DE3635297C1 - Outrunner motor - Google Patents

Outrunner motor

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Abstract

External rotor motors of enclosed design with direct cooling of the stator lamination bundle, stator winding and end windings, as well as of the rotor and housing, whereby, contrary to known external rotor motors, a liquid coolant is used. This results in a significant increase in efficiency compared with known external rotor motors and, because of the continual liquid overpressure inside the motor compared with the surrounding pressure, the motors described can be safely used almost without limitation in all areas of drive technology and in the hardest operating conditions. The bearing end-plates on the inside of the motor are adapted to the shape of the end windings of the stator winding, whereby at least one end-plate is provided with guide-blades. In this way a centrifugal pump is provided inside the hermetically-sealed motor which is fully filled with liquid, said pump serving to propel and circulate the liquid. The pump sucks up the liquid out of the stator cavity and drives it back again through the annular gap, between the rotor and stator, as well as over other cooling holes if necessary, on the opposite side of the pump into the stator cavity. Motors requiring a high degree of cooling are separated by a dividing plate, in the stator cavity, into an admission and delivery region and are connected to an external cooling system and/or to an external coolant pump.

Description

Die Erfindung betrifft Außenläufermotoren in geschlossener Bauweise nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to external rotor motors in closed design according to the preamble of claim 1.

Bekannt sind Außenläufermotoren bei denen Statorblechpaket, Statorwicklung, Wicklungsköpfe und Läufer direkt mit Luft/ Gas gekühlt werden (DE 31 02 333 A1) oder diese Luft/Gas- Kühlung durch flüssigkeitsgekühlte Wärmetauscher im Motor­ innenraum verbessert wird (US 40 32 807).External rotor motors are known in which the stator laminated core, Stator winding, winding heads and rotors directly with air / Gas cooled (DE 31 02 333 A1) or this air / gas Cooling through liquid-cooled heat exchangers in the engine interior is improved (US 40 32 807).

Da bei den vorbeschriebenen Motoren die direkte Kühlung, auch des temperaturempfindlichen Stators, überwiegend mittels Luft/Gas erfolgt, sind deren Einsatzmöglichkeiten sehr begrenzt, vor allem im Hinblick auf die Leistungs- Baugröße.Since the direct cooling of the motors described above, also of the temperature-sensitive stator, mainly using air / gas are their possible uses very limited, especially in terms of performance Size.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten von Außen­ läufermotoren in vollkommen ge­ schlossener Bauweise durch ein wirkungsvolleres Kühlsystem wesentlich zu erweitern. The invention is based, so far the task Possible uses and uses from the outside rotor motors in completely ge closed design thanks to a more effective cooling system to expand significantly.  

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.

Die Vorteile für Außenläufermotoren in erfin­ dungsgemäßer Ausführung bestehen insbesondere darin, daß:The advantages for external rotor motors in erfin Design according to the invention consists in particular in that:

  • a) die Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten in dem großen Bereich der Antriebstechnik wesentlich er­ höht werden,a) the possible uses in the large area of drive technology to be raised
  • b) ein sicherer Betrieb auch unter extremsten Umge­ bungs- und Fördermitteltemperaturen, sowie aggres­ siver und explosiver Atmosphäre bzw. Umgebung oder Fördermittel gewährleistet ist,b) safe operation even under the most extreme conditions Service and funding temperatures, as well as aggres sive and explosive atmosphere or environment or Funding is guaranteed
  • c) sich eine wesentliche Leistungssteigerung bei glei­ cher Baugröße, bzw. geringere Abmessungen und ge­ ringeres Gewicht bei gleicher Leistung, gegenüber bekannten Außenläufermotoren ergibt,c) a significant increase in performance at the same cher size, or smaller dimensions and ge lighter weight with the same performance known external rotor motors,
  • d) der Wirkungsgrad einer Baueinheit "Elektromotor- Maschine" oder Anlage wesentlich gesteigert werden kann, indem der Läufer je nach Bedarf der Kraftüber­ tragung bzw. des anzutreibenden Anlagenteils z. B. als Sechskant, Verzahnung, Paßsitz etc. ausgeführt wird, oder gleich die Form des rotierenden Maschi­ nenteils z. B. Lüfterflügel, Gebläselaufrad, Rolle, Walze, Zahnrad, Bohrer etc. erhält und dadurch zu­ sätzliche Lager-, Reibungs- und Kraft-Übertragungs­ verluste entfallen.d) the efficiency of a structural unit "electric motor Machine "or plant can be increased significantly can by moving the runner as needed carry or the system part to be driven z. B. designed as a hexagon, toothing, snug fit, etc. or the shape of the rotating machine partly z. B. fan blades, fan impeller, roller, Receives roller, gear, drill etc. and thereby additional bearing, friction and power transmission losses are eliminated.

