DE10247310A1

DE10247310A1 - Belüftung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE10247310A1
Application number: DE2002147310
Authority: DE
Inventors: Alexander Unger
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-22

Abstract

Gekapselte elektrische Maschinen sollen wirksamer gegenüber Verschmutzungen aus der Umgebungsluft geschützt werden. Daher ist in einer elektrischen Maschine ein Lüfter (17) vorgesehen, mit dem ein erster Kühlmittelstrom (11) zur Kühlung des Gehäuses (3) an einer Außenwand des Gehäuses vorbei und/oder in Kanälen (10) des Gehäuses (3) und gleichzeitig auch ein zweiter Kühlmittelstrom (4) im Inneren des Gehäuses (3) zur Eigendurchzugsbelüftung bewegt werden kann. Der Lüfter (17) ist entsprechend hinter dem Lagerschild (12) im Inneren der elektrischen Maschine angeordnet. Das Motorlager (13) kann dadurch hermetisch von der Außenluft abgeriegelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, das einen Ständer und einen Läufer der elektrischen Maschine gegen die Umgebung kapselt, und einem Lüfter, mit dem ein Kühlmittelstrom zur Kühlung des Gehäuses an einer Außenwand des Gehäuses vorbei und/oder in Kanälen des Gehäuses bewegbar ist.
Elektrische Fahrmotoren, wie z.B. Bahnmotoren, werden belüftet, um die elektrischen Verluste im Motor an die Umgebungsluft abzuführen. Eine gängige Technik hierfür ist die Durchzugsbelüftung, bei der ein Lüfter die Umgebungsluft über beziehungsweise in den Motor fördert und somit für entsprechende Kühlung sorgt. Nachteilig bei dieser Bauart ist, dass die elektrischen Komponenten des Motors, nämlich Läufer und Ständer, aber auch die Lager, der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Schmutz und aggressive Substanzen in der Umgebungsluft können so zu einer rascheren Alterung des Motors führen.
Eine diesbezügliche Verbesserung stellen gekapselte Motoren dar, die eigendurchzugsbelüftet sind, so dass die Außenluft nicht in den Innenraum des Motors gelangt. Ein derartiger Motor ist in 1 dargestellt. Der Motor bestehend aus Stator 1 und Läufer 2 ist durch ein Gehäuse 3 gekapselt. Um den Stator 1 und den Lüfter 2 ist ein Motorinnenraum ausgebildet, der von einem inneren Kühlkreislauf 4 (durchgezogene Pfeile) durchströmt wird. Der innere Kühlkreislauf 4 wird durch einen Innenlüfter 5 angetrieben. Der Innenlüfter 5 weist hierzu entsprechende Schaufelflächen 6 auf. Der innere Kühlkreislauf 4 verläuft in Abhängigkeit von der Drehrichtung des auf die Motorwelle 7 montierten Innenlüfters 5 (in der Zeichnung von links nach rechts) in axialer Richtung durch den Läufer 2, angetrieben durch den Innenlüfter 5 radial nach außen an den Wickelköpfen des Ständers 1 vorbei, durch Lüftungsschlitze im Stator 1 hindurch (von rechts nach links in 1), vorbei an den Wickelköpfen der anderen Seite des Ständers 1 und zurück in die Lüftungsschlitze des Läufers 2.
Ein Außenlüfter 8 befindet sich an der gegenüber dem Innenlüfter 5 liegenden Stirnseite des Motors und ist ebenfalls auf der Motorwelle 7 befestigt. Die Schaufelflächen 9 des Außenlüfters 8 fördern Kühlluft durch Kanäle 10 des Gehäuses 3. Die Kühlluft streicht weiter über den Ständerrücken und drängt nach außen. Hierdurch ist ein äußerer Kühlkreislauf 11 definiert, der prinzipiell nicht in den Motorinnenraum dringt.
Die Motorwelle 7 ist in einem Lagerschild 12, das an der Motorstirnseite den inneren Kühlkreislauf 4 von dem äußeren Kühlkreislauf trennt, gelagert. Hierfür ist ein entsprechendes Lager 13 vorgesehen. Aufgrund von Druckunterschieden zwischen dem inneren Kühlkreislauf 4 und dem äußeren Kühlkreislauf 11 kann sich eine Luftströmung 14 durch das Lager 13 ergeben. Diese Luftströmung kann auch nicht durch eine Labyrinthdichtung 15 zwischen Läufer 2 und Lagerschild 12 sowie eine Labyrinthdichtung 16 zwischen dem Außenlüfter 8 und dem Lagerschild 12 verhindert werden. Folge dieser Luftströmung 14 ist, dass sich in dem Lager 13 beispielsweise Schmutzpartikel ablagern können, die zu einer frühzeitigen Alterung des Lagers 13 führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine elektrische Maschine vorzusehen, bei der ein vorzeitiges Altern durch Kühlströme vermindert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, das einen Ständer und einen Läufer der elektrischen Maschine gegen die Umgebung kapselt, und einem Lüfter, mit dem ein erster Kühlmittelstrom zur Kühlung des Gehäuses an einer Außenwand des Gehäuses vorbei und/oder in Kanälen des Gehäuses bewegbar ist, wobei mit dem Lüfter gleichzeitig auch ein zweiter Kühlmittelstrom im Inneren des Gehäuses zur Eigendurchzugsbelüftung bewegbar ist.

