DE102006045178A1

DE102006045178A1 - Electric machine, has winding system arranged in grooves of laminated core of stator, and laminated core of rotor arranged at shaft in torque-proof manner, where shaft is supported in two bearings in bearing flanges at housing

Info

Publication number: DE102006045178A1
Application number: DE102006045178A
Authority: DE
Inventors: Klaus Büttner; Klaus Zink; Norbert WÖHNER; Klaus Kirchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-03

Abstract

The electric machine has a stator arranged in a housing. A winding system is arranged in grooves of a laminated core of the stator. Winding heads are formed at front sides of the laminated core. A laminated core (2) of a rotor (1) is arranged at a shaft (7) in a torque-proof manner. The shaft is supported in two bearings in bearing flanges at the housing. The shaft has two axial sections (8, 9) between the bearings outside of the area, which is connected with the laminated core of the rotor. The axial sections are arranged consecutively. An independent claim is also included for a method for manufacturing an electrical machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, in dem ein Stator angeordnet ist, einem Wicklungssystem, das in Nuten des Blechpakets dieses Stators angeordnet ist und an den Stirnseiten dieses Blechpakets Wicklungsköpfe ausbildet, einem Rotor, dessen Blechpaket drehfest mit einer Welle verbunden ist, die in zumindest zwei Lagern in Lagerflanschen an den Stirnseiten des Gehäuses der elektrischen Maschine gelagert ist.The The invention relates to an electrical machine with a housing, in a stator is arranged, a winding system in grooves the laminated core of this stator is arranged and on the front sides this laminated core forms winding heads, a rotor whose laminated core rotatably connected to a shaft is that in at least two camps in bearing flanges on the front ends of the housing the electric machine is stored.

Elektrische Maschinen vor allem für den Einsatz in branchenspezifischen Anlagen erfordern hohe elektrische Leistung bei vergleichsweise kleinem Bauvolumen. Damit ergeben sich Vorgaben, die nur mit vergleichsweise größeren Antriebsmaschinen mit demnach überdimensionierter Leistungsreserve erreicht werden können.electrical Machines especially for the use in industry-specific plants require high electrical Performance at a comparatively small volume. This results Specifications that only with comparatively larger drive machines with therefore oversized Performance reserve can be achieved.

Des Weiteren existiert das Problem der Abfuhr der Verlustwärme aus der elektrischen Maschine. Ebenso sind die dadurch bedingten hohen Lagertemperaturen mit geringen Fettstandszeiten verbunden, so dass unnötiges Nachschmieren bzw. enge Wartungsintervalle vorzusehen sind. Des Weiteren treten bei Einsatz von Luftkühlern zur Kühlung der Komponenten der elektrischen Maschine starke Geräuschentwicklungen insbesondere bei hohen Drehzahlen auf. Außerdem verursacht ein zusätzlicher Lüfterbaustein ein vergleichsweise großes Bauvolumen der elektrischen Maschine.Of Furthermore, the problem of dissipating the heat loss exists the electric machine. Likewise, the resulting high Storage temperatures associated with low grease life, so that unnecessary Regreasing or tight maintenance intervals are provided. Of Furthermore occur when using air coolers for cooling the components of the electrical Machine strong noise developments especially at high speeds. It also causes an additional fan module a comparatively large one Construction volume of the electric machine.

So ist aus der DE 34 05 297 A1 eine elektrische Maschine mit Wärmerohrkühlung bekannt. Nachteilig dabei ist die ineffiziente Kühlung im Bereich der Lager, so dass auch dort nachgeschmiert bzw. kürzere Wartungsintervalle vorzusehen sind.So is out of the DE 34 05 297 A1 an electric machine with heat pipe cooling known. The disadvantage here is the inefficient cooling in the area of the bearings, so that also there are relubricated or shorter maintenance intervals are provided.

