DE29913314U1

DE29913314U1 - Electrical machine

Info

Publication number: DE29913314U1
Application number: DE29913314U
Authority: DE
Original assignee: Loher GmbH
Current assignee: Loher GmbH
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2009-07-30

Description

Loher AG 29.07.1999Loher AG 29.07.1999

Hans-Loher-Straße 32 01400-99 Z/p/svHans-Loher-Straße 32 01400-99 Z/p/sv

94099 Ruhstorf94099 Ruhstorf

Elektrische MaschineElectric machine

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, einem Stator (Ständer), einem Rotor und einer Wasserkühlung.The invention relates to an electrical machine with a housing, a stator, a rotor and a water cooling system.

Derartige elektrische Maschinen sind bereits bekannt. Bei den elektrischen Maschinen kann es sich um Motoren oder Generatoren handeln. Ferner kann es sich um Synchronmaschinen oder um Asynchronmaschinen (Motoren oder Generatoren) handeln. Anstelle von Wasser kann auch ein anderes Kühlmedium bzw. eine andere Kühlflüssigkeit verwendet werden.Such electrical machines are already known. The electrical machines can be motors or generators. They can also be synchronous machines or asynchronous machines (motors or generators). Instead of water, another cooling medium or another cooling liquid can be used.

Bei wassergekühlten bzw. wassermantelgekühlten elektrischen Maschinen wird die durch den Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Wärme durch das Kühlwasser abgeführt. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist allerdings die erreichbare Kühlleistung verbesserungsbedürftig, insbesondere bei Einsatzfällen, bei denen im Rotor eine große Verlustwärme entsteht, wie beispielsweise bei Windkraftgeneratoren (hoher Schlupf), Schrämmantrieben (hohe Schalthäufigkeit) und bei Zentrifugen (Schweranlauf).In water-cooled or water-jacket-cooled electrical machines, the heat generated by the operation of the electrical machine is dissipated by the cooling water. In certain applications, however, the achievable cooling performance needs to be improved, particularly in applications where a large amount of heat is lost in the rotor, such as in wind power generators (high slip), cutting drives (high switching frequency) and centrifuges (difficult starting).

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wassergekühlte elektrische Maschine der eingangs angegebenen Art mit einer verbesserten Kühlleistung vorzuschlagen.Proceeding from this, the object of the invention is to propose a water-cooled electrical machine of the type specified at the outset with an improved cooling performance.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. In der Kühlwasserkammer des Doppelmantels sind Wasserführungselemente vorgesehen. Hierdurch kann die Kühlleistung verbessert werden. Ferner ist es möglich, die Wärmeabfuhr des Rotors und der Wickelköpfe zu verbessern. Nach der Erfindung wird die Verlustwärme vom Rotor und von den Wickelköpfen an der Außenseite des wassergekühlten Doppelmantels bzw. Ständerdoppelmantels abgeführt, insbesondere durch die vom Lüfter erzeugte Innenluft. Ferner ist es möglich, durch die Erfindung einen Kühlwasserrücklauf (Kühlwasserkurzschluß) zu vermeiden.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Water guide elements are provided in the cooling water chamber of the double jacket. This can improve the cooling performance. It is also possible to improve the heat dissipation of the rotor and the winding heads. According to the invention, the heat loss from the rotor and the winding heads is dissipated on the outside of the water-cooled double jacket or stator double jacket, in particular by the internal air generated by the fan. Furthermore, it is possible to avoid cooling water return (cooling water short circuit) through the invention.

Die Erfindung kann bei allen wassergekühlten bzw. wassermantelgekühlten elektrischen Maschinen angewendet werden, insbesondere bei größeren elektrischen Maschinen mit großen Leistungen, ferner insbesondere in den eingangs angegebenen Einsatzfällen, bei denen im Rotor eine große Verlustwärme entsteht.The invention can be applied to all water-cooled or water-jacket-cooled electrical machines, in particular to larger electrical machines with high outputs, and also in particular in the applications specified at the beginning in which a large amount of heat is lost in the rotor.

