DE19742255C1 - Heavy current rotary electrical machine - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a three-phase machine without a housing with axially parallel coolant pipes in the corner areas of a stator core, on the A and B side with each other and together to form a coolant circuit Connection pieces are connected.
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.The higher heat density is sufficient for heat dissipation often a property of larger electrical machines or forced ventilation no longer works and it must be switched on order with coolant circuit.
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).For this purpose, it is already known to use two coolant tubes a good heat-conducting material, for example copper, To summarize in a U-shape and in the axial direction in the stand foot or at the bottom of the stand grooves of an external rotor pour in the machine, which allows coolant to enter and exit the connection to a coolant circuit on the same Machine side come to rest (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.It is also for machines whose laminated stands are used as supporting part are formed, known, extensively in Stand axial recesses for coolant lines see. The straight segments of the coolant lines are connected on both sides by bends, wel che axially at least partially outside the stand package tes are arranged. The stand sheets of such a Ma machines have a circular cut, which is why the entire stand periphery with openings for cooling middle tubes can be provided, each with identi bends on both sides of the machine can be connected. For the supply and discharge as well Special arch elements are available in the area of the supports seen that are outside the stator sheet profile. (DE 41 07 399 A1). It must be perceived as disadvantageous that Height and width of the machine due to the conc distributed pipelines and those on the supports led out arch elements are not optimal or that the cross section of the magnetically active stator sheet ge is weakening.
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).Arrangements in which a cooling tube coil in the machine narrow housings are cast in, with one exception of the entrance and exit special deflection bends, but cool the Machine not directly at the place of origin of the Eisenver lust heat and are on the presence of an additional Chen aluminum or cast iron housing instructed (DE 91 07 197 U1). This also applies to machines in their stands dergehäusewand a cooling pipe coil made of aluminum or Copper is poured in (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.There are also liquid-cooled electrical machines known in which axial cooling channels in the housing can be incorporated into the casting technique. In the camp shields on the A and B sides of the machine are white cast in other diversions and inlet and outlet connections, that direct the coolant flow (DE 91 12 631 U1, US 5 084 642 A, EP 0 560 993 B1). In particular, problems arise here the seal between the housing jacket and the End shields, apart from the fact that not directly here either the stator iron is cooled.
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).Ultimately, it is also known to et wa circular electric motor a housing in the form of a writing squares and the free corners axial coolant pipes to be filled, with the art the front connection of the coolant pipes is not on are made (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.The invention has for its object a housingless Three-phase machine of the type described at the beginning improve that an extremely compact design and a effective cooling of the stator core and the stator development with reduced production, Low maintenance and longevity of the machine into one cost-effective, robust machine with high performance lead density.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 ange gebenen Merkmalen gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ge ben die Unteransprüche an.The object is achieved by the in claims 1 and 2 given features solved, advantageous developments ge specify the subclaims.
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.By placing the U-shaped coolant pipes from one engine side pushed into the corner areas of the stand that are either not or only negligibly electro can be used magnetically, the outer contours of the Motor essentially on the contours of the square Stand plate package are limited. On the the U-bends the machine side opposite the coolant pipes the the connecting piece, the corner connection sheets for Ver bind the coolant pipes of two adjacent corner areas and if necessary the deflection bends for connecting two coolant pipes within each corner area mon animals, which facilitates production. Essential for that Invention is that the corner connecting sheets both inner half of the approximately square stator profile as well within the end shield area of this machine side are led around the end of the winding head. First there with it succeeds namely the edge length of the stand plate profiles essentially on the electromagnetically active Stator zone to reduce and the electromagnetic not used housing corners to accommodate coolant pipes to be used, with no connections of the coolant pipe right from stand corner to stand corner over the rectangular contour standless machine. In addition, in front part of the stator winding in the area of the wic kelkopfes this side intensively cooled, the cooling effect due to the good conductivity of copper or Aluminum extends over the entire winding.
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.In a further embodiment, the U- shaped coolant tubes from a machine side pushed and accordingly on the other side by Um steering arches connected with each other, the still free En to the corner connection sheets and ultimately to egg nem supply or discharge port for the connection run a coolant circuit.
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.According to a further embodiment, the U-shaped ones can also be used Coolant pipes each made from a continuous pipe be or from two straight tubes and each egg be made up of a deflection bend.
In Fortbildung der Erfindung sind die zu verbindenden Rohrsegmente untereinander verlötet.In a further development of the invention are those to be connected Pipe segments soldered together.
Des weiteren ist es für eine effektive Kühlung vorteil haft, wenn die Eckverbindungsbögen im Bereich des Wic kelkopfes Kühlrippen tragen.It is also advantageous for effective cooling liable if the corner connecting sheets in the area of the Wic wear cooling fins.
Ferner können in den äußeren Ecken der Ständerbleche zu sätzlich Kühlluftfenster angeordnet sind, durch die z. B. mittels eines Lüfters zusätzlich Kühlluft geblasen wird.Furthermore, in the outer corners of the stand sheets Additional cooling air windows are arranged through which z. B. cooling air is additionally blown by means of a fan.