Dadurch, dass mit dem Lüfter gleichzeitig auch der innere Kühlmittelstrom zur Eigendurchzugsbelüftung bewegt werden kann, kann der Lüfter auf der Motorwelle zwischen dem Lager der Motorwelle und dem Läufer angeordnet werden. Das Lager kann damit nach außen hermetisch abgeriegelt werden, so dass es nicht mehr von Kühlluft durchströmt wird. Folglich kann eine Verschmutzung des Lagers oder ein Angriff des Lagers durch aggressive Substanzen in der Kühlluft nicht mehr erfolgen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß gestalteten Belüftungssystems der elektrischen Maschine besteht darin, dass, da ein Lüfter verwendet wird, der sowohl den äußeren als auch den inneren Kühlkreislauf antreibt, die Anzahl der Teile der elektrischen Maschine vermindert und somit der Montageaufwand reduziert werden kann. Diese Teilereduktion bedeutet ferner eine Gewichtsminderung für die elektrische Maschine.

Des Weiteren erweist sich als vorteilhaft, dass eine gegebenenfalls eingesetzte Labyrinthdichtung vereinfacht realisiert werden kann. Die Vereinfachung besteht darin, dass nur eine Seite der Lagerung durch Labyrinthe aufwändig abgedichtet werden muss.

