um lenkbögen miteinander verbunden, wobei die noch freien En den zu jeweils Eckverbindungsbögen und letztendlich zu ei nem Zuführ- bzw. einem Abführstutzen für den Anschluß an einen Kühlmittelkreis führen.

Nach einer weiteren Ausführung können auch die U-förmigen Kühlmittelrohre aus jeweils einem durchgängigen Rohr gebo gen sein oder aus zwei gestreckten Rohren und jeweils ei nem Umlenkbogen zusammengesetzt sein.

In Fortbildung der Erfindung sind die zu verbindenden Rohrsegmente untereinander verlötet.

Des weiteren ist es für eine effektive Kühlung vorteil haft, wenn die Eckverbindungsbögen im Bereich des Wic kelkopfes Kühlrippen tragen.

Ferner können in den äußeren Ecken der Ständerbleche zu sätzlich Kühlluftfenster angeordnet sind, durch die z. B. mittels eines Lüfters zusätzlich Kühlluft geblasen wird.

Die erfindungsgemäße Drehstrommaschine kann in besonders vorteilhafter Weise als leistungsstarker Drehstromasyn chronmotor ausgeführt sein, von dem auch im Stillstand das volle Drehmoment abverlangt werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein etwa quadratisches Ständerblech eines Motors,

Fig. 2 die B-Seite des Motors bei abgenommenem Lager schild,

Fig. 3 die A-Seite des Motors bei abgenommenem Lager schild und

Fig. 4 einen Schnitt A-A der A-Seite nach Fig. 3 und

Fig. 5 die Ansichten eines Eckverbindungsbogens.

In ein annähernd quadratisches Ständerblech 1 (Fig. 1) ei nes gehäuselosen Drehstromasynchronmotors sind zusätzlich zur zentralen, mit Nuten 2 für die Ständerwicklung - deren Wickelköpfe 3, 17 in den nachfolgenden Fig. 2 bis 4 zu sehen sind - versehenen Ronde 4 für einen nicht näher dar gestellten Rotor je Eckbereich ein Kühlluftfenster 5, zwei Aussparungen 6 für nicht näher dargestellte Spannbolzen zum Verspannen der Ständerbleche 1 über Preßrahmen 7 zu einem Ständerblechpaket 8 und vier Aussparungen 9 für noch näher zu beschreibende Kühlmittelrohre 11 gestanzt.

In Fig. 2 sind die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Bauteile - von der B-Seite des Motors aus ge sehen - dargestellt. Das erste Ständerblech 1 des Ständer blechpaketes 8 wird zum größten Teil von einem Preßrahmen 7 überdeckt, dessen Aussparungen 10 in den Eckbereichen die Kühlluftfenster 5 sowie die Aussparungen 9 für U-för mig gebogene Kühlmittelrohre 11 freilassen, welche von dieser Seite her bis zum Umlenkbogen 12 in die Aussparun gen 9 der Ständerbleche 1 eingeschoben sind. Im Beispiel sind in einen Eckbereich jeweils zwei U-förmige Kühlmit telrohre 11 untergebracht, die von der B-Seite der Maschi ne eingeschoben sind. Der U-Bogen der Kühlmittelrohre 11 ist durch Biegen eines durchgehenden Rohres hergestellt.

Auf der A-Seite des Motors, die in Fig. 3 schematisch dar gestellt ist, sind die angrenzenden Schenkel der U-förmi gen Kühlmittelrohre 11 jeweils über einen Umlenkbogen 13 verbunden. Auf der Motoroberseite sind die Innenschenkel der inneren U-förmigen Kühlmittelrohre 11 um Anschlußstut zen 14, 15 ergänzt, an die ein nicht näher ausgeführter äußerer Kühlmittelkreislauf angeschlossen wird.

Die verbleibenden offenen Enden der Kühlmittelrohre 11 sind miteinander über speziell geformte Eckverbindungsbö gen 16 verbunden, wodurch insgesamt ein Reihen-Kühlkreis lauf gebildet wird. Zur Vergrößerung der Kühlfläche werden bei Bedarf an den Eckverbindungsbögen 16 Rippen 19 ange bracht, vorzugsweise durch Löten oder Punktschweißen. Es ist selbstverständlich im Rahmen der Erfindung möglich, durch entsprechende Verbindungen und Anschlußstutzen auch eine Parallelschaltung oder kombinierte Reihen-Parallel schaltung von Kühlmittelrohren zu realisieren.

Die Eckverbindungsbögen 16 sind - bezogen auf das Schnitt bild der Ständerbleche 1 - so geformt, daß sie innerhalb der Konturen der Ständerbleche 1 liegen, also weder nach außen noch nach innen hin überstehen und im wesentlichen - in Achsrichtung gesehen - vor dem Wickelkopf 17 der A-Sei te des Motors angeordnet sind und diesen somit zusätzlich kühlen.

