DE102004048461A1

DE102004048461A1 - Gehäuse für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004048461A1
Application number: DE102004048461A
Authority: DE
Inventors: Thomas Then; Michael Zisler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-27
Also published as: CN101073190B; JP2008516572A; US20090026893A1; WO2006037737A1; CN101073190A; JP4558799B2; US7705496B2

Abstract

Das Gehäuse einer elektrischen Maschine soll trotz effizienter Kühlung kompakter gestaltet werden. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Kühlkanäle (2) eines Gehäuses (1), das vorzugsweise als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildet ist, nach innen offen zu lassen. Die Innenwände der Kühlkanäle (2) werden dann durch ein eingesetztes Statorpaket (4) gebildet. Somit können auch die Eckbereiche des Gehäuses für die Montage freigehalten und Material für die Fertigung des Gehäuses (1) eingespart werden. Außerdem lassen sich wegen der offenen Kühlluftkanäle (2) dünne Wandstärken im Profil und somit kleine Motorabmessungen bei gleichzeitig großem Kühlkanalquerschnitt realisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine mit einer Außenwand und mindestens einem Kühlkanal innerhalb der Außenwand, durch den ein Kühlmittel transportierbar ist.
Elektromotoren werden zur Leistungssteigerung mit einem Luftstrom oder einem anderen Kühlmedium gekühlt. Der Luftstrom wird dabei häufig durch einen zusätzlichen Lüfter (Axial- oder Radiallüfter) erzeugt und über oder durch den Motor geführt.
Da sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Fremdbelüftungskonzept bezieht, werden im Folgenden kurz die gängigen Kühlprinzipien fremdbelüfteter Motoren genannt. Einerseits sind für Strangpressprofile Eckkühlungen bekannt, bei denen der Kühlstrom die Eckbereiche des Strangpressprofils durchströmt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass eine derartige Konstruktion ungünstig für die Motormontage ist, da an den Ecken keine Aussparungen für Schrauben vorgesehen werden können.
Des Weiteren sind für die Kühlung von Elektromotoren Haubenmäntel mit Fremdlüfter bekannt, die über den Motor gestülpt werden. Dabei wird der Motor auf drei Seiten mit einem Kühlluftstrom gekühlt. Nachteilig an diesem System ist jedoch das vergrößerte Bauvolumen.
Ein weiteres Kühlkonzept basiert darauf, Kühlkanäle, beispielsweise für Luftkühlung, in dem Blechpaket eines gehäuselosen Motors vorzusehen. Dabei werden Ausstanzungen im Statorpaket direkt von dem Kühlmittel durchströmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfach herzustellendes Gehäuse für eine elektrische Maschine vorzuschlagen, das eine leistungsfähige Kühlung bei möglichst geringem Bauvolumen des Gehäuses erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Gehäuse für eine elektrische Maschine mit einer Außenwand und mindestens einem Kühlkanal innerhalb der Außenwand, durch den ein Kühlmittel transportierbar ist, wobei der mindestens eine Kühlkanal nach außen durch die Außenwand abgeschlossen und nach innen im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses offen ist.

Erfindungsgemäß kann somit der Kühlmittelstrom intensiv und direkt über das geblechte Statorpaket geführt werden. Die Verlustwärme wird also unmittelbar vom Entstehungsort und somit optimal abgeführt, ohne dass sich das Bauvolumen des Motors wesentlich vergrößert.

Vorzugsweise ist das Gehäuse im Querschnitt kreuzförmig ausgestaltet. Dadurch können die Eckbereiche freigehalten werden, so dass der montagefreundliche Zugang von der Motorrückseite aus gegeben ist.