Vorzugsweise wird das Lager des Läufers der elektrischen Maschine gekapselt. Dies kann durch einen Deckel oder eine Verschlussschraube erfolgen, der/die gegebenenfalls abnehmbar ist. Da das Lager des Läufers nur durch einen Deckel oder eine Verschlussschraube abgekapselt ist und nicht ein Lüfterrad vor dem Lager angeordnet ist, ist das Lager beispielsweise zur Altfettentfernung leicht zugänglich.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen elektrischen Fahrmotor gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Fahrmotor; und
3 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrmotors.
Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In 2 ist ein Querschnitt durch einen Fahrmotor mit erfindungsgemäßer Belüftung dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen baugleiche oder funktionsgleiche Komponenten der beiden Fahrmotoren. Diesbezüglich sei auf die Beschreibung zu 1 hingewiesen.
Erfindungsgemäß ist auf der Motorwelle 7 zwischen dem Lager 13 und dem Läufer 2 ein doppelseitiges Lüfterrad 17 angeordnet. Nach außen gerichtete Schaufelflächen 18 fördern den äußeren Kühlkreislauf 11 (angepunktete Pfeile) ähnlich wie beim Stand der Technik gemäß 1. Darüber hinaus fördern nach innen gerichtete Schaufelflächen 19 den inneren Kühlkreislauf 4. Diese inneren Schaufelflächen sind dem Stator 1 und Läufer 2 zugewandt und fördern den inneren Kühlkreislauf 4 im Bereich der Wickelköpfe des Stators 1 radial nach außen. Somit ergibt sich ein innerer Kühlkreislauf 4, der dem von 1 entgegengesetzt gerichtet ist. Er verläuft gemäß den durchgezogenen Pfeilen in 2 im Ständer 1 von links nach rechts, umströmt die Wickelköpfe des Ständers 1 auf dessen lüfterabgewandten Seite, dringt durch Lüftungsschlitze des Läufers 2 und gelangt schließlich wieder zu dem Lüfterrad 17. Da das Lüfterrad 17 beide Kühlkreisläufe 4 und 11 antreibt, kann auf der gegenüberliegenden Seite des Fahrmotors auf einen zweiten Lüfter verzichtet werden.
Das Lüfterrad 17 trennt die beiden Kühlkreisläufe 4 und 11 an der Stirnseite des Motors räumlich. Da sich der Lüfter 17 gegenüber dem Guss-Gehäuse 3 dreht, ist am Außenumfang des Lüfters 17 eine Labyrinthdichtung 20 vorgesehen.
Die Motorwelle 7 ist an der Seite des Lüfters 17 durch das Lager 13 an dem Lagerschild 12, das das Guss-Gehäuse 3 verschließt, gelagert. Hierfür ist eine spezielle Lagerbuchse 21 in das Lagerschild 12 integriert. Die Lagerbuchse 21 ist gegenüber der Motorwelle 7 wiederum durch eine Labyrinthdichtung 22 abgedichtet. Die Lagerbuchse 21 ist durch einen Deckel 23 nach außen hermetisch abgeschlossen. Durch diesen Deckel 23 werden sämtliche Luftströmungen durch das in der Lagerbuchse 21 befindliche Lager 13 unterbunden. Folglich können sich in dem Lager 13 keine Schmutzpartikel anlagern und es können auch keine aggressiven Substanzen, die sich in der Umgebungsluft befinden, das Lager 13 angreifen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß 2 lediglich darin, dass sich das Lager 13 nicht in der Lagerbuchse 21 sondern am Außenumfang der Lagerbuchse 21 befindet. Die Lagerbuchse 21 ist einteilig mit dem Lagerschild 12 verbunden und ragt in eine Bohrung der Motorwelle 7. Am Innenumfang dieser Bohrung ist das Lager 13 abgestützt.
Die Öffnung der Lagerbuchse 21 ist nach außen hin durch eine Verschlussschraube 24 abgeschlossen. Diese dichtet wie der Deckel 23 gemäß der vorhergehenden Ausführungsform gemäß 2 das Lager 13 gegenüber der Außenluft ab. Gleichzeitig gewährleistet er einen gewissen Zugang zu dem Lager zu dessen Reinigung. Prinzipiell könnte natürlich die Lagerbuchse 21 auch als Zapfen ohne Bohrung beziehungsweise Öffnung ausgeführt sein, wodurch jedoch das Lager 13 auch für Reinigungszwecke von außen nicht zugänglich wäre.
Ergänzend sei auch darauf hingewiesen, dass bei dieser Ausführungsform gemäß 3 ebenfalls eine Labyrinthdichtung 22 vorgesehen ist, die sich in diesem Fall zwischen dem Lüfterrad 17 und dem Lagerschild 12 befindet.

Claims

Elektrische Maschine mit – einem Gehäuse (3), das einen Ständer (1) und einen Läufer (2) der elektrischen Maschine gegen die Umgebung kapselt, und – einem Lüfter (17), mit dem ein erster Kühlmittelstrom (11) zur Kühlung des Gehäuses (3) an einer Außenwand des Gehäuses vorbei und/oder in Kanälen (10) des Gehäuses (3) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mit dem Lüfter (17) gleichzeitig auch ein zweiter Kühlmittelstrom (4) im Inneren des Gehäuses (3) zur Eigendurchzugsbelüftung bewegbar ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die als Fahrmotor ausgestaltet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Lager (13) des Läufers (2) der elektrischen Maschine gegenüber der Umgebung gekapselt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei das Lager (13) des Läufers (2) durch einen Deckel (23) oder eine Verschlussschraube (24) gekapselt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei der Deckel (23) oder die Verschlussschraube (24) abnehmbar ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Abschnitte des Lüfters (17) und Abschnitte des Gehäuses (3) oder eines Lagerschilds (12) eine Labyrinthdichtung (20) bilden.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lüfter (17) Schaufelflächen (19) an der zu dem Ständer (1) und dem Läufer (2) weisenden Seite und Schaufel flächen (18) an der von dem Ständer (1) und dem Läufer (2) abgewandten Seite aufweist.