EP0831236B1 - Motorpumpe mit gekühltem Frequenzumformer - Google Patents

Motorpumpe mit gekühltem Frequenzumformer Download PDF

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EP0831236B1
EP0831236B1 EP97116448A EP97116448A EP0831236B1 EP 0831236 B1 EP0831236 B1 EP 0831236B1 EP 97116448 A EP97116448 A EP 97116448A EP 97116448 A EP97116448 A EP 97116448A EP 0831236 B1 EP0831236 B1 EP 0831236B1
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frequency converter
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Bernd Dipl.-Ing. Goronzy
Christoph Dipl.-Ing. Lahusen
Mathias Dipl.-Ing. Reinhard
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Wilo SE
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    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0204—Frequency of the electric current

Definitions

  • the invention relates to a motor pump with a cooled frequency converter and an electric motor that has a wet or dry runner.
  • the object of the invention is to a motor pump of the type mentioned improve that with simple construction and assembly optimal cooling of the frequency converter is reached.
  • the Frequency converter as a heat sink has a plate on which at least one Heat-generating electronic component is attached, the plate in particular is perpendicular to the motor axis of rotation and from a branched part of the Fluid can be cooled and a channel runs in and / or on the plate, the is flowed through by the medium to cool the plate.
  • Such a frequency converter can be easily attached to the front of the motor can also be easily replaced afterwards. This will be a very good one Cooling of the electronic heat generated on the plate Components reached.
  • the channel through which part of the pumped medium flows not only leads to good cooling of the plate, but also allows that only relatively small amounts of liquid have to circulate so it doesn't It is necessary to liquidate larger spaces within the motor pump to fill.
  • the plate it is also possible for the plate to delimit a space, which is traversed by part of the medium. This also enables optimal cooling with simple construction and assembly.
  • the medium to the plate through the Inside of a can or can of the engine flows. Furthermore, that should Pumped medium from the plate back to the pump suction side through a line flow, which is in or on the outside of the motor and pump housing. As a result, it is not necessary that, as is known from the prior art, a small part of the pumped medium through the interior of the motor shaft to the pump is returned so that the pump shaft of simple construction and so it can be without an internal cavity.
  • cooling circuit secondary circuit
  • Delivery medium is arranged at least one controllable throttle. hereby can the cooling required for the electronics to the required size can be set.
  • the pump be a centrifugal or Piston pump is.
  • the pump can also have several pump stages, each with one Have impeller.
  • the medium flows from an inlet 7 (FIG. 2) into a pump suction chamber 8 and from there via the impellers 3 into a pump pressure chamber 9 and from there via a Outer jacket 10 to outlet 4, inlet 7 and outlet 4 being coaxial and are arranged transversely to the pump axis.
  • the motor 5 has a coaxial can 11 in which the rotor 12 runs and the is surrounded by the stator 13 with windings 14.
  • the motor shaft 15 is in Bearings 16, 17 held and attached to the shaft 18 of the pump.
  • the rotor 5 On the side facing away from the pump 1, the rotor 5 has an end face and is coaxial Frequency converter 20 attached with its cylindrical housing 21.
  • the outer diameter D1 of the housing 21 is larger than the outer diameter D2 of the motor and the outer diameter D3 of the pump.
  • a plate 22 is perpendicular to the motor 5 Motor and pump axis 23 arranged so that the axis 23 perpendicular to Plate 22 is.
  • Electronic components that generate heat are such on the plate attached that they are in contact with the plate and thus the plate 22 a Is heat sink for these components.
  • the plate 22 has at least one channel 24 which is part of the Flow medium is flowed to cool the plate 22.
  • This channel 24 is located inside and / or to the side of the plate 22.
  • the channel 24 is part of a secondary cooling circuit, the channel being connected to a line 25 is connected, the coaxial from the plate 24 to the center, the pump opposite end of the containment shell 11 is guided.
  • the end of channel 24 is on a return line 26 connected outside the motor pumps along the motor housing 6 and the pump housing 2 to the suction chamber 8 is returned.
  • the delivery liquid of the secondary cooling circuit is from the pressure chamber 9 through an opening 27 in the partition 28 between the pump and motor branched, through the opening 27, the medium into the interior of the Can 11 is guided to cool the engine.
  • the liquid is flowing through the can to its end and from there through the pipe 25 into the channel 24 and then back through the line 26 to the suction chamber 8.
  • the channel 24 over the plate 22 is not the shortest Led away, but from the center of the plate 22 to the outer edge and over there a large edge area to the outlet 29 to which the line 26 is connected is. Deviating from FIG. 3, the channel 24 can also be longer on the plate 22 be led in particular in turns.
  • the pump have only one pump stage or one Piston pump. It is particularly advantageous that the pump both in can be operated horizontally as well as in a vertical position.
  • the Junction 30 on the frequency converter 20 not only on the side, but also be arranged at the end.
  • the Electric motor have no can or can and therefore one Be a dry runner.
  • the space between plate 22 and the end of the containment shell 11 filled by the conveying liquid, so that the liquid located there cools the plate 22 and the channel 24 does not necessarily is required.
  • an adjustable throttle arranged so that the cooling circuit and thus the cooling of the plate 22 exactly is controllable.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Motorpumpe mit einem gekühlten Frequenzumformer und einem Elektromotor, der einen Nass- oder Trockenläufer aufweist.
Bei einer Motorkreiselpumpe ist es bekannt, den Frequenzumformer durch das geförderte Medium zu kühlen. So ist es beispielsweise aus dem europäischen Patent 0 520 333 bekannt, den Elektromotor mit einem Kühlmantel außen zu versehen und an der Außenseite des Kühlmantels einen Frequenzumformer zu befestigen. Solche Lösungen sind konstruktiv aufwendig und der Frequenzumformer ist nur noch schwer zum Auswechseln erreichbar.
Aus der DE 38 20 005 ist es bei einer Tauchpumpe bekannt, an einem Frequenzumrichter eine Platte zur Kühlung anzuordnen. Hierbei ist zwischen dem Frequenzumrichter und der Platte ein Lot, eine Paste oder ein wärmeleitender Kleber angeordnet, um die Kühlung zu verbessern. Dies reicht aber bei größeren Wärmemengen meist nicht aus.
