DE102007043385A1

DE102007043385A1 - Liquid-cooled dynamo electric machine has internal air circuit or open air circuit, where detour elements are placed at axial faces of stator protruding condenser tube

Info

Publication number: DE102007043385A1
Application number: DE102007043385A
Authority: DE
Inventors: Ilkka Af Ursin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-26

Abstract

The liquid-cooled dynamo electric machine (1) has an internal air circuit or an open air circuit, where the detour elements are placed at the axial faces of a stator (13) protruding condenser tube (2). The detour elements have cooling sections (3) attachable within the range. The cooling sections are made from aluminum extruded section.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitgekühlte dynamoelektrische Maschine mit einem Innenluftkreislauf oder einem offenen Luftkreislauf, wobei die an den axialen Stirnseiten eines Stators ragenden Kühlrohre vorgesehen sind.The The invention relates to a liquid-cooled dynamoelectric Machine with an internal air circuit or an open air circuit, wherein the projecting at the axial end faces of a stator cooling tubes are provided.

Um die Verluste dynamoelektrischer Maschinen abführen zu können, wie zum Beispiel Hysterese-, Wirbelstrom- und Eisenverluste, werden luftgekühlte dynamoelektrische Maschinen eingesetzt, um aber eine hohe Leistungsdichte der dynamoelektrischen Maschine zu erhalten, sind flüssigkeitsgekühlte dynamoelektrische Maschinen im Einsatz. Zusätzlich zu der Flüssigkeitskühlung können dynamoelektrische Maschinen einen Innenluftkreislauf aufweisen oder einen offenen Kühlreislauf aufweisen, so dass beispielsweise der Stator flüssigkeitsgekühlt ist und der Läufer und/oder Abschnitte des Stators luftgekühlt sind.Around to dissipate the losses of dynamoelectric machines, such as hysteresis, Eddy current and iron losses, become air-cooled dynamoelectric machines used, but to a high power density of the dynamoelectric Machine are liquid-cooled dynamoelectric Machines in use. additionally to the liquid cooling can be dynamoelectric Machines have an indoor air circuit or an open Cooling circuit have, so that, for example, the stator is liquid-cooled and the runner and / or sections of the stator are air-cooled.

In den Bereichen, in denen die Flüssigkeitskühlung verläuft, ist die Kühlleistung vergleichsweise hoch, wobei in den Bereichen in denen beispielsweise eine Umlenkung der Kühlrohre der Flüssigkeitskühlung an den Stirnseiten der dynamoelektrischen Maschine erfolgt, und diese somit frei in der Luft hängen, eine unzureichende Kühlleistung gegeben ist.In the areas in which the liquid cooling runs is the cooling capacity comparatively high, in the areas where, for example a deflection of the cooling pipes the liquid cooling on the front faces of the dynamoelectric machine takes place, and these thus hang freely in the air, an insufficient cooling capacity given is.

Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn ein Innenluftkühlkreislauf vorgesehen ist, oder eine Kühlung im Bereich des Wickelkopfes der dynamoelektrischen Maschine erforderlich ist.This is particularly important if an indoor air cooling circuit is provided, or a cooling required in the area of the winding head of the dynamoelectric machine is.

Ausgehend davon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgekühlte dynamoelektrische Maschine mit einem Innenluftkreislauf und einem offenen Luftkreislauf zu schaffen, die auch eine ausreichende Kühlleistung des Luftme diums bereitstellt. Des Weiteren sollen dabei auch die Wickelkopfbereiche mitgekühlt werden.outgoing thereof, the invention is based on the object, a liquid-cooled dynamoelectric Machine with an inside air circuit and an open air circuit to provide that also sufficient cooling capacity of the Luftme medium provides. Furthermore, it should also the winding head areas also cooled become.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine flüssigkeitsgekühlte dynamoelektrische Maschine mit einem Innenluftkreislauf oder einem offenen Luftkreislauf, wobei die an den axialen Stirnseiten eines Stators ragende Kühlrohre Umlenkelemente vorhanden sind, die in diesem Bereich anbringbare Kühlelemente aufweisen.The solution The task is accomplished by a liquid-cooled dynamoelectric machine with an indoor air circuit or an open air circuit, wherein the projecting at the axial end faces of a stator cooling tubes Deflection elements are present, the attachable in this area cooling elements exhibit.

Vorteilhafte Weise wird nunmehr durch die anbringbaren Kühlelemente auch der durch die dynamoelektrischen Maschine Luft eine ausreichende Oberfläche bereitgestellt, um die Temperatur dieser Luft anhand des Flüssigkeitskühlkreislaufes abzusenken und somit eine ausreichende Luftkühlung im Rotor und ggf. zusätzlich im Stator, im Bereich der Wicklung und vor allem im Bereich des Wickelkopfes bereitzustellen.advantageous Way is now by the attachable cooling elements and by the dynamoelectric machine air provided sufficient surface area to lower the temperature of this air based on the liquid cooling circuit and thus a sufficient air cooling in the rotor and possibly in addition in the stator, in the field of winding and especially in the area of To provide winding head.