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.The three-phase machine according to the invention can in particular advantageously as a powerful three-phase asyn chronomotor, of which even at a standstill full torque can be requested.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt: The invention is based on an embodiment example are explained in more detail. In the associated Drawing shows:
Fig. 1 ein etwa quadratisches Ständerblech eines Motors, Fig. 1 is an approximately square stator of a motor,
Fig. 2 die B-Seite des Motors bei abgenommenem Lager schild, Fig. 2, the B-side of the engine with removed bearing shield,
Fig. 3 die A-Seite des Motors bei abgenommenem Lager schild und Fig. 3 shield the A-side of the motor with the bearing removed and
Fig. 4 einen Schnitt A-A der A-Seite nach Fig. 3 und Fig. 4 shows a section AA of the A-side according to Fig. 3 and
Fig. 5 die Ansichten eines Eckverbindungsbogens. Fig. 5 shows the views of a corner connection sheet.
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 an approximately square stator plate 1 ( Fig. 1) egg nes housing-less three-phase asynchronous motor are in addition to the central, with grooves 2 for the stator winding - the winding heads 3 , 17 can be seen in the following FIGS. 2 to 4 - provided blank 4 for a closer presented rotor per corner area a cooling air window 5 , two recesses 6 for clamping bolts, not shown, for clamping the stator plates 1 via press frame 7 to a stator core 8 and four recesses 9 for coolant tubes 11 to be described in more detail.
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.In Fig. 2, the essential components in connection with the invention - seen from the B side of the engine - are shown. The first stator plate 1 of the stator laminated core 8 is largely covered by a press frame 7 , the recesses 10 in the corner areas of the cooling air window 5 and the recesses 9 for U-shaped curved coolant tubes 11 , which from this side to the deflection bend 12th in the recesses gene 9 of the stator plates 1 are inserted. In the example, two U-shaped Kühlmit telrohre 11 are housed in a corner area, which are inserted from the B side of the machine ne. The U-bend of the coolant tubes 11 is made by bending a continuous tube.
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.On the A side of the engine, which is shown schematically in FIG. 3, the adjacent legs of the U-shaped coolant pipes 11 are each connected via a deflection bend 13 . On the top of the engine, the inner legs of the inner U-shaped coolant tubes 11 are supplemented by connecting pieces 14 , 15 , to which an external coolant circuit (not described in more detail) is connected.
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.The remaining open ends of the coolant tubes 11 are connected to one another via specially shaped corner connecting arches 16 , as a result of which a row cooling circuit is formed overall. To increase the cooling surface 16 ribs 19 are brought to the corner connecting arches, if necessary, preferably by soldering or spot welding. It is of course possible within the scope of the invention to implement a parallel connection or combined series-parallel connection of coolant pipes by means of corresponding connections and connecting pieces.
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.The corner connecting sheets 16 are - based on the sectional image of the stator sheets 1 - shaped so that they lie within the contours of the stator sheets 1 , that is, they do not protrude outwards or inwards and essentially - seen in the axial direction - in front of the winding head 17 of the A. -Se te of the engine are arranged and thus cool it additionally.
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.For this purpose, section AA according to FIG. 3 is shown in FIG. 4. The stator core 8 is penetrated by coolant pipes 11 , one pipe leg of which is shown in section. At the open end of this visible leg of the U-shaped coolant tube 11 , a corner connection arc 16 is soldered, which is guided within the profile of the stator plate 1 around the winding head 17 of the stator winding so that the Eckverbindungsbo gene 16 is completely housed within the end shield 18 , that attaches to the press frame 7 . Due to the selected bending shape, the corner connecting sheet 16 cools the end face of the end winding 17 over almost its entire length, the cooling ribs 19 in this area reinforcing the cooling effect.
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.In FIG. 5, the geometry of a Eckverbindungsbogens 16 is shown without the cooling fins in its three views. As is particularly clear from this illustration, the corner connection arch 16 is bent in all three spatial directions.
11
Ständerblech
Stand plate
22nd
Nut im Ständerblech
Groove in the stand plate
33rd
Wickelkopf der B-Seite
B-side end winding
44th
Ronde im Ständerblech
Round plate in the stand plate
55
Kühlluftfenster
Cooling air window
66
Aussparung für Spannbolzen
Cut-out for clamping bolts
77
Preßrahmen
Press frame
88th
Ständerblechpaket
Stand sheet metal package
99
Aussparung für Kühlrohre
Cut-out for cooling pipes
1010th
Aussparung im Preßrahmen
Recess in the press frame
1111
Kühlmittelrohr
Coolant pipe
1212th
Umlenkbogen auf der B-Seite
Deflection bend on the B side
1313
Umlenkbogen auf der A-Seite
Deflection bend on the A-side
1414
Anschlußstutzen
Connecting piece
1515
Anschlußstutzen
Connecting piece
1616
Eckverbindungsbogen
Corner connection elbow
1717th
Wickelkopf der A-Seite
A-side end winding
1818th
Lagerschild
End shield
1919th
Kühlrippe
Cooling fin
Claims (9)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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