DE1613265C

DE1613265C - A heat sink through which coolant flows and is arranged in the hollow shaft of the rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE1613265C
Authority: DE
Inventors: Eugen Dipl Ing 4330 MuI heim Widder Helmut 4300 Essen Rothert Hubert Dr Ing 1000 Berlin Renz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-09-02

Description

bekannten Motorausbildungen beschäftigten sich demgemäß auch nur mit der Aufgabe, einen Kühlmantel aus einem nicht korrodierenden Metall oder einem sonstigen nicht korrodierenden Material herzustellen, 5 nicht aber mit der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe.known engine designs dealt accordingly also only with the task of a cooling jacket made of a non-corrosive metal or a to produce other non-corrosive material, but not with that on which the invention is based Task.

durch unterschiedliche Temperaturen des Kühlmittels verursachte Wärmespannungen im Läufer zu vermeiden.thermal stresses in the rotor caused by different temperatures of the coolant avoid.

Diese Aufgabe wird bei einem kühlflüssigkeitsdurchströmten, in der Hohlwelle des Läufers einer elektrischen Maschine angeordneten Kühlkörper der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlkanäle mäanderförmig in Achs-This task is performed with a coolant flowing through, the heat sink arranged in the hollow shaft of the rotor of an electrical machine initially mentioned type solved according to the invention in that the cooling channels meander in axial

ist es zur Abfuhr der Läuferverlustwärme bekannt, die io möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über Kühlflüssigkeit auf der Gegen-Antriebsseite durch das gesamte Läuferblechpaket erzielt wird, um so ein in einer hohlen Läuferwelle angeordnetes Rohr
eintreten zu lassen und auf der Antriebsseite am
äußeren Umfang des Rohres in der hohlen Welle
zurückzuführen. Von dort wird das Kühlmittel 15
üblicherweise über Kanäle im Lagerschild zur Kühlung des Ständers weitergeführt, wobei Dichtelemente
die rotierende Welle gegen das feststellende Lagerschild abdichten, um Kühlmittelverluste zu verhindern. Die Wärmeabfuhr im Läufer erfolgt hierbei 20 richtung verlaufend angeordnet sind und zu zwei im wesentlichen durch Rückleitung des Kühlmittels oder mehr über den Umfang des Kühlkörpers veram äußeren Umfang des Rohres in der hohlen Welle, teilten, mit Einlaß-, Rückfluß- und Auslaßkanal verwobei die Wärme aus dem Läuferblechpaket auf der sehenen Kanalgruppen zusammengefaßt sind,
gesamten Länge des Blechpaketsitzes in die Hohl- Der erfindungsgemäße Kühlkörper weist alsoit is known to dissipate the heat lost by the rotor that the temperature distribution as uniform as possible is achieved via the cooling liquid on the opposite drive side through the entire laminated rotor core, around a tube arranged in a hollow rotor shaft
to enter and on the drive side on
outer circumference of the tube in the hollow shaft
traced back. From there, the coolant becomes 15
usually continued via channels in the end shield for cooling the stator, with sealing elements
seal the rotating shaft against the locking end shield to prevent coolant loss. The heat dissipation in the rotor takes place here in 20 direction and are divided into two essentially by returning the coolant or more over the circumference of the heat sink veram the outer circumference of the tube in the hollow shaft, with inlet, return and outlet channel interweaving the heat from the rotor laminated core are combined on the channel groups seen,
entire length of the laminated core seat in the hollow The heat sink according to the invention thus has

welle übertritt. Um an dieser Stelle eine möglichst 25 Kanalgruppen auf, die jeweils aus einem Eintrittsintensive Wärmeabfuhr an das Kühlmittel zu erhal- kanal, einem Rückflußkanal und einem Auslaßkanal ten, ist es bekannt, die hohle Welle am inneren
Umfang mit spiralförmigen Kühlkanälen auszubilden,
durch die das Kühlmittel strömt. Bei dieser Art der
Kühlung des Läufers wird die Strömungsgeschwin- 30
digkeit des Kühlmittels um ein Mehrfaches erhöht
und dementsprechend auch die Wärmeabfuhr durch
das Kühlmittel.wave crosses. In order to have as many channel groups as possible at this point, each consisting of an inlet-intensive heat dissipation to the coolant channel, a return flow channel and an outlet channel, it is known to have the hollow shaft on the inner
To design the circumference with spiral cooling channels,
through which the coolant flows. With this type of
Cooling of the runner is the flow velocity
the coolant's diency increased several times over
and accordingly also the heat dissipation through
the coolant.