Darüber hinaus können in dem Gehäuse Stege, die die Wände von Kühlkanälen bilden, radial nach innen ragen und einen zylinderförmigen Freiraum im Inneren des Gehäuses definieren. Die Stege haben dann nicht nur die Funktion, die Wände von Kühlkanälen zu bilden, sondern auch die Funktion, ein Statorpaket der elektrischen Maschine zu halten.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als Aluminium-Strangpressprofil ausgeführt. Derartige Profile lassen sich sehr einfach herstellen. Durch die über die gesamte Gehäuselänge offenen Kühlmittelkanäle im Gehäuse sind dünne Wandstärken im Profil möglich, da die Strangpresstechnik andernfalls bei geschlossenen Kanälen auf grund der notwendigen Toleranzen höhere Wandstärken erfordern würde. Wegen der dünneren Wandstärken können auch kleinere Motorabmessungen bei gleichzeitig großen Kühlkanalquerschnitten realisiert werden. Dies führt zu Einsparungen von Material und damit zu einfacher Gehäuseausführung, aber auch zu sehr kompakter Bauweise für fremdbelüftete Motoren. Des Weiteren ist ein derartiges Aluminium-Strangpressprofil sehr robust.

Wenn das Statorpaket eine geringere axiale Länge als das Gehäuse besitzt, kann mindestens ein Rohr axial vor oder hinter dem Statorpaket angeordnet sein, das den mindestens einen Kühlkanal zumindest teilweise nach innen abschließt. Dadurch kann die Kühlmittelführung vor und hinter dem Statorpaket durch die Kühlkanäle erzwungen werden.

Ein derartiges Rohr kann dicht an das Statorpaket anschließen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass Schmutzpartikel aus dem Kühlmedium nicht in den Innenraum der elektrischen Maschine gelangen.

Anstelle eines oder mehrerer Rohre vor und/oder hinter dem Statorpaket kann auch ein Rohr radial über dem Statorpaket angeordnet sein, das die Kühlkanäle nach innen abschließt. Dadurch kann unter Umständen eine höhere Abdichtwirkung erzielt werden.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann ferner ein Lagerschild aufweisen, mit dem das mindestens eine Rohr einteilig verbunden ist. Beispielsweise lässt sich das Lagerschild zusammen mit dem Rohr als gemeinsames Gussteil realisieren. Damit kann der Montageaufwand für die elektrische Maschine reduziert werden.