Zur Verdeutlichung ist hierzu in Fig. 4 der Schnitt A-A nach Fig. 3 dargestellt. Das Ständerblechpaket 8 wird von Kühlmittelrohren 11 durchsetzt, deren einer Rohrschenkel im Schnitt dargestellt ist. An das offene Ende dieses sichtbaren Schenkels des U-förmigen Kühlmittelrohres 11 ist ein Eckverbindungsbogen 16 aufgelötet, der innerhalb des Profils des Ständerbleches 1 um den Wickelkopf 17 der Ständerwicklung so geführt ist, daß der Eckverbindungsbo gen 16 vollständig innerhalb des Lagerschildes 18 unterge bracht ist, das am Preßrahmen 7 ansetzt. Bedingt durch die gewählte Biegeform kühlt der Eckverbindungsbogen 16 über nahezu seine gesamte Länge die Stirnseite des Wickelkopfes 17, wobei die Kühlrippen 19 in diesem Bereich die Kühlwir kung noch verstärken.

In Fig. 5 ist die Geometrie eines Eckverbindungsbogens 16 ohne Kühlrippen in seinen drei Ansichten dargestellt. Wie insbesondere aus dieser Darstellung deutlich wird, ist der Eckverbindungsbogen 16 in allen drei Raumrichtungen gebo gen.

Bezugszeichenliste

1

Ständerblech

2

Nut im Ständerblech

3

Wickelkopf der B-Seite

4

Ronde im Ständerblech

5

Kühlluftfenster

6

Aussparung für Spannbolzen

7

Preßrahmen

8

Ständerblechpaket

9

Aussparung für Kühlrohre

10

Aussparung im Preßrahmen

11

Kühlmittelrohr

12

Umlenkbogen auf der B-Seite

13

Umlenkbogen auf der A-Seite

14

Anschlußstutzen

15

Anschlußstutzen

16

Eckverbindungsbogen

17

Wickelkopf der A-Seite

18

Lagerschild

19

Kühlrippe

Claims

1. Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühl mittelrohren (11) in den Eckbereichen eines Ständerblech paketes (8), die auf der A- und B-Seite miteinander und zu einem Kühlkreislauf mit Anschlußstutzen (14, 15) verbunden sind, wobei von einer Maschinenseite her in die Eckberei che des Ständerblechpaketes (8) U-förmig hergerichtete Kühlmittelrohre (11) eingeschoben sind, wobei auf der ge genüberliegenden Maschinenseite die Anschlußstutzen (14, 15) und Eckverbindungsbögen (16) zum Verbinden der Kühl mittelrohre (11) zweier angrenzender Eckbereiche angeord net sind, und wobei die Eckverbindungsbögen (16) sowohl innerhalb des Ständerblechprofils (1) als auch innerhalb des Lagerschildes (18) dieser Maschinenseite stirnseitig um den Wickelkopf (17) herum geführt sind.

2. Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühl mittelrohren (11) in den Eckbereichen eines Ständerblech paketes (8), die auf der A- und B-Seite miteinander und zu einem Kühlkreislauf mit Anschlußstutzen (14, 15) verbunden sind, wobei von einer Maschinenseite her in die Eckberei che des Ständerblechpaketes (8) U-förmig hergerichtete Kühlmittelrohre (11) eingeschoben sind, wobei auf der ge genüberliegenden Maschinenseite die Anschlußstutzen (14, 15), Eckverbindungsbögen (16) zum Verbinden der Kühlmit telrohre (11) zweier angrenzender Eckbereiche und Umlenk bögen (13) zum Verbinden zweier Kühlmittelrohre (11) inner halb jedes Eckbereichs angeordnet sind, und wobei die Eck verbindungsbögen (16) sowohl innerhalb des Ständerblech profils (1) als auch innerhalb des Lagerschildes (18) die ser Maschinenseite stirnseitig um den Wickelkopf (17) her um geführt sind.

3. Gehäuselose Drehstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die U-förmigen Kühlmittelrohre (11) aus einem durch gehenden Rohr gebogen ist.

4. Gehäuselose Drehstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die U-förmigen Kühlmittelrohre (11) aus zwei ge streckten Rohren und einem Umlenkbogen (13) zusammenge setzt sind.

5. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche 2-4, wobei auf der A- bzw. B-Seite der Maschine drei Eck verbindungsbögen (16), zwei Anschlußstutzen (14, 15) und n-4 Umlenkbögen (13) angeordnet sind, und n die durch vier teilbare Anzahl aller U-förmigen Kühlmittelrohre (11) be zeichnet.

6. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die Rohrsegmente untereinander verlötet sind.

7. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei Kühlrippen (19) an den Eckverbin dungsbögen (16) vorgesehen sind.

8. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei in den äußeren Ecken der Ständer bleche (1) zusätzlich Kühlluftfenster (5) angeordnet sind.

9. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei sie als Drehstromasynchronmotor ausgebildet ist.