Durch die Erfindung wird eine effektive Innenumluftkühlung ermöglicht. Hierdurch ist es möglich, wassermantelgekühlte elektrische Maschinen mit kleineren Abmessungen und kleinerem Gewicht zu bauen. Ferner können wassermantelgekühlte elektrische Maschinen mit größeren Leistungen hergestellt werden. Schließlich ist es möglich, wassermantelgekühlte elektrische Maschinen mit großer Verlustwärme im Rotor zu kühlen.The invention enables effective internal circulating air cooling. This makes it possible to build water-jacket-cooled electrical machines with smaller dimensions and less weight. Furthermore, water-jacket-cooled electrical machines with higher outputs can be manufactured. Finally, it is possible to cool water-jacket-cooled electrical machines with high heat losses in the rotor.

Vorzugsweise verlaufen die Wasserführungselemente wendelförmig. Die Wasserführungselemente sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß das Kühlwasser lediglich eine Geschwindigkeit erreicht, bei der weder Ablagerungen noch Kavitation entsteht.The water guide elements preferably run in a spiral shape. The water guide elements are preferably designed in such a way that the cooling water only reaches a speed at which neither deposits nor cavitation occur.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserführungselemente innerhalb der Kühlwasserkammer des Doppelmantels bzw. Gehäusemantels einerseits angeschweißt und gegenüberliegend kraftschlüssig eingebaut sind. Vorzugsweise sind die Wasserführungselemente beiderseits wasserdicht eingebaut.A further advantageous development is characterized in that the water guide elements within the cooling water chamber of the double jacket or housing jacket are welded on one side and installed in a force-fitting manner on the opposite side. The water guide elements are preferably installed in a watertight manner on both sides.

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Der wassergekühlte Doppelmantel weist vorzugsweise eine verrippte Außenseite auf. Durch die Rippen an der Außenseite des Doppelmantels wird die Kühlwirkung verbessert. Vorzugsweise ist der wassergekühlte Doppelmantel mit der verrippten Außenseite als Wärmetauscher ausgebildet.The water-cooled double jacket preferably has a ribbed outside. The ribs on the outside of the double jacket improve the cooling effect. The water-cooled double jacket with the ribbed outside is preferably designed as a heat exchanger.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Rotor eine zweite Reihe von Kühlbohrungen auf. Dadurch, daß im Rotor eine zweite Reihe von Kühlbohrungen vorhanden ist, werden der Luftdurchsatz und die Wärmeübertragung verbessert. According to a further advantageous development, the rotor has a second row of cooling holes. The fact that there is a second row of cooling holes in the rotor improves the air flow and the heat transfer.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Innenluft im Gegenstromprinzip geführt. Die Strömungsrichtung der Innenluft an der kühlenden Außenseite des wassergekühlten Doppelmantels des Statorgehäuses verläuft also vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zur Richtung des Kühlwassers in dem Doppelmantel. According to a further advantageous development, the internal air is guided according to the countercurrent principle. The flow direction of the internal air on the cooling outside of the water-cooled double jacket of the stator housing therefore preferably runs in the opposite direction to the direction of the cooling water in the double jacket.

Vorzugsweise ist ein Lüfter bzw. Hauptlüfter (Innenlüfter) vorgesehen, der einen Innenkühlkreislauf bewirkt. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Zusatzlüfter vorhanden. Hauptlüfter und Zusatzlüfter sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Der Innenkühlkreislauf wird also vorzugsweise durch einen einteilig ausgebildeten Haupt- und Zusatzlüfter bewirkt.Preferably, a fan or main fan (internal fan) is provided, which creates an internal cooling circuit. According to a further advantageous development, an additional fan is provided. The main fan and additional fan are preferably designed as one piece. The internal cooling circuit is therefore preferably created by a main and additional fan designed as one piece.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigtAn embodiment of the invention is explained in detail below with reference to the accompanying drawing. The drawing shows

Fig. 1 einen Elektromotor mit einer Wasserkühlung in einem Längsschnitt undFig. 1 an electric motor with a water cooling in a longitudinal section and

Fig. 2 den Elektromotor gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorne, teilweise im Schnitt (Querschnitt).Fig. 2 shows the electric motor according to Fig. 1 in a front view, partly in section (cross section).

