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Technisches Umfeld
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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Elektromotor, der mit einem drehbaren Schaufelradsatz zur Erzeugung eines Primärkühlluftstromes und einer Mehrzahl von im Primärkühlluftstrom angeordneten Statorblättern versehen ist, welche radial nach außen vorstehend an der Außenseite eines die elektrischen Bauteile des Elektromotors umschließenden Gehäuses angeordnet sind, wobei die Statorblätter in Vorwärtsrichtung des Primärkühlluftstromes eine Tragflächenform mit einer Überdruckseite und einer Unterdruckseite aufweisen.
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Stand der Technik
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Die vielfältigen Einsatzgebiete moderner Elektromotoren beeinflussen in zunehmendem Maße die konstruktiven Anforderungen hinsichtlich erhöhter Leistungsdichte und reduzierter Bauabmessungen. Beide Kriterien machen es erforderlich, den Wärmehaushalt derartiger Elektromotoren zu optimieren, da die üblicherweise verwendeten Schaufelradsätze an derartigen Motoren zur Erzeugung eines Primärluftkühlstromes für die Abfuhr des innerhalb eines Motors produzierten Wärmeenergien häufig nicht mehr ausreichen. Bei vielen Konstruktionen reicht zwar eine Intensivierung des Primärkühlluftstromes durch Modifizierung der Schaufelradsätze aus, um die vom inneren der Motoren auf das außen liegende Gehäuse übertragene Wärmeenergie ohne thermische Probleme abzuführen. Unterstützen können hier auch an der Außenseite des den Elektromotor umschließenden Gehäuses angeordnete sogenannte Statorblätter beitragen, die im Kühlluftstrom hinter dem Schaufelradsatz an der Außenseite des Gehäuses vorstehend angeordnet werden und eine Tragflächenform aufweisen. Die Tragflächenform optimiert die Geschwindigkeit des Kühlluftstromes und unterstützt somit die Intensität der durch den Schaufelradsatz erzeugten Wärmeenergieabfuhr.
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Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass unter bestimmten Rahmenbedingungen trotz Optimierung der aus dem Stand der Technik bekannten Merkmale eine zusätzliche Steigerung der Wärmeabfuhr zumindest wünschenswert, wenn nicht gar notwendig für eine gesteigerte Lebensdauer der Elektromotoren ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend von den bekannten Elektromotorkonstruktionen ein Kühlsystem der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so zu optimieren, dass neben dem Primärkühlluftstrom herkömmlicher Art eine zusätzliche Wärmeenergieabfuhr ohne umfassende Eingriffe in die konstruktiven Rahmenbedingungen eines Elektromotors herbeigeführt werden kann.
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Lösung der Aufgabe
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Die gestellte Aufgabe wird bezüglich eines Kühlsystems für einen Elektromotor mit den eingangs geschilderten gattungsgemäßen Merkmalen durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschriebene technische Lehre gelöst.
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Erfindungswesentlich dabei ist es, dass im Bereich der Unterdruckseite mindestens eines Statorblattes mindestens eine Austrittsöffnung eines Strömungskanales angeordnet ist, wobei der Strömungskanal einen Sekundärkühlluftstrom von einer Eintrittsöffnung, die im dem Schaufelradsatz abgewandten vorderen Bereich des Gehäuses angeordnet ist, durch das Gehäuse des Motors zwischen beweglichem Rotor und Gehäuse des Elektromotors hindurch zur Unterdruckseite der Statorblätter führt.
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Die geschilderten Merkmale bewirken die Erzeugung eines Sekundärkühlluftstromes, welcher eine Abfuhr von Wärmeenergie direkt innerhalb des Elektromotors herbeiführt.