Aus der DE 20 20 953 ist eine Anordnung zur Kühlung eines Rotationskörpers über eine Hohlwelle bekannt, wobei deren Lager durch eine Schicht aus wärmedämmendem Material geschützt ist.From the DE 20 20 953 an arrangement for cooling a rotary body via a hollow shaft is known, wherein the bearing is protected by a layer of heat-insulating material.

Aus der DE 33 11 086 A1 ist eine Wärmerohranordnung zur Kühlung einer geschlossenen elektrischen Maschine bekannt, bei der ein Wärmerohr in eine teilweise als Hohlwelle ausgebildete Maschinenwelle eingeschrumpft ist.From the DE 33 11 086 A1 a heat pipe arrangement for cooling a closed electric machine is known in which a heat pipe is shrunk into a partially formed as a hollow shaft machine shaft.

Aus der DE 19 39 221 ist eine elektrische Maschine bekannt, bei der die Wärme aus dem rotierenden Teil über ein mitrotierendes Wärmerohr einer dem Wärmerohr zugeordneten Kühleinrichtung zugeführt wird, und wobei das als Kondensationszone dienende Ende des Wärmerohrs unmittelbar von einer mit Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlkammer umgeben ist.From the DE 19 39 221 An electric machine is known in which the heat from the rotating part is supplied via a co-rotating heat pipe to a heat pipe associated cooling device, and wherein serving as a condensation zone end of the heat pipe is surrounded directly by a cooling liquid filled with cooling chamber.

Aus der JP 41 83 259 A2 ist eine Heat-Pipe-Kühlung eines Linearmotors bekannt.From the JP 41 83 259 A2 is a heat pipe cooling a linear motor known.

Aus der DE 23 30 172 ist eine elektrische Maschine bekannt, bei der sowohl die Wicklung des Stators als auch die Kurschlussläuferwicklung des Rotors durch axial verlaufende Hheat-Pipes gekühlt sind.From the DE 23 30 172 An electric machine is known in which both the winding of the stator and the short-circuit winding of the rotor are cooled by axially extending Hheat-Pipes.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der in effizienter Art und Weise eine Kühlung der jeweiligen Wärmequellen der elektrischen Maschine vorgenommen werden kann und gleichzeitig damit eine Anpassung an vorhandenes Bauvolumen und Betriebsarten der angetriebenen Arbeitsmaschine erfolgen soll. Des Weiteren soll die Wärmeabstrahlung nach außen und die Geräuschentwicklung reduziert werden.outgoing It is the object of the invention to provide an electrical To create a machine, in which efficient way of cooling the respective heat sources the electric machine can be made and at the same time thus an adaptation to existing construction volume and operating modes the driven machine should be done. Furthermore, should the heat radiation outward and the noise be reduced.

Des Weiteren sollen Einzelmaßnahmen kombinierbar sein um damit eine, gemäß einem Baukastensystem auf einen branchenspezifischen Anwendungsfall, optimierte elektrischen Maschine bereitstellen zu können.Of Furthermore, individual measures should be combinable be around with one, according to one Modular system to an industry-specific application, optimized to provide electrical machine.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse in dem ein Stator angeordnet ist, einem Wicklungssystem, das in Nuten des Blechpakets des Stators angeordnet ist und an den Stirnseiten des Blechpakets Wicklungsköpfe ausbildet, einem Rotor, dessen Blechpaket drehfest auf einer Welle angeordnet ist, die in zumindest zwei Lagern in Lagerflanschen an den Stirnseiten des Gehäuses der elektrischen Maschine gelagert ist, wobei die Welle außerhalb des Bereichs, der mit dem Blechpaket des Rotors drehfest verbunden ist, zumindest zwei axial hintereinander angeordnete Abschnitte zwischen den Lagern aufweist.The solution the task is achieved by an electric machine with a housing in a stator is arranged, a winding system in grooves the laminated core of the stator is arranged and on the front sides of the laminated core winding heads forms, a rotor whose laminated core rotatably on a shaft arranged in at least two bearings in bearing flanges to the Front sides of the housing the electric machine is stored, with the shaft outside the area which rotatably connected to the laminated core of the rotor is, at least two axially successively arranged sections between the bearings.