Der in den Zeichnungsfiguren dargestellte Elektromotor besitzt ein Gehäuse 8 mit einem Ständer 9 und einem Rotor 10, der auf einer Rotorwelle 11 sitzt. Ferner ist ein doppelt wirkender Hauptlüfter (Innenlüfter) 1 mit der Rotorwelle 11 verbunden.The electric motor shown in the drawings has a housing 8 with a stator 9 and a rotor 10 which sits on a rotor shaft 11. Furthermore, a double-acting main fan (internal fan) 1 is connected to the rotor shaft 11.

Durch den Hauptlüfter 1 wird der Hauptinnenluftstrom 2 erzeugt. Der Hauptlüfter 1 fördert Innenumluft nach oben durch eine Öffnung 12 in dem Statormantel in den Bereich zwischen dem Doppelmantel 13 des Stators und dem Außenmantel 14 des Gehäuses 8. Der Hauptinnenumluftstrom 2 wird über die kühlende Außenseite 5 des wassergekühlten Doppelmantels 13 des Statorgehäuses bzw. Ständergehäuses geführt. Er strömt dann durch eine weitere Öffnung 15 am anderen Ende des Statormantels wieder nach innen und über den luftdurchlässigen Wickelkopf 4' in Kühlbohrungen 6 im Rotor 10. Die Rotorkühlbohrungen 6 verlaufen parallel zur Rotordrehachse 16. Die Innenumluft strömt durch die Kühlbohrungen 6 hindurch hin zum Hauptlüfter 1, wodurch der Kreislauf der einflutigen Innenumluftkühlung, die den Rotor 6 und die Wickelköpfe 4,4' kühlt, geschlossen wird.The main internal air flow 2 is generated by the main fan 1. The main fan 1 conveys internal circulating air upwards through an opening 12 in the stator casing into the area between the double casing 13 of the stator and the outer casing 14 of the housing 8. The main internal circulating air flow 2 is guided over the cooling outer side 5 of the water-cooled double casing 13 of the stator housing or stator housing. It then flows back in through another opening 15 at the other end of the stator casing and over the air-permeable winding head 4' into cooling holes 6 in the rotor 10. The rotor cooling holes 6 run parallel to the rotor rotation axis 16. The internal circulating air flows through the cooling holes 6 to the main fan 1, thereby closing the circuit of the single-flow internal circulating air cooling, which cools the rotor 6 and the winding heads 4, 4'.

Mit dem Hauptlüfter 1 ist ein Zusatzlüfter (zusätzlicher Innenlüfter) 3 einteilig ausgebildet, der sich an der Innenseite des Hauptlüfters 1 befindet und der eine Kühlung für den benachbarten Wickelkopf 4 erzeugt.An additional fan (additional internal fan) 3 is formed in one piece with the main fan 1, which is located on the inside of the main fan 1 and which generates cooling for the adjacent winding head 4.

Das Kühlwasser wird im Motor durch einen Einlaufstutzen 17 zugeführt. Es durchströmt die Kühlwasserkammer 7 des Doppelmantels 13 in einer Richtung, die parallel zur Rotorachse 16 verläuft und die der Strömungsrichtung der Umluft im Bereich zwischen dem Doppelmantel 13 und dem Gehäusemantel 14 entgegengesetzt ist (Gegenstromprinzip). Nach dem Durchströmen der Kühlwasserkammer 7 wird das Kühlwasser durch einen Auslaufstutzen 18 abgeleitet.The cooling water is fed into the motor through an inlet connection 17. It flows through the cooling water chamber 7 of the double casing 13 in a direction that runs parallel to the rotor axis 16 and is opposite to the flow direction of the circulating air in the area between the double casing 13 and the housing casing 14 (countercurrent principle). After flowing through the cooling water chamber 7, the cooling water is discharged through an outlet connection 18.