In Ausführungsbeispiel Fig. 1 ist der Läufer (1) mit den daran abgedichtet angeflanschten Lagerschildern (6, 7) über die Lager (5) und die Gleitringdichtungen (9) auf der Stator-Hohlwelle (3) drehbar angeordnet.In the embodiment shown in FIG. 1, the rotor ( 1 ) with the bearing plates ( 6, 7 ) sealed thereon is rotatably arranged on the stator hollow shaft ( 3 ) via the bearings ( 5 ) and the mechanical seals ( 9 ).

Auf der Stator-Hohlwelle (3) sitzt der Stator (2), der aus Sta­ torblechpaket und Statorwicklung besteht. Der elek­ trische Anschluß der Statorwicklung und der in der Sta­ torwicklung integrierten Temperaturfühler bzw. Thermo­ kontakte, erfolgt über die durch die Hohlwelle (3) geführ­ te Anschlußleitung (13). Die Wicklungsköpfe (8) der Sta­ torwicklung sind in ihrer Ausgestaltung der inneren Form der Lagerschilde (6) und (7) angepaßt.On the stator hollow shaft ( 3 ) sits the stator ( 2 ), which consists of stacked stator core and stator winding. The electrical connection of the stator winding and the temperature sensor or thermal contacts integrated in the stator winding takes place via the connecting cable ( 13 ) guided through the hollow shaft ( 3 ). The winding heads ( 8 ) of the gate winding are adapted in their design to the inner shape of the end shields ( 6 ) and ( 7 ).

Das Lagerschild (6) ist auf der Innenseite mit Leitschaufeln (15) versehen und als Pumpenlaufrad ausgebildet und in der Formgebung dem Wicklungskopf (8) angepaßt. Durch die spezielle, aufeinander abgestimmte Form von Lagerschild (6) mit Leitschaufeln (15) und dem Wicklungskopf (8), ent­ steht im Motorinnenraum eine Kreiselpumpe zur Förderung der Kühlflüssigkeit. Das Lagerschild (7) ist auf der Innensei­ te ebenfalls der Form des Wicklungskopfes (8) angepaßt um dort eine gute Umspülung des Wicklungskopfes, eine hohe Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit und somit eine best­ mögliche Kühlung der Statorwicklung zu erreichen. Zur Steigerung der Kühlleistung können, je nach Erfordernis, noch zusätzliche Kühlbohrungen bzw. Kühlkanäle (17 und 18) entlang der Statorwicklung in axialer Richtung, oder bei Motoren mit beidseitig integrierter Pumpe, auch in radialer Richtung angebracht werden. The bearing plate ( 6 ) is provided on the inside with guide vanes ( 15 ) and designed as a pump impeller and the shape of the winding head ( 8 ) is adapted. Due to the special, coordinated shape of the end shield ( 6 ) with guide vanes ( 15 ) and the winding head ( 8 ), a centrifugal pump is created in the engine compartment to convey the coolant. The end shield ( 7 ) is also adapted to the shape of the winding overhang ( 8 ) on the inner side to achieve a good washing around the winding overhang, a high flow rate of the cooling liquid and thus the best possible cooling of the stator winding. To increase the cooling capacity, additional cooling holes or cooling channels ( 17 and 18 ) can be made along the stator winding in the axial direction or, in the case of motors with a pump integrated on both sides, in the radial direction, depending on the requirements.

Die staubdichte Abdeckung der Gleitringdichtungen (9) und der Lager (5), oder bei umgekehrter Anordnung, - Lager (5) und Gleitringdichtungen (9) - welche je nach Lagerart oder Bedarf gewählt werden kann, erfolgt über die Lagerdeckel (16).The dust-proof cover of the mechanical seals ( 9 ) and the bearings ( 5 ), or in the reverse arrangement, - bearings ( 5 ) and mechanical seals ( 9 ) - which can be selected depending on the type of bearing or need, takes place via the bearing cover ( 16 ).