Die bekannte Kühlanordnung besitzt aber nunThe known cooling arrangement now has

insofern einen großen Nachteil, als das Kühlmittel 35 werden. Dadurch, daß dann in Umfangsrichtung gevon der Antriebsseite zur Gegen-Antriebsseite sehen Einlaßkanal, Rückflußkanal, Auslaßkanal und fließend sich stark erwärmt, wodurch das Läufer- dann wieder Einlaßkanal, Rückflußkanal, Auslaßblechpaket mit den darauf befindlichen Wicklungen kanal usw. nebeneinanderliegen, wird sich am über die gesamte Länge des Blechpaketes unter- Läufermantel eine sowohl in, axialer als auch in schiedliche Temperaturwerte annimmt. Diese Tem- 40 Umfangsrichtung. etwa gleiche mittlere Temperatur peraturdifferenzen im Läuferpaket sind um so nach- einstellen.a great disadvantage in that the coolant 35 becomes. The fact that then gevon in the circumferential direction the drive side to the opposite drive side see inlet channel, return flow channel, outlet channel and flowing heats up strongly, whereby the rotor then again inlet channel, return channel, outlet lamination stack with the windings on it channel, etc. are next to each other, will be on Over the entire length of the laminated core under the rotor jacket one both in, axial and in assumes different temperature values. This temperature 40 circumferential direction. about the same mean temperature Adjust the temperature differences in the rotor package.

teiliger, je höher die Drehzahl des Läufers ist. Durch Wieviel Kanalgruppen vorgesehen werden müssen,the higher the speed of the rotor is. How many channel groups have to be provided by

die Temperaturdifferenzen bedingt treten erhebliche richtet sich nun im wesentlichen nach der Größe, Wärmespannungen auf, durch die die Betriebssicher- d.h. nach dem. Umfang des Läufers, wobei größere heit des Läufers in Frage gestellt ist. Messungen 45 Läufer eine größere Anzahl von Kanalgruppen und Versuche haben ergeben, daß bei Generatoren erforderlich machen. Ein Vorteil des in die hohle mit Läufern hoher Drehzahl, beispielsweise bis zu ■ Läuferwelle einzusetzenden Kühlkörpers ist dabei, 24 000 U/min, durch die hohe Verlustwärme im daß in dieselbe Läuferwelle bei Bedarf Kühlkörper Läufer Wärmespannungen auftreten, die eine ein- mit unterschiedlicher Kanalgruppenzahl ohne Ändewandfreie Festlegung der Wicklungen im Läufer und 50 rung der Läuferabmessungen eingesetzt werden das Beibehalten des Wuchtzustandes auch nach können,
längerer Betriebszeit verhindern. An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbei-the temperature differences due to occur considerable now depends essentially on the size, thermal stresses through which the operational safety - ie after the. Circumference of the runner, whereby the greater part of the runner is in question. Measurements 45 runners a larger number of channel groups and tests have shown that make generators necessary. An advantage of the heat sink, which can be used in the hollow with high-speed rotors, for example up to ■ the rotor shaft, is 24,000 rpm, due to the high heat loss in the same rotor shaft, when necessary, heat-sink rotor thermal stresses occur which have a different number of channel groups without changing wall-free definition of the windings in the rotor and 50 tion of the rotor dimensions, the balancing condition can be maintained even after,
Prevent prolonged operation. The drawing is an example of an implementation