In einer besonders geeigneten Ausführung ist das Kühlelement aus zwei, insbesondere identischen Teilen aufgebaut, die durch eine Schenkelfeder zusammengehalten werden. Damit lässt sich in einfacher Art und Weise das Kühlelement auf die Umlenkungen im Bereich der Stirnseite des Stators anbringen.In a particularly suitable embodiment the cooling element composed of two, in particular identical parts, by a Leg spring are held together. This can be in a simple way and Make the cooling element on the deflections in the area of the front side of the stator.

Es sind dabei aufgrund der Federwirkung keine Fertigungstoleranzen sowohl beim Rohr als auch bei den Kühlelementen zu berücksichtigen. Ebenso sind auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der ggf. unterschiedlichen Materialien von Kühlrohren und Kühlelementen unwichtig, da durch die Anpassung der Schenkelfeder ein immer ausreichender Presssitz und damit eine ausreichende Wärmeanbindung und somit Kühlwirkung gewährleistet ist.It are due to the spring effect no manufacturing tolerances to consider both the tube and the cooling elements. As well are also different thermal expansion coefficients the possibly different materials of cooling pipes and cooling elements unimportant, since by adjusting the leg spring is always sufficient Press fit and thus a sufficient heat connection and thus cooling effect guaranteed is.

Die Schenkelfeder dient gleichzeitig als Gelenk der beiden Teile des Kühlelements. Durch Zusammendrücken der beiden Teile an einem Ende öffnet sich das andere Ende und kann somit um das Kühlrohr bzw. die Umlenkung des Kühlrohres angebracht werden. Wird die Schenkelfeder losgelassen, drückt die Kraft der Schenkelfeder die beiden Teile zusammen und sorgt somit für den Presssitz auf den Umlenkungen.The Leg spring also serves as a joint of the two parts of the Cooling element. By squeezing the two parts open at one end the other end and can thus to the cooling tube or the deflection of the cooling pipe be attached. When the thigh spring is released, press Force the leg spring together the two parts and thus provides for the Press fit on the deflections.

Zusätzliche Wärmeleitpaste im Bereich der Anbringung verbessert den Wärmeübergang.additional Thermal Compounds in the area of attachment improves the heat transfer.

Die Kühlelementteile, insbesondere bei identischen Kühlelementhälften, können durch geeignete und einfache Fertigungsverfahren, z. B. Aluminiumstrangpressprofile, hergestellt werden.The Cooling element parts, especially with identical cooling element halves, can by suitable and simple manufacturing processes, eg. B. extruded aluminum profiles, getting produced.

Die Kühlelemente weisen somit wenigstens drei Teile auf, zwei Kühlelementteile mit Rippen und eine die beiden Teile zusammenhaltende Schenkelfeder.The cooling elements Thus, at least three parts, two cooling element parts with ribs and a the two parts together holding leg spring.

Vorteilhafterweise befinden sich auch die äußeren Enden der Kühlelemente innerhalb des Statorblechprofils, so dass auch benachbarte Anbauten, etc. nicht gestört bzw. beeinflusst werden.advantageously, are also the outer ends the cooling elements within the stator profile, so that adjacent attachments, etc. not disturbed or influenced.

Die Kühlwirkung, insbesondere im Bereich des Wickelkopfes, wird neben den Umlenkelementen der Kühlrohre, die in diesen Bereich geführt sind, durch die zusätzlichen Kühlelemente verstärkt. Damit ist eine entscheidende Wärmequelle der dynamoelektrischen Maschine, nämlich der Wickelkopf ausreichend gut gekühlt.The Cooling effect in particular in the region of the winding head, in addition to the deflection of the Cooling pipes, which led to this area are, by the additional cooling elements strengthened. This is a crucial heat source the dynamoelectric machine, namely the winding head sufficient well chilled.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand prinzipiell dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, darin zeigen:The Invention and further advantageous embodiments of the invention are explained in more detail based on exemplary embodiments illustrated in the drawing demonstrate:

1 eine perspektivische prinzipielle Darstellung, 1 a perspective schematic representation,