Durch die erfindungsgemäße mehrteilige Welle wird das Blechpaket des Rotors direkt z.B. auf das Mittelsegment der Motorwelle im Druckgießverfahren positioniert. Ein nachträgliches Aufschrumpfen des Blechpakets des Rotors entfällt. Damit ist ein einfacher Formschluss Blechpaket des Rotors zur Welle, insbesondere zum Mittelsegment dieser Welle, einfach herstellbar.By the multi-part shaft according to the invention For example, the laminated core of the rotor is injected directly e.g. on the middle segment the motor shaft in the die casting process positioned. An afterthought Shrinking the laminated core of the rotor is eliminated. This is a simpler Form fit laminated core of the rotor to the shaft, in particular to the middle segment this wave, easy to produce.

In einer weiteren Ausführungsform erlaubt die mehrteilige Welle auch, das Blechpaket des Rotors direkt auf das Mittelsegment der Welle aufzuschrumpfen. Da jedes axiale Teilsegment einzeln ausgewuchtet werden kann, ergibt sich eine wesentlich genauere Gesamtauswuchtung des Rotors. Die einzelnen axialen Teilsegmente können marktübliche Stahlrohre, die als Hohlwelle ausgebildet sind, oder Vollwellensegmente sein. Somit können unterschiedliche Segmente, d.h. Hohlwelle, Teilhohlwelle oder Vollwellensegmente, beim Zusammenstellen einer Welle kombiniert werden.In a further embodiment, the multi-part shaft also allows the laminated core of the rotor to be shrunk directly onto the middle segment of the shaft. Since each axial sub-segment can be balanced individually, results in a much more accurate overall balance of the rotor. The individual axial sub-segments can be customary steel tubes, which are formed as a hollow shaft, or full-wave segments. Thus, different segments, ie hollow shaft, partial hollow shaft or full wave segments, when assembling a Wave combined.

Durch die mehrteilige Welle sind nur jeweils die erforderlichen Teile bearbeitbar, damit lassen sich auch gestufte Innenbohrungen vergleichsweise einfach herstellen.By the multi-part shaft are only the required parts machinable, so that even stepped inner holes can be comparatively easy to make.

Einbauten in die Welle, wie z.B. Heat-Pipes, Kühlflächen, Kühlkanäle, Sensoren, Thermofühler etc. lassen sich somit vergleichsweise einfach in die jeweiligen Teile einbauen.fixtures into the wave, such as Heat pipes, cooling surfaces, cooling channels, sensors, thermo-sensors etc. can thus be relatively easily in the respective parts Install.

Vorteilhafterweise wird bei einer Luftdurchführung z.B. bei einer dreiteiligen Welle der Mittelteil, komplett als Hohlwelle ausgebildet, so dass eine Luftkühlung des Rotors über den als Hohlwelle ausgebildeten Mittelteil erfolgt.advantageously, is at an air duct e.g. in the case of a three-part shaft, the middle part, completely as a hollow shaft designed so that air cooling of the rotor over takes the form of a hollow shaft middle part.

Des Weiteren ist bei einer Teilhohlwelle, die auch als Innenbohrung bezeichnet werden kann ein Thermosyphon oder ein Heat-Pipe einsetzbar; damit wird die Kühleffizienz der elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors gesteigert.Of Further is at a partial hollow shaft, which also as an internal bore can be called a thermosiphon or a heat pipe used; this is the cooling efficiency the electrical machine, in particular the rotor increased.

Im Bereich hoher mechanischer Belastung, z.B. bei Biegespannungen, werden die Teilsegmente der Welle vorzugsweise als Vollwelle ausgebildet.in the High mechanical stress range, e.g. at bending stresses, the sub-segments of the shaft are preferably formed as a solid shaft.