Bei der Ausführung nach Fig. 1, erfolgt die Kühlung und Schmierung der Lager und Gleitringdichtungen durch das Kühlmittel.In the embodiment of Fig. 1, the cooling and lubrication of the bearings and mechanical seals carried by the coolant.

Über die Hohlwelle (3), die an ihren beiden Enden durch die Stopfen (11) und (12) abgedichtet verschlossen ist, erfolgt die Kühlflüssigkeits-Verteilung im Motor, d. h. die Trennung in eine Motor-Saugseite, bzw. Motor-Druck­ seite. In der Hohlwelle (3) sind auch zur Kühlmittelver­ teilung die Radialbohrungen (14) und (14 a) angebracht. Ebenfalls in der Hohlwelle montiert sind ein oder mehrere Druckausgleichsvorrichtungen (4) zum Volumen- bzw. Druck­ ausgleich des Kühlmittels. Wird nun durch Einschalten des Motors der Läufer in Bewegung ge­ setzt, so saugt die im Motor integrierte Pumpe (Teile 8, 15 und 6) über die Radialbohrungen (14), Kühlmittel aus der Hohlwelle (3) an und drückt das Kühlmittel über den Ringspalt zwischen Läufer und Stator, sowie andere je nach Bedarf angebrachte Kühlbohrungen, weiter über den Spalt zwischen Lagerschild (7) und Wicklungskopf (8), die Radial­ bohrungen (14 a) in die Hohlwelle (3) zurück. Diese Ausfüh­ rungsart ist für alle Motoren geeignet, bei denen die Küh­ lung des Stators im Vordergrund steht und die erforderliche Wärmeabfuhr über den Läufer an die Umgebung oder das Förder­ medium oder das anzutreibende Maschinenteil möglich ist. About the hollow shaft ( 3 ), which is sealed at both ends by the plugs ( 11 ) and ( 12 ), the coolant is distributed in the engine, ie the separation into an engine suction side or engine pressure side. In the hollow shaft ( 3 ), the radial bores ( 14 ) and ( 14 a) are also provided for coolant distribution. One or more pressure compensation devices ( 4 ) for volume or pressure compensation of the coolant are also mounted in the hollow shaft. If the rotor is started by switching on the motor, the pump integrated in the motor (parts 8, 15 and 6 ) sucks in coolant from the hollow shaft ( 3 ) via the radial bores ( 14 ) and presses the coolant through the annular gap between the rotor and the stator, as well as other cooling bores as required, further over the gap between the end shield ( 7 ) and the winding head ( 8 ), the radial bores ( 14 a) in the hollow shaft ( 3 ). This type of design is suitable for all motors in which the cooling of the stator is in the foreground and the necessary heat dissipation via the rotor to the environment or the medium to be conveyed or the machine part to be driven is possible.

Das Beispiel in Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Motor mit zusätzlichen Anschlüssen (19 und 20) für ein externes Kühlsystem und/oder externe Kühlmittelpumpe. Bei dieser Ausführungsart wird über die Trennscheibe (21), der Motor in eine Saug- und Druckseite, bzw. eine Kühlmitteleintritt- und Kühlmittelaustrittseite, unterteilt.The example in FIG. 2 shows an engine according to the invention with additional connections ( 19 and 20 ) for an external cooling system and / or external coolant pump. In this embodiment, the motor is divided into a suction and pressure side or a coolant inlet and coolant outlet side via the cutting disc ( 21 ).

Fig. 3 zeigt einen Motor entsprechend Fig. 2, jedoch mit anderer Formgebung der Pumpenleitschaufeln (15), der Wick­ lungsköpfe (8) und der Innenseite des Lagerschildes (7). Fig. 3 shows a motor corresponding to FIG. 2, but with a different shape of the pump guide vanes ( 15 ), the winding heads ( 8 ) and the inside of the end shield ( 7 ).