2 Kühlelement. 2 Cooling element.

1 zeigt in einem Teilausschnitt einer flüssigkeitsgekühlten dynamoelektrischen Maschine 1 in perspektivischer Darstellung eine axiale Stirnseite dieser dynamoelektrischen Maschine 1. Aus axialen Ausnehmungen des Stators 13 treten im Bereich der Stirnseite Kühlrohre 2 aus dem Blechpaket. Diese Kühlrohre 2 werden durch Umlenkelemente derart umgelenkt, dass sie in weitere Ausnehmungen des Stators 13 rückführend einen Flüssigkeitskühlkreislauf über den Umfang des Stators 13 bilden. Neben den Ausnehmungen der Kühlrohre 2 befinden sich weitere Kühlkanäle 12 im Stator, die neben oder statt der Flüssigkeitskühlung eine Luftkühlung gestatten. 1 shows in a partial section of a liquid-cooled dynamoelectric machine 1 in perspective view an axial end face of this dynamoelectric machine 1 , From axial recesses of the stator 13 occur in the area of the front side cooling pipes 2 from the laminated core. These cooling pipes 2 are deflected by deflecting elements such that they into further recesses of the stator 13 recirculating a liquid cooling circuit over the circumference of the stator 13 form. Next to the recesses of the cooling pipes 2 there are more cooling channels 12 in the stator, which allow air cooling in addition to or instead of liquid cooling.

Ebenfalls an den axialen Stirnseiten des Stators 13 befinden sich die Wickelköpfe 9. Die Wickelköpfe 9 sind Teile des Wicklungssystems, das sich in den Nuten des Stators 13 befindet.Also on the axial end faces of the stator 13 are the winding heads 9 , The winding heads 9 are parts of the winding system, located in the slots of the stator 13 located.

Innerhalb der Statorbohrung befindet sich ein Rotor 10, der als Käfigläufern oder Permanentmagnetläufer oder elektrisch erregter Läufer ausgeführt ist. Der Rotor 10 ist auf einer Welle 14 positioniert, insbesondere geschrumpft. Der Rotor 10 weist axial verlaufende Ausnehmungen auf, die die Kühlkanäle des Rotors 10 bilden. Luftleitelemente an der Welle 14 oder am Rotor 10 selbst, insbesondere als Kühlrippen oder Lüfterflügel an einem Kurzschlussring ausgeführt, verursachen u. a. einen Kühlluftstrom, der durch die Kühlkanäle des Rotors 10 streicht und ggf. seinen Rückstrom durch andere Kühlkanäle des Rotors und/oder aber durch die Kühlkanäle 12 im Stator aufweist.Within the stator bore is a rotor 10 , which is designed as squirrel cage or permanent magnet rotor or electrically excited rotor. The rotor 10 is on a wave 14 positioned, in particular shrunk. The rotor 10 has axially extending recesses which are the cooling channels of the rotor 10 form. Air guide elements on the shaft 14 or on the rotor 10 themselves, in particular as cooling fins or fan blades on a short-circuit ring, cause, inter alia, a cooling air flow through the cooling channels of the rotor 10 deletes and possibly its return flow through other cooling channels of the rotor and / or through the cooling channels 12 in the stator.

Aufgrund der Flüssigkeitskühlung durch die Kühlrohre 2 im Stator 13 sind auch im Bereich der Umlenkungen niedrigere Temperaturen vorhanden. Die Luft, die an diesen Umlenkrohren vorbei streicht, kann sich aber aufgrund der recht geringen Oberfläche nicht dementsprechend abkühlen. Aus diesem Grund befinden sich zusätzliche Kühlelemente im Bereich dieser Umlenkungen, die die innerhalb der dynamoelektrischen Maschine umwälzte Luft dadurch u. a. den Wickelkopf 9 in diesem Bereich kühlen.Due to the liquid cooling through the cooling pipes 2 in the stator 13 Lower temperatures are also present in the area of the deflections. The air that sweeps past these deflecting tubes, but can not cool accordingly due to the relatively small surface. For this reason, there are additional cooling elements in the area of these deflections, which, among other things, the winding head, the air circulated within the dynamoelectric machine 9 cool in this area.

Die Kühlelemente sind vorteilhafterweise aus zwei Teilen, insbesondere zwei identischen Aluminiumstrangpressprofilen, aufgebaut, die durch eine Schenkelfeder 6, die mit ihrem Eingriff 7, 8 die beiden Hälften verbindet, ein eigenes Kühlelement 3 bildet.The cooling elements are advantageously made of two parts, in particular two identical extruded aluminum profiles, constructed by a leg spring 6 with her intervention 7 . 8th the two halves connects, a separate cooling element 3 forms.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die auf jeder Hälfte des Kühlelementes 4, 5 angeordneten Kühlrippen parallel ausgerichtet. Es lassen sich ebenso andere Ausrichtungen der Kühlrippen als auch andere Verformungen, beispielsweise wie in 1 dargestellt, ausführen.In the present embodiment, they are on each half of the cooling element 4 . 5 arranged cooling fins aligned in parallel. It can also be other orientations of the cooling fins as well as other deformations, such as in 1 shown, execute.