Je nach Belastung sind dabei auch zusätzlich unterschiedliche Werkstoffe für die Welle einsetzbar. Damit sind thermische Ausdehnungen oder Torsionsmomente der Welle beeinflussbar.ever After loading are also in addition different materials for the Shaft usable. These are thermal expansions or torsional moments the wave influenced.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Motorwelle zumindest zwei Teilsegmente auf, die axial hintereinander angeordnet sind, wobei der das Blechpaket des Rotors aufnehmende Teil als Hohlwelle ausgebildet ist und somit durch eine axial verlaufende Luftführung die Verlustwärme aus dem Rotor abführt.In a particularly preferred embodiment For example, the motor shaft has at least two subsegments which are axially are arranged one behind the other, wherein the the laminated core of the rotor receiving part is designed as a hollow shaft and thus by a axial airflow the heat loss removed from the rotor.

Falls dieser Teil lediglich eine teilweise ausgebildete Hohlwelle ist, die sich über eine vorgebbare axiale axiale Länge des Blechpakets erstreckt, wird vorteilhafterweise ein Wärmeleitrohr oder eine Heat-Pipe eingesetzt, die die Verlustwärme dann auf die der Arbeitsmaschine abgewandten Seite der elektrischen Maschine transportiert und dort durch einen geeigneten Kondensator, vorteilhafterweise einen als Kondensator ausgebildeten Lüfter, abgibt.If this part is only a partially formed hollow shaft, which are over a predetermined axial axial length extends the laminated core, is advantageously a heat pipe or a heat pipe, which then uses the heat loss on the working machine transported away side of the electric machine and there by a suitable capacitor, advantageously as a capacitor trained fan, emits.

Dieser Lüfter sorgt nicht nur aufgrund seiner Rotation für eine Kondensation des Kühlmediums des Thermosyphons oder der Heat-Pipe, sondern bewirkt gleichzeitig eine Verwirbelung des Luftstroms im Bereich der Wickelköpfe des Stators. Somit ist eine kombinierte Kühlung vorhanden, die einerseits eine Luftkühlung im Bereich des Stators und der Wickelköpfe herbeiführt und gleichzeitig die Verlustwärme aus dem Rotor abtransportiert. Damit wird die Verlustwärme über den als Kühlkörper ausgebildeten Lüfter an die Umgebungsluft abgeführt.This Fan not only ensures condensation of the cooling medium due to its rotation Thermosyphons or the heat pipe, but at the same time causes a Turbulence of the air flow in the area of the windings of the Stator. Thus, a combined cooling is present, on the one hand a air cooling in the area of the stator and the winding heads brought about while the heat loss removed from the rotor. Thus, the heat loss over the designed as a heat sink fan the ambient air dissipated.

Durch Einstellen eines Unterdrucks oder Einsatz von verschiedenen Kühlmedien wird der Kreislauf im Rotor zwischen Verdampfer und Kondensator optimiert. Dabei ist insbesondere zur Einstellung des Unterdrucks ein dementsprechender Anschluss vorzusehen, an den eine Vakuumpumpe anschließbar ist.By Setting a vacuum or using different cooling media the circuit in the rotor between the evaporator and condenser is optimized. It is in particular for adjusting the negative pressure a corresponding Provide connection to which a vacuum pump can be connected.

Vorteilhafterweise ist dabei insbesondere das Mittelsegment, das das Blechpaket des Rotors trägt, gegenüber den anderen Segmenten, insbesondere dem der Arbeitsmaschine zugewandten Segment, durch thermische Isolierung entkoppelt. Damit wird ein Wärmefluss auf weitere Bauteile der Maschine, z.B. die Lagerung, vermieden.advantageously, is in particular the middle segment, the laminated core of the Rotor carries, across from the other segments, in particular that of the working machine facing Segment, decoupled by thermal insulation. This will be one heat flow to other components of the machine, e.g. storage, avoided.