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Motor entsprechend Fig. 1, jedoch nur mit einseitig ausgeführtem Wellenende als Montagefestpunkt. Außerdem entfällt bei dieser Ausführungsform Gleitringdichtung und das Lagerschild (7) bildet mit dem Läufer (1) eine Einheit. Fig. 4 shows a motor according to the invention corresponding to Fig. 1, but only with a shaft end designed as a fixed assembly point. In addition, in this embodiment there is no mechanical seal and the bearing plate ( 7 ) forms a unit with the rotor ( 1 ).

Claims (6)

1. Außenläufermotor in geschlossener Bauwei­ se mit direkter Kühlung von Statorblechpaket, Statorwick­ lung und der Wicklungsköpfe sowie des Läufers und des Motorgehäuses, mit Einrichtungen am Läufer zur Strömung des Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) als Kühlmittel Flüssigkeit verwendet wird,
  • b) die Lagerschilde (6, 7) an der Motorinnenseite an die Form der Wicklungsköpfe (8) angepaßt sind,
  • c) als Mittel zur Strömungserzeugung Leitschaufeln (15) an mindestens einem Lagerschild (z. B. 6) ange­ bracht sind,
  • d) die Lagerung der Lagerschilde (6, 7) mittels Flüssigkeitsdichtungen (9) über die Lager (5) auf der Statorwelle (3) erfolgt.
1. External rotor motor in a closed design with direct cooling of the stator core, stator winding and the winding heads as well as the rotor and the motor housing, with devices on the rotor for the flow of the coolant, characterized in that
  • a) liquid is used as the coolant,
  • b) the end shields ( 6, 7 ) on the inside of the motor are adapted to the shape of the winding heads ( 8 ),
  • c) guide vanes ( 15 ) are attached to at least one bearing plate (e.g. 6 ) as a means of generating flow,
  • d) the bearing plates ( 6, 7 ) are mounted on the stator shaft ( 3 ) by means of liquid seals ( 9 ) via the bearings ( 5 ).
2. Außenläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die im hermetisch geschlossenen Motor und Kühl­ kreislauf befindliche Flüssigkeit immer einen statischen Überdruck gegenüber dem Um­ gebungsdruck aufweist und dieser statische Überdruck ständig von einem Minimaldruck-Begrenzer (10) überwacht wird. 2. External rotor motor according to claim 1, characterized in that the liquid located in the hermetically sealed motor and cooling circuit always has a static positive pressure compared to the ambient pressure and this static positive pressure is constantly monitored by a minimum pressure limiter ( 10 ). 3. Außenläufermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stator-Hohlwelle (3) als Kühlmittelver­ teiler dient und zur Kühlmittelverteilung mit Radialboh­ rungen (14 und 14 a) versehen ist.3. External rotor motor according to claim 1 or 2, characterized in that the stator hollow shaft ( 3 ) serves as a coolant distributor and for coolant distribution with radial bores ( 14 and 14 a) is provided. 4. Außenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Druckausgleichselemente (4) in der Stator-Hohl­ welle (3) angebracht sind und diese über die abschraubba­ ren Wellen-Verschlußstopfen (11, 12) ein- und ausge­ baut werden.4. External rotor motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that pressure compensation elements ( 4 ) in the stator hollow shaft ( 3 ) are attached and this builds in and out via the screw-off shaft sealing plug ( 11, 12 ) will. 5. Außenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je nach Reihenfolge der Montage der Lager (5) und Gleitringdichtungen (9), die Lager (5) und/oder die Gleitringdichtungen (9) von der Flüssigkeit umspült und geschmiert werden.5. External rotor motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that, depending on the order of assembly of the bearings ( 5 ) and mechanical seals ( 9 ), the bearings ( 5 ) and / or the mechanical seals ( 9 ) are washed by the liquid and be lubricated. 6. Außenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je nach Ausführungsart, in der Stator-Hohlwelle (3) ein Anschluß für den Kühlmitteleintritt (19) und ein An­ schluß für den Kühlmittelaustritt (20) für den Anschluß ex­ terner Kühlsysteme und/oder einer Kühlmittelpumpe integriert ist.6. External rotor motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that, depending on the embodiment, in the stator hollow shaft ( 3 ) has a connection for the coolant inlet ( 19 ) and a circuit for the coolant outlet ( 20 ) for the connection ex ternal cooling systems and / or a coolant pump is integrated.
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