In der Kühlwasserkammer 7 des Doppelmantels 13 sind Wasserführungselemente 19 vorgesehen. Vorzugssweise sind die Wasserführungselemente 19 wendelförmig angeordnet bzw. derart angeordnet, daß das Kühlwasser im Doppelmantel 13 wendelförmig fließt. Vorzugsweise erreicht das Kühlwasser dabei nur eine Geschwindkeit, bei der weder Ablagerungen noch Kavitation entsteht.Water guide elements 19 are provided in the cooling water chamber 7 of the double jacket 13. The water guide elements 19 are preferably arranged in a spiral shape or in such a way that the cooling water flows in a spiral shape in the double jacket 13. Preferably, the cooling water only reaches a speed at which neither deposits nor cavitation occur.

Die Wasserführungselemente 19 sind an einer Seite des Doppelmantels bzw. Gehäusemantels 13 eingeschweißt. An der gegenüberliegenden Seite sind sie kraftschlüssig eingebaut. Sie sind ferner beiderseits wasserdicht eingebaut.The water guide elements 19 are welded onto one side of the double casing or housing casing 13. On the opposite side they are installed in a force-fitting manner. They are also installed in a watertight manner on both sides.

Der wassergekühlte Doppelmantel 13 weist an seiner Außenseite Rippen 20 auf, die jeweils parallel zur Rotorlängsachse verlaufen. Die Rippen 20 liegen zwischen der Außenseite des Doppelmantels 13 und der Innenseite des Gehäusemantels Der wassergekühlte Doppelmantel 13 ist mit seiner verrippten Außenseite auf diese Weise als Wärmetauscher ausgebildet.The water-cooled double jacket 13 has ribs 20 on its outside, each of which runs parallel to the longitudinal axis of the rotor. The ribs 20 are located between the outside of the double jacket 13 and the inside of the housing jacket. The water-cooled double jacket 13, with its ribbed outside, is thus designed as a heat exchanger.

In dem Rotor 10 ist eine erste, innere Reihe 21 von Kühlbohrungen 6 vorhanden sowie eine zweite äußere Reihe 22 von weiteren Kühlbohrungen.In the rotor 10 there is a first, inner row 21 of cooling holes 6 and a second outer row 22 of further cooling holes.

Der lange wassergekühlte Doppelmantel 13 mit seiner verrippten Außenseite ergibt eine große wärmeaufnehmende Oberfläche. Die Innenumluft strömt in entgegengesetzter Richtung gegenüber dem Kühlwasserstrom, was die Wärmeabfuhr optimiert. The long water-cooled double jacket 13 with its ribbed exterior provides a large heat-absorbing surface. The internal air flows in the opposite direction to the cooling water flow, which optimizes heat dissipation.

Claims

1. Electrical machine with a housing ( 8 ), a stator ( 9 ), a rotor ( 10 ) and a water cooling system, characterized in that water guide elements ( 19 ) are provided in the cooling water chamber ( 7 ) of the double casing ( 13 ).

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the water guide elements ( 19 ) extend in a spiral shape.

3. Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the water guide elements ( 19 ) are welded on one side within the cooling water chamber ( 7 ) of the double casing ( 13 ) and are installed in a force-fitting manner on the opposite side.

4. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the water guide elements ( 19 ) are installed watertight on both sides.

5. Electrical machines according to one of the preceding claims, characterized in that the double casing ( 13 ) has a ribbed ( 20 ) outer side.

6. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 10 ) has a second row ( 22 ) of cooling bores ( 6 ).

7. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the internal air is guided according to the countercurrent principle.

8. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized by a fan ( 1 ).

9. Electrical machine according to claim 8, characterized by an additional fan ( 3 ).

10. Electrical machine according to claim 9, characterized in that the main fan ( 1 ) and the additional fan ( 3 ) are formed in one piece.