Der Wärmefluss kann außerdem durch axiale Zwischenelemente zwischen den Teilsegmenten der Motorwelle vermieden werden. Damit werden die Lager thermisch wesentlich weniger belastet. Diese Entlastung kann in einer anderen Ausführungsform auch durch eine Beschichtung der Motorwelle oder eine Isolationshülse auf der Welle Lagerinnenring erreicht werden. Eine derartiger Einsatz, Beschichtung oder Hülse am Lageraußenring zwischen Lagerflansch und Lager verhindert außerdem den Wärmefluss von der Wicklung bzw. vom Gehäuse zur Lagerung.Of the heat flow can also by axial intermediate elements between the sub-segments of the motor shaft be avoided. Thus, the bearings are thermally much less loaded. This discharge can in another embodiment as well by a coating of the motor shaft or an insulating sleeve the shaft bearing inner ring can be achieved. Such a mission, Coating or sleeve at the bearing outer ring between bearing flange and bearing also prevents heat flow from the winding or from the housing for storage.

Der Einsatz oder die Hülse sind z.B. aus Keramik oder Kunststoff, der direkt aufgespritzt oder gegossen wird.Of the Insert or the sleeve are e.g. made of ceramic or plastic, which is directly sprayed or is poured.

Ein derartiger Einsatz oder Hülse kann auch aus mehreren Teilen bestehen, die dann auf die Welle geklebt werden.One such insert or sleeve can also consist of several parts, which are then glued to the shaft become.

Damit kann eine thermische und/oder elektrische Isolierung der Lagerung geschaffen werden, um somit neben dem Wärmefluss auch Lagerströme zu vermeiden.In order to can be a thermal and / or electrical insulation of storage be created so as to avoid bearing currents in addition to the heat flow.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Kühlung des Rotors Kühlluft von außen von der der Arbeitsmaschine abgewandten Seite zum Luftaustritt auf der der Arbeitsmaschine zugewandten Seite geleitet. Über einen offenen Lagerflansch wird dann die erwärmte Kühlluft nach außen geführt. Der offene Luftkreislauf wird erzeugt durch an der Eintrittseite zur Hohlwelle ausgebildete Luftleitelemente, die einen Luftstrom über den eingangsseitigen Lagerflansch gestatten, das Mittelsegment der Motorwelle und den Luftaustritt aus dem anderen Lagerflansch.In a further preferred embodiment is used for cooling of the rotor cooling air from the outside of the working machine opposite side to the air outlet on the directed to the working machine side. Over an open bearing flange then becomes the heated one cooling air led to the outside. Of the open air circulation is generated by at the entry side to Hollow shaft formed air guide elements, the air flow over the allow input side bearing flange, the middle segment of the motor shaft and the air outlet from the other bearing flange.

Vorteilhafterweise wird dabei die Luftströmung über den Wickelkopf geführt, was gleichzeitig eine Kühlung dieses Maschinenteils bewirkt. Vorzugsweise sind dabei im Wickelkopf Kühlkanäle aus gut wärmeleitfähigem Isolationsmaterial eingearbeitet, so dass auch aus dem Inneren des Wickelkopfes Wärme abgeführt werden kann.Advantageously, while the air flow is guided over the winding head, which at the same time causes a cooling of this machine part. Preferably cooling channels are made of good thermal conductivity insulating material incorporated in the winding head, so that heat can be dissipated from the interior of the winding head.

Zusätzliche Kühlrippen in dem Mittelsegment der Motorwelle, also in der Hohlwelle vergrößern die Oberfläche des Wärmeübergangs von dem Blechpaket des Rotors auf die Luftströmung. Die Lager liegen außerhalb dieses Kühlkreislaufs und werden somit nicht wesentlich von der Verlustwärme erwärmt. Zusätzlich kann durch thermische Zwischenschichten, die in die axiale Länge der Motorwelle eingefügt sind und sich somit zwischen den Segmenten der Welle befinden, eine thermische Entkopplung dieser Segmente erreicht werden.additional cooling fins in the middle segment of the motor shaft, ie in the hollow shaft increase the surface of the Heat transfer from the laminated core of the rotor to the air flow. The camps are outside this cooling circuit and are thus not significantly heated by the heat loss. In addition, can by thermal intermediate layers, which in the axial length of the Motor shaft inserted are and are thus located between the segments of the wave, one thermal decoupling of these segments can be achieved.