Es ist auch schon ein flüssigkeitsgekühlter Elektro- spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
motor bekannt, bei dem die Kühlkanäle nicht nur F i g. 1 eine Abwicklung des Umfanges des Kühl-A liquid-cooled electronic game of the invention has also already been explained in more detail. It shows
motor known in which the cooling channels not only F i g. 1 a development of the scope of the cooling

schraubenlinienförmig, sondern auch schon mäander- 55 körpers mit zwei Kanalgruppen,
förmig (zickzackförmig) ausgeführt sind. Auch bei Fig. 2 eine Seitenansicht des Kühlkörpers undhelical, but also already meandering 55 body with two groups of channels,
are shaped (zigzag). Also in Fig. 2 a side view of the heat sink and

dieser Führung der Kühlkanal wird jedoch der Fi g. 3 eine schematische Darstellung eines fliissig-this leadership of the cooling channel, however, the Fi g. 3 a schematic representation of a liquid

Läufer bezüglich seiner geometrischen Abmessungen keitsgekühlten Generators mit in der Hohlwelle des einer ungleichmäßigen Temperaturbeaufschlniiung Läufers angeordnetem Kühlkörper mit zwei Kanalausgesetzt. Da die im Läufer entstehende Verlust- 60 gruppen.Rotor with respect to its geometric dimensions keitsgekühlten generator with in the hollow shaft of the exposed to an uneven temperature exposure of the rotor arranged heat sink with two channels. Since the loss groups occurring in the runner.

bestellen. Dabei können selbstverständlich statt nur eines Rückflußkanals auch zwei oder mehr Rückflußkanäle vorhanden sein.order. Of course, instead of just one reflux duct, two or more reflux ducts can also be used to be available.

Erst wenn, wie gemäß der Erfindung vorgesehen ist, mehrere, mindestens aber zwei, Kanalgruppen vorgesehen sind, kann eine gefährliche, über den Umfang und über die Länge des Läuferblechpaketes unterschiedliche Temperaturverteilung vermiedenOnly when, as provided according to the invention, several, but at least two, channel groups are provided, a dangerous one over the circumference and over the length of the rotor core different temperature distribution avoided

wärme nämlich dort
brocheiie Kühlmittellei turnnamely heat there
brocheiie coolant line turn

durch eine einzige, ununter-through a single, uninterrupted

diethe

abgeführt wm schraubenlinienförmig oder mäaiulcrförmig am Aiißenuinl'ang des Laufers angeordnet ist, wird sich I)C! der einen Ausführung (Scliraubcnlinienforni) eine fig untersdiiedliehe Temperaturveileil'im; über Ίί/ axiale LäiiHij de·; IMechpaketes, bei der anderen Aiisl'üliiiiiig (.Μϋ.Ίΐκ!.Ί"Ι'οπη) über den b'mi'an ; .jr-idie!!. i>i::edischarged wm helically or mäaiulcriform am Outer inl'ang of the runner is arranged, will I) C! of the one execution (Scliraubcnlinienforni) a fig different temperature differences; about Ίί / axial LäiiHij de ·; IMechpaketes, with the other Aiisl'üliiiiiig (.Μϋ.Ίΐκ! .Ί "Ι'οπη) via the b'mi'an; .jr-idie !!. I> i :: e

In F i g. 1 ist mit I tier Kühlkörper bezeichnet, dessen Kanalgruppen 2 und 3 jeweils aus einem Einlaßkanal 4, Rückllußkanal 5 und Auslal.ikanal (5 bestehen. Die Kanäle 4, 5 und f> sind in Achsrichtung des Kühlkörpers 1 inäandeil'ünnig ausgebildet, so daß das in den Einlaßkan'alen -J einströmende und in ilen Auslaßkanalen 6 ausströmende flüssige Kühlmittel gleiche ,Strümum'.suditiiiiu be-.it/i, wühiciid dieIn Fig. 1 is denoted by I tier heat sink, the channel groups 2 and 3 of which each consist of an inlet channel 4, return channel 5 and outlet channel (5. The channels 4, 5 and f> are designed inäandeil'ünig in the axial direction of the heat sink 1 so that the liquid coolant flowing into the inlet ducts and flowing out of the outlet ducts 6 is the same as the 'Strümum'.suditiiiiu be.it/i, wühiciid die

Kühlmittelströmung durch die Rückflußkanäle 5 entgegengesetzt gerichtet ist.Coolant flow through the return flow channels 5 is directed in the opposite direction.