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Entscheidendes Hilfsmittel für die Erzeugung dieses Sekundärluftstromes ist die Tatsache, dass die spezielle aerodynamische Gestaltung der am Elektromotor vorhandenen Statorblätter den auf der Saugseite des Statorblattes vorhandenen Unterdruck, der konstruktionsbedingt bereits vorhanden ist, für die Erzeugung des Sekundärluftstromes genutzt wird. Es kann somit ohne einen zusätzlichen Schaufelradsatz oder dergleichen einen Sekundärkühlluftstrom an der Innenseite des Gehäuses des Elektromotors nach vorne durch den zu kühlenden Motor herbeigeführt werden. Das erfindungsgemäße geschilderte Konstruktionsprinzip ist prinzipiell für vielfältige elektrisch betriebene Maschinen wie Lüfter, Ventilatoren, ummantelte Propeller, Axialkompressoren und dergleichen nutzbar, sofern sie mittels eines Elektromotors betrieben werden.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem unterscheidet sich hinsichtlich seiner Funktionsweise von bisherigen Konstruktionen dadurch, dass eine zusätzliche direkte Kühlung des Elektromotorinnern herbeigeführt wird, da bei den meisten elektromotorischen Konstruktionen die bereits bestehende Kühlung der Statorblätter und des Gehäuses keine thermischen Probleme hervorruft.
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Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass zur zusätzlichen Abfuhr von Wärmeenergie keine zusätzlichen Aggregate wie Wärmetauscher oder dergleichen und auch kein Kühlfluid eingesetzt werden muss, was den konstruktiven Aufwand nicht unwesentlich steigern würde.
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Besondere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich zusammen mit der technischen Lehre des Anspruches 1 zusätzlich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Es hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Austrittsöffnung am Statorblatt im Bereich der dem Gehäuse zugewandten Fußseite des Statorblattes angeordnet ist. Hierdurch bestehen für die Festigkeitserfordernisse an das Statorblatt keine Bedenken.
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Um den Sekundärluftstrom volumenmäßig optimal zu gestalten, hat es sich darüber hinaus als zweckmäßig erwiesen, eine Austrittsöffnung an der Unterdruckseite eines jeden Statorblattes anzuordnen.
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Die Eintrittsöffnung des Strömungskanales an der Vorderseite des Gehäuses kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Als eine vorteilhafte Gestaltung ist die Möglichkeit einer Mehrzahl von Gehäuseschlitzen denkbar. Die Eintrittsöffnung kann darüber hinaus an der Vorderseite des Gehäuses durch einen zentralen Durchbruch in der Gehäusewandung gebildet sein.
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Figurenbeschreibung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Schemadarstellung der Außenseite eines erfindungsgemäßen Elektromotors und
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2 eine Schnittdarstellung durch den Elektromotor aus 1.
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Der in der 1 dargestellte Elektromotor ist mit einem Gehäuse 1 versehen, welches die elektrischen Bauteile des Elektromotors umschließt. Auf einer Seite des Gehäuses befindet sich ein Schaufelradsatz 2, welcher durch den Elektromotor angetrieben wird und mit einer Mehrzahl von Schaufelrädern 3 versehen ist. Die Schaufelräder 3 erzeugen einen in Richtung des Pfeiles P wirkenden Primärkühlluftstrom, der ausgehend vom Pfeil P über die Außenseite des Gehäuses 1 hinwegstreicht und vom Innern des Elektromotors auf das Gehäuse 1 übertragene Wärmeenergie abführt.
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An der Außenseite des Gehäuses 1 befinden sich radial vorstehend eine Mehrzahl von Statorblättern 4, die so ausgebildet sind, dass sie im Querschnitt eine Tragflächenform aufweisen. Durch die Tragflächenform ergeben sich im Primärkühlluftstrom P an den Statorblättern 4 eine Überdruckseite 5 an der Unterseite der Tragflächenform eines Statorblattes 4 sowie eine Unterdruckseite 6 an der Oberseite der Tragflächenform.
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Unterdruck und Überdruck werden durch den Primärkühlluftstrom P, der über die Profilform der Statorblätter 4 hinwegstreicht, erzeugt.