Die die beiden Hälften des Kühlelementes 4, 5 zusammenhaltende Schenkelfeder 6 ist eine schraubenförmig gerundete Biegefeder, die als Scharnierfeder zum Rückholen oder Andrücken von beispielsweise Hebeln eingesetzt wird.The two halves of the cooling element 4 . 5 cohesive leg spring 6 is a helically rounded spiral spring, which is used as a hinge spring for retrieving or pressing, for example, levers.

Durch die beiden Eingriffe 7, 8 an den Hälften des Kühlelements 4, 5 tritt eine gleichmäßige Biegespannung der Schenkelfeder 6 auf.Through the two interventions 7 . 8th on the halves of the cooling element 4 . 5 occurs a uniform bending stress of the leg spring 6 on.

Damit lässt sich das Kühlelement 3 in einfacher Art und Weise an nahezu sämtlichen Punkten der Umlenkungen der Kühlrohre 2 an den Stirnseiten des Stators 13 anbringen. Es ist somit immer ein ausreichender Wärmeübergang zwischen Umlenkelement und Kühlelement 3 aufgrund der Anpresskraft der Schenkelfeder 6 gegeben.This allows the cooling element 3 in a simple manner at almost all points of the deflections of the cooling tubes 2 on the front sides of the stator 13 Attach. It is thus always a sufficient heat transfer between the deflector and the cooling element 3 due to the contact pressure of the leg spring 6 given.

Es sind dabei Schenkelfedern 6 mit unterschiedlicher Anpresskraft einsetzbar. Maßgeblich dafür ist u. a. die Größe der Kühlelemente, je größer, desto stärker ist die Schenkelfeder 6 ausgebildet und der Durchmesser der Umlenkelemente.These are torsion springs 6 can be used with different contact pressure. Decisive for this is, inter alia, the size of the cooling elements, the larger, the stronger is the leg spring 6 formed and the diameter of the deflecting elements.

Toleranzen oder Wärmeausdehnungen unterschiedlicher Materialien spielen nunmehr lediglich eine untergeordnete Rolle, da Toleranzen durch die Anpassung der Schenkelfeder 6 kompensiert werden. Ebenso vereinfacht sich das Anbringen von Kühlelementen erheblich, da lediglich ein Clip-Vorgang vorzunehmen ist. Es sind keinerlei plastische Verformungen am Kühlelement 3 oder am Kühlrohr 2 durch geeignete Werkzeuge vorzunehmen.Tolerances or thermal expansion of different materials now play only a minor role, since tolerances by adjusting the leg spring 6 be compensated. Likewise, the attachment of cooling elements simplified considerably, since only a clip operation is to be made. There are no plastic deformations on the cooling element 3 or on the cooling tube 2 make by suitable tools.

Ein Wärmetransport findet insbesondere bei dynamoelektrischen Maschinen mit Innenluftkreisläufen kombiniert mit einem Flüssigkeitskreislauf von der insbesondere umwälzten Innenluft auf die erfindungsgemäßen Kühlelemente 3 über die Rippen statt, wobei die Kühlelements 3 die Wärme dann auf die Kühlrohre 2 weiterleiten und somit dem Flüssigkeitskreislauf übergeben.A heat transfer takes place in particular in dynamo-electric machines with internal air circuits combined with a fluid circuit of the particular recirculated internal air to the cooling elements according to the invention 3 held over the ribs, with the cooling element 3 the heat then on the cooling tubes 2 forward and thus transferred to the fluid circulation.

Bei durchgangsbelüfteten dynamoelektrischen Maschinen kann zusätzlich über die Kühlelemente eine Rückkühlung des Flüssigkeitskreislaufs herbeigeführt werden.at passage ventilated In addition, dynamoelectric machines can be used to recool the cooling elements Fluid circulation are brought about.

Claims

Liquid cooled dynamoelectric machine ( 1 ) with an additional internal air circuit or an open air circuit, wherein the at the axial end faces of a stator ( 13 ) projecting cooling tubes ( 2 ) Deflecting elements are present in the area attachable cooling elements ( 3 ) exhibit.

Liquid cooled dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cooling elements have at least two parts, which by a leg spring ( 6 ) held together and this on the deflection elements of the cooling tubes ( 2 ) and thus a good heat transfer between deflecting elements and cooling elements ( 3 ) form.

Liquid cooled dynamoelectric machine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling elements ( 3 ) are made of extruded aluminum profile.

Liquid cooled dynamoelectric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements attached to the deflecting elements ( 3 ) within the profile of the stator ( 13 ) lie.

Liquid cooled dynamoelectric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the rotor ( 10 ) and / or in the stator ( 13 ) additionally axially extending openings are present, which form parts of an air circuit.

Liquid cooled dynamoelectric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on the shaft ( 14 ) and / or on the rotor ( 13 ) Are provided, which generate an air flow within the dynamoelectric machine.