Besondere Vorteile ergeben sich auch dadurch, dass die nach innen offenen Kühlkanäle erlauben, die Geometrie und Auslegung des Statorschnitts ohne weiteres für verschiedene Kühl arten, z. B. für Wasserkühlung, Fremdbelüftung, Selbstkühlung und dergleichen, zu optimieren.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse;
2 den Querschnitt von 1 mit eingesetztem Statorpaket;
3 eine perspektivische Längsschnittansicht mehrerer Komponenten einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
4 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit Kühlmittelstrom; und
5 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit eingezeichnetem Kühlmittelstrom.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Das in 1 im Querschnitt wiedergegebene Gehäuse 1 einer elektrischen Maschine ist als Aluminium-Strangpressprofil realisiert. Entlang der Längsachse des Gehäuses 1 verlaufen nach innen offene Kühlkanäle 2 über die gesamte Gehäuselänge. Die Kühlkanäle 2 sind jeweils durch Stege 3 in Umfangsrichtung voneinander getrennt. Die Stege 3 definieren einen kreisrunden, zylinderförmigen Innenraum, in den, wie in 2 dargestellt ist, ein Statorpaket 4 eingebracht ist. Dieses Statorpaket 4 dient gleichzeitig als Innenwand der Kühlkanäle 2. Die Stege 3 dienen sowohl zum Halten des Statorpakets 4 als auch zum Abdichten des Kühlkanals 2 gegenüber einem benachbarten Kühlkanal 2 durch entsprechendes kraftschlüssiges Anliegen an dem Statorpaket 4. Durch das nach innen offene Profil des Gehäuses 1 braucht keine Kühlkanalinnenwand vorge sehen werden und es lässt sich eine kleinere Gehäuseabmessung in radialer Richtung realisieren.
In 3 ist das Gehäuse 1 einschließlich des eingesetzten Statorpakets 4 in einer perspektivischen Längsschnittansicht wiedergegeben. Auch dort sind die Kühlkanäle 2 und die das Statorpaket 4 tragenden Stege 3 zu erkennen. Das Statorpaket 4 ist in axialer Richtung kürzer als das Gehäuse 1. Daher erfolgt eine Abdichtung des offenen Profils zum Motorinnenraum axial anschließend an das Statorpaket 4 durch Rohre 5 und 6. Durch diese beiden Rohre 5 und 6 wird das Kühlmittel und insbesondere der Kühlluftstrom in die Kühlkanäle 2 gezwungen, so dass Verschmutzungen von dem Innenraum der elektrischen Maschine bzw. von dem Motorinnenraum ferngehalten werden. Die Rohre 5 und 6 können gleichzeitig eine Zentrier- und Abdichtfunktion zum Lagerschild übernehmen.
In 4 ist ein vollständiger Motor mit Fremdbelüftung im Längsschnitt dargestellt. Links und rechts von dem Statorpaket 4 schließen sich die Rohre 5 und 6 an. Sie stellen die Verbindungen zu den Lagerschilden 7 und 8 dar. Damit sind die Kühlkanäle 2 nach innen verschlossen, so dass in den Motorinnenraum 9 keine Verschmutzungen eindringen können.
An das rechte Lagerschild 8 anschließend ist ein Lüfter 10 vorgesehen. Dieser befördert Kühlluft entsprechend den eingezeichneten Pfeilen in die Kühlkanäle 2, durch sie hindurch und auf der gegenüberliegenden Seite des Motors aus radial gerichteten Öffnungen 11 nach außen. Der Kühlluftstrom kann somit intensiv und direkt über das geblechte Statorpaket 4 geführt werden. Dadurch wird die Verlustwärme unmittelbar vom Entstehungsort abgeführt und das Bauvolumen des Motors wird durch das Gehäuse 1 nur unwesentlich vergrößert.
In 5 ist der Motor von 4 in einer perspektivischen Darstellung wiedergegeben. Wiederum geben die eingezeichneten Pfeile den Kühlluftstrom an. Er fließt an der Rückseite des Motors in den Lüfter 10, durch die Kühlkanäle im Gehäuse 1 und schließlich aus den Öffnungen 11 im Gehäuse 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedem Kühlkanal eine eigene Öffnung 11 zugeordnet.
Das Gehäuse 1 mit nach innen offenen Kühlkanälen ist für eine Vielzahl von elektrischen Maschinen universell einsetzbar. Auch können unterschiedliche Kühlkonzepte, wie Wasserkühlung, Fremdbelüftung oder Selbstkühlung, mit einem derartigen Gehäuse realisiert werden, ohne dass sich die äußeren Abmessungen der elektrischen Maschine wesentlich ändern würden.

Claims

Gehäuse (1) für eine elektrische Maschine mit – einer Außenwand und – mindestens einem Kühlkanal (2), radial innerhalb der Außenwand, durch den ein Kühlmittel transportierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der mindestens eine Kühlkanal (2) nach außen durch die Außenwand abgeschlossen und nach innen über im Wesentlichen die gesamte Länge des Gehäuses (1) offen ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1, das kreuzförmig ausgestaltet ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Stege (3), die die Wände von Kühlkanälen (2) bilden, radial nach innen ragen und einen zylinderförmigen Freiraum im inneren des Gehäuses (1) definieren.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als Aluminium-Strangpressprofil ausgeführt ist.
Elektrische Maschine mit einem Gehäuse (1) nach Anspruch 3 oder 4 und einem Statorpaket (4), wobei die Stege (3) zur Halterung des Statorpakets (4) dienen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei das Statorpaket (4) eine geringere axiale Länge als das Gehäuse (1) besitzt und mindestens ein Rohr (5, 6) axial vor oder hinter dem Statorpaket (4) angeordnet ist und den mindestens einen Kühlkanal (2) zumindest teilweise nach innen abschließt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, wobei das Rohr (5, 6) dicht an das Statorpaket (4) anschließt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei das Statorpaket (4) eine geringere axiale Länge als das Gehäuse (1) be sitzt und mindestens ein Rohr radial über dem Statorpaket angeordnet ist und den mindestens einen Kühlkanal zumindest teilweise nach innen abschließt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, die ein Lagerschild (7, 8) aufweist, mit dem das mindestens eine Rohr (5, 6) einteilig verbunden ist.