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Erfindungswesentlich ist nunmehr bei dem dargestellten Elektromotor, dass an der Unterdruckseite 6 eines Statorblattes jeweils mindestens eine Austrittsöffnung 7 angeordnet ist. Die Austrittsöffnung 7 bildet das Ende eines Strömungskanales 8, der im vorgestellten Ausführungsbeispiel auf der Unterdruckseite 6 eines jeden Statorblattes 4 mündet. Der an die Austrittsöffnung 7 sich anschließende Strömungskanal 8 führt zur Innenseite des Gehäuses 1, so dass eine Verbindung zum Innenraum des Elektromotors mit seinen elektrischen Bauteilen geschaffen ist. Die Austrittsöffnung 7 ist somit Bestandteil des Strömungskanales 8, der innenliegend durch das Gehäuse 1 des Elektromotors auf die dem Schaufelradsatz 2 gegenüberliegende Seite des Gehäuses 1 führt und dort in einer Eintrittsöffnung 9 mündet. Durch den Strömungskanal 8 wird – wie dies in der 1 durch die gestrichelte Pfeillinie gezeigt ist – ein Sekundärkühlluftstrom S von der Eintrittsöffnung 9 durch den Innenraum des Gehäuses 10 über die Austrittsöffnung 7 auf die Unterdruckseite 6 eines jeden Statorblattes 4 geleitet.
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Der genannte Sekundärkühlluftstrom S wird erzeugt, sofern durch den Primärkühlluftstrom P ein genügender Unterdruck auf der Unterdruckseite 6 der Statorblätter 4 erzeugt wird. Der Sekundärkühlluftstrom S wandert nach Durchlaufen des Gehäuseansatzes 10 zwischen der Innenseite des Gehäuses 1 und dem innerhalb des Gehäuses 1 drehbar gelagerten Rotor 11 hindurch. Beim Durchlaufen des Spaltes zwischen Rotor 11 und Gehäuse 1 kann der Sekundärkühlluftstrom S direkt Wärmeenergie aufnehmen und sie zur Außenseite des Gehäuses 1 abführen.
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Die Eintrittsöffnung 9, im vorderen, dem Schaufelradsatz 2 abgewandten Bereich des Gehäuses 1 angeordnet, kann unterschiedlich gestaltet sein. Eine Möglichkeit besteht darin, an der Vorderseite des Gehäuses 1 eine Mehrzahl von Gehäuseschlitzen auszubilden. Alternativ hierzu kann die Eintrittsöffnung 9 an der Vorderseite des Gehäuses 1 durch einen zentralen Durchbruch in der Gehäusewandung gebildet werden, wie er in den und 2 dargestellt ist.
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Durch die Tatsache, dass bei dem in den Zeichnungen dargestellten gattungsbildenden Elektromotor durch den erzeugten Primärkühlluftstrom P an den an der Außenseite des Gehäuses 1 angeordneten Statorblättern 4 prinzipiell durch deren Tragflächenform Unterdruck und somit eine Saugwirkung für den Sekundärluftstrom S erzeugt wird, sind prinzipiell außer der Schaffung einer Austrittsöffnung 7 und einer Verbindung zum Innern des Gehäuses 1 durch Modefizierung des Gehäuseansatzes 10 keine weiteren konstruktiven Veränderungen an üblichen Elektromotoren notwendig, sofern bereits eine Eintrittsöffnung 9 wie oftmals üblich im Gehäuse 1 des Motors vorhanden ist.
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Mit der Erfindung kann somit eine zusätzliches Kühlsystem für einen Elektromotor geschaffen werden, welches mit geringstem Kostenaufwand eine Möglichkeit darstellt, die Kühlung herkömmlicher Elektromotoren zu erhöhen und somit deren Energiehaushalt und ggfls. die Leistungsdichte üblicher Elektromotoren signifikant zu erhöhen.
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Die Ausgestaltung der Austrittsöffnung 7 kann dabei je nach Ausbildung der Statorblätter 4 einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden, je nachdem wie groß die Druckdifferenz zwischen Überdruckseite 5 und Unterdruckseite 6 an den Statorblättern 4 ausgebildet ist, durch die sich eine entsprechende Sogwirkung für den Sekundärkühlluftstrom S ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Schaufelradsatz
- 3
- Schaufelrad
- 4
- Statorblatt
- 5
- Überdruckseite
- 6
- Unterdruckseite
- 7
- Austrittsöffnung
- 8
- Strömungskanal
- 9
- Eintrittsöffnung
- 10
- Gehäuseansatz
- 11
- Rotor