Aus der US 4,834,624 ist es an sich bekannt, die Elektronik einer Pumpe durch einen Kühlkreislauf direkt zu kühlen. Eine solche Konstruktion erfordert einen hohen technischen Aufwand, um sicherzustellen, dass die Spannung führenden Teile mit der Kühlflüssigkeit nicht in Kontakt geraten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Motorpumpe der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei einfacher Konstruktion und Montage eine optimale Kühlung des Frequenzumformers erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Frequenzumformer als Wärmesenke eine Platte aufweist, auf der mindestens ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil befestigt ist, wobei die Platte insbesondere senkrecht zur Motorendrehachse liegt und von einem abgezweigten Teil des Fördermediums kühlbar ist und in und/oder an der Platte ein Kanal verläuft, der zur Kühlung der Platte vom Fördermedium durchflossen ist.
Ein solcher Frequenzumformer kann an der Stirnseite des Motors einfach befestigt als auch nachträglich leicht ausgewechselt werden. Hierbei wird eine sehr gute Kühlung der auf der Platte angeordneten Wärme erzeugenden elektronischen Bauteile erreicht.
Der von einem Teil des Fördermediums durchflossene Kanal führt nicht nur zu einer guten Kühlung der Platte, sondern ermöglicht es auch, dass nur verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsmengen umlaufen müssen, so dass es nicht erforderlich ist, größere Räume innerhalb der Motorpumpe mit Flüssigkeit zu füllen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Platte einen Raum begrenzt, der von einem Teil des Fördermediums durchflossen ist. Auch dies ermöglicht eine optimale Kühlung bei einfacher Konstruktion und Montage.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Fördermedium zur Platte durch das Innere eines Spaltrohres oder Spalttopfes des Motors fließt. Ferner sollte das Fördermedium von der Platte zurück zur Pumpensaugseite durch eine Leitung fließen, die in oder an der Außenseite des Motoren- und Pumpengehäuses liegt. Hierdurch ist es nicht erforderlich, dass, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein geringer Teil des Fördermediums durch das Innere der Motorwelle zur Pumpe zurückgeführt wird, so dass die Pumpenwelle von einfacher Konstruktion und damit ohne inneren Hohlraum sein kann.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass im Kühlkreislauf (Sekundärkreislauf) des Fördermediums mindestens eine regelbare Drossel angeordnet ist. Hierdurch kann die für die Elektronik benötigte Kühlung auf die jeweils erforderliche Grösse eingestellt werden.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Pumpe eine Kreisel- oder Kolbenpumpe ist. Auch kann die Pumpe mehrere Pumpstufen mit jeweils einem Laufrad aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1
einen axialen Schnitt durch eine Motorkreiselpumpe,
Figur 2
eine Außenansicht der Motorkreiselpumpe und
Figur 3
einen Schnitt nach III-III in Figur 1.
Eine mehrstufige Kreiselpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2, mehreren Laufrädern 3 und einem Auslass 4 ist durch einen Elektromotor 5 angetrieben, der mit seinem Gehäuse 6 koaxial an der Pumpe 1 befestigt ist. Das Fördermedium fließt von einem Einlass 7 (Figur 2) in eine Pumpensaugkammer 8 und von dort über die Laufräder 3 in eine Pumpendruckkammer 9 und von dort über einen Außenmantel 10 zum Auslass 4, wobei Einlass 7 und Auslass 4 gleichachsig und quer zur Pumpenachse angeordnet sind.
Der Motor 5 besitzt einen koaxialen Spalttopf 11, in dem der Rotor 12 läuft und der von dem Stator 13 mit Wicklungen 14 umgeben ist. Die Motorwelle 15 ist in Lagern 16, 17 gehalten und an der Welle 18 der Pumpe befestigt.
Auf der der Pumpe 1 abgewandten Seite ist am Rotor 5 stirnseitig und koaxial ein Frequenzumformer 20 mit seinem zylindrischen Gehäuse 21 befestigt. Hierbei ist der Außendurchmesser D1 des Gehäuses 21 größer als der Außendurchmesser D2 des Motors und der Außendurchmesser D3 der Pumpe.
Im Frequenzumformer 20 ist nahe des Motors 5 eine Platte 22 senkrecht zur Motoren- und Pumpenachse 23 angeordnet, so dass die Achse 23 lotrecht zur Platte 22 ist. An der Platte sind Wärme erzeugende elektronische Bauteile derart befestigt, dass sie mit der Platte in Kontakt stehen und damit die Platte 22 eine Wärmesenke für diese Bauteile ist.
Die Platte 22 weist mindestens einen Kanal 24 auf, der von einem Teil des Fördermediums durchflossen ist, um die Platte 22 zu kühlen. Dieser Kanal 24 befindet sich innerhalb und/oder seitlich der Platte 22. Hierbei ist der Kanal 24 Teil eines Sekundärkühlkreislaufes, wobei der Kanal an eine Leitung 25 angeschlossen ist, die koaxial von der Platte 24 zum mittigen, der Pumpe abgewandten Ende des Spalttopfes 11 geführt ist. Das Ende des Kanals 24 ist an eine Rücklaufleitung 26 angeschlossen, die außerhalb der Motorpumpen entlang des Motorgehäuses 6 und des Pumpengehäuses 2 zur Saugkammer 8 zurückgeführt ist.
Die Förderflüssigkeit des Sekundärkühlkreislaufes wird von der Druckkammer 9 durch eine Öffnung 27 in der Trennwand 28 zwischen Pumpe und Motor abgezweigt, wobei durch die Öffnung 27 das Fördermedium in das Innere des Spalttopfes 11 geführt wird, um den Motor zu kühlen. Die Förderflüssigkeit fließt durch den Spalttopf hindurch bis zu seinem Ende und von dort durch die Leitung 25 in den Kanal 24 und danach zurück durch die Leitung 26 zur Saugkammer 8.
Wie Figur 3 zeigt, ist der Kanal 24 über die Platte 22 nicht auf einem kürzesten Weg geführt, sondern von der Mitte der Platte 22 zum Außenrand und dort über einen großen Randbereich zum Auslass 29, an dem die Leitung 26 angeschlossen ist. Der Kanal 24 kann auch abweichend von Figur 3 länger auf der Platte 22 insbesondere in Windungen geführt sein. Ferner kann abweichend vom Ausführungsbeispiel die Pumpe nur eine Pumpenstufe besitzen oder eine Kolbenpumpe sein. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Pumpe sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Lage betrieben werden kann. Ferner kann die Anschlussstelle 30 am Frequenzumformer 20 nicht nur seitlich, sondern auch stirnseitig angeordnet sein. Auch kann im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Elektromotor keinen Spalttopf bzw. kein Spaltrohr aufweisen und damit ein Trockenläufer sein. In einer weiteren Alternative ist der Raum zwischen Platte 22 und dem Ende des Spalttopfes 11 von der Förderflüssigkeit gefüllt, so dass die dort befindliche Flüssigkeit die Platte 22 kühlt und der Kanal 24 nicht unbedingt erforderlich ist.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung ist im sekundären Kühlkreislauf, der durch die Platte 22 und die Leitung 26 fließt, eine regelbare Drossel angeordnet, so dass der Kühlkreislauf und damit die Kühlung der Platte 22 exakt steuerbar ist.