Der Kühlkörper 1 ist gemäß F i g. 2 mit einer zentralen Bohrung 7 versehen, die zur Aufnahme eines in eine Hohlwelle des Läufers hineinragenden Kühlmittelzuführungsrohres dient (Fig. 3).The heat sink 1 is shown in FIG. 2 provided with a central bore 7, which is for receiving a coolant supply pipe protruding into a hollow shaft of the rotor serves (Fig. 3).

In Fig. 3 tritt das mit Pfeilen gekennzeichnete flüssige Kühlmittel durch einen Eintrittsstutzen 8 am Gehäuse 9 in den Innenraum 10 des Generators ein und wird von dort durch das Kühlmittelzuführungsrohr 11, welches in die Hohlwelle 12 des Läufers 13 hineinragt, in einen Raum 14 geleitet. Die Hohlwelle 12 besteht aus zwei zusammengesetzten Teilen 15 und 16, wobei auf dem Teil 16 das Läuferblechpaket 17 mit -den Wicklungen 18 aufgebracht ist. Das aus dem Kühlmittelzuführungsrohr 11 austretende und in den Raum 14 eintretende flüssige Kühlmittel strömt in die Einlaßkanäle 4 des Kühlkörpers 1, von dort in entgegengesetzter Richtung durch die Rückflußkanäle 5 und dann durch die Auslaßkanäle 6 in einen Ringraum 19 der Hohlwelle 12. Von hier aus wird das Kühlmittel über Lager 20, Lagerschild 21 den Kühlkanälen 22 des Gehäuses 9 zur Ständerkühlung zugeführt.In Fig. 3, the liquid coolant marked with arrows occurs through an inlet port 8 on Housing 9 in the interior 10 of the generator and is from there through the coolant supply pipe 11, which protrudes into the hollow shaft 12 of the rotor 13, is passed into a space 14. The hollow shaft 12 consists of two assembled parts 15 and 16, with the rotor core on part 16 17 with the windings 18 is applied. The emerging from the coolant supply pipe 11 and in the space 14 entering liquid coolant flows into the inlet channels 4 of the heat sink 1, from there into opposite direction through the return flow channels 5 and then through the outlet channels 6 in an annular space 19 of the hollow shaft 12. From here, the coolant is supplied via bearings 20, end shield 21 fed to the cooling channels 22 of the housing 9 for cooling the stator.

Das durch, die Kühlkanäle 4, 5 und 6 fließende Kühlmittel nimmt "die in den Läuferwicklungen 18 erzeugte Verlustwärme auf, und zwar über die gesamte Länge des Blechpaketes 17, praktisch völlig gleichmäßig, da sich durch die mäanderförmigc Ausbildung der Kühlkanäle 4, 5 und 6 in Achsrichtung des Kühlkörpers 1 »warme« und »kalte« Kühlströme abwechseln. Hierdurch werden auch die sich auf das Läuferblechpaket nachteilig auswirkenden Wärmespannungen fast gänzlich verhindert oder zumindest so weit verringert, daß keine Gefährdung des Läufers mehr auftritt.That flowing through the cooling channels 4, 5 and 6 Coolant absorbs "the heat loss generated in the rotor windings 18, over the entire Length of the laminated core 17, practically completely uniform, since the meander-shaped training of the cooling channels 4, 5 and 6 in the axial direction of the heat sink 1 "warm" and "cold" cooling flows alternate. This also reduces the thermal stresses which have a disadvantageous effect on the laminated rotor core almost entirely prevented or at least reduced to such an extent that the runner is not endangered occurs more.

Claims

Claim:

Coolant flowing through it, in the hollow shaft of the rotor of an electrical machine arranged heat sink to which the cooling liquid flows through a central bore and at which the cooling liquid is arranged on the outer circumference, from the inner wall of the Hollow shaft radially outwardly delimited cooling channels flows off again, characterized in that that the cooling channels are meandering in the axial direction and are arranged to two or more over the circumference of the heat sink (1) distributed, with inlet (4), reflux (5) and outlet channel (6) provided channel groups (2, 3) are combined.

1 sheet of drawings