Claims (11)

  1. Motorpumpe mit einem gekühlten Frequenzumformer (20) und einem Elektromotor (5), der einen Nass- oder Trockenläufer aufweist, wobei der Frequenzumformer als Wärmesenke eine Platte (22) aufweist, auf der mindestens ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil befestigt ist, wobei die Platte insbesondere senkrecht zur Motorendrehachse (23) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte von einem abgezweigten Teil des Fördermediums kühlbar ist und in und/oder an der Platte (22) ein Kanal (24) verläuft, der zur Kühlung der Platte vom Fördermedium durchflossen ist.
  2. Motorpumpe nach Auspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (22) einen Raum begrenzt, der von einem Teil des Fördermediums durchflossen ist.
  3. Motorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer (20) an der der Pumpe (1) abgewandten Stirnseite des Elektromotors insbesondere koaxial befestigt ist.
  4. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermedium zur Platte (22) durch das Innere eines Spaltrohres oder Spalttopfes (11) des Motors (5) fließt.
  5. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermedium von der Platte (22) zurück zur Pumpensaugseite (8) durch eine Leitung (26) fließt, die in oder an der Außenseite des Motoren- und Pumpengehäuses liegt.
  6. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreislauf des Fördermediums mindestens eine regelbare Drossel angeordnet ist.
  7. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (22) mit dem Motorgehäuse (6) verbunden ist,
  8. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine Kreisel- oder Kolbenpumpe ist.
  9. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) mehrere Pumpstufen mit jeweils einem Laufrad (3) aufweist.
  10. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreislauf durch die von der Pumpe erzeugte Druckdifferenz angetrieben wird.
  11. Motorpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer an beliebiger Stelle angebracht ist.
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