Um außerdem eine hohe Schutzart der elektrischen Maschine sicher zu stellen, werden im Bereich der Luftströmung zu kritischen Bauelementen der elektrischen Maschine beispielsweise Labyrinthdichtungen vorgesehen, um das Eindringen von Wasser, Schmutz etc. zu verhindern.Around Furthermore to ensure a high degree of protection of the electrical machine, be in the area of airflow for critical components of the electrical machine, for example Labyrinth seals provided to prevent the ingress of water, dirt etc. to prevent.

Zusätzliche Lüfter im Verlauf des Kühlluftstroms innerhalb der elektrischen Maschine können die Durchströmungsgeschwindigkeit weiter erhöhen und somit die Kühleffizienz weiter steigern.additional Fan in the course of the cooling air flow inside the electric machine, the flow rate further increase and thus the cooling efficiency further increase.

Um die Wicklung und die Wickelköpfe zu kühlen, werden insbesondere Thermosyphons oder eine Heat-Pipes in die Wicklung integriert bzw. thermisch gut an den Wickelkopf angebunden. Diese Wickelköpfe sind vorteilhafterweise ergänzend durch dementsprechende Wärmeleitpaste an das Gehäuse, das eine Rippenkühlung oder eine Flüssigkeitskühlung aufweist, thermisch gekoppelt.Around the winding and the winding heads to cool, In particular thermosyphons or a heat pipe are in the winding integrated or thermally well connected to the winding head. These winding heads are advantageously complementary by corresponding thermal paste to the case, the one rib cooling or has liquid cooling, thermally coupled.

Vorteilhafterweise wird der Wickelkopf in einer weiteren Ausführungsform in ein flüssigkeitsgekühltes Formteil eingegossen.advantageously, the winding head is in a further embodiment in a liquid-cooled molding cast.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein elastischer Schlauch um zumindest einen Teil der Wickelköpfe gewunden, der mit Kühlflüssigkeit durchströmt ist. Zur formschlüssigen zur thermischen Anbindung dieses Schlauches an den Wickelkopf zur Flüssigkeitskühlung wird dieser Schlauch unter Druck bleibend aufgebläht, der damit anliegt. Zusätzlich kann der Wärmeübergang auf den Schlauch z.B. durch Vergießen weiter verbessert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Isolationsfestigkeit eingehalten wird. Vorzugsweise besteht der Schlauch damit aus wärmeleitendem elektrisch isolierendem Material.In a further embodiment is an elastic hose wound around at least part of the winding heads, the with coolant flows through is. For positive locking for thermal connection of this hose to the winding head for liquid cooling is this hose remains inflated under pressure, which rests with it. In addition, can the heat transfer on the hose e.g. be further improved by casting. It is important to ensure that the insulation resistance is maintained becomes. Preferably, the tube thus consists of thermally conductive electrically insulating material.

Ebenso kann es sich dabei um einen Wellenschlauch aus Metall handeln, dabei ist verstärkt auf die Isolationsfestigkeit zwischen Wickelkopf und Wellenschlauch und damit der Kühlung zu achten.As well this may be a corrugated hose made of metal, thereby is reinforced on the insulation strength between winding head and corrugated hose and therefore the cooling to pay attention.

Der Stator mit seiner Wicklung kann in ein Gehäuse eingebracht sein, das eine Rippenkühlung aufweist. Für erhöhte Anforderungen ist aber ein Gehäuse mit Flüssigkeitskühlung vorgesehen, wobei die Kühlkanäle mäander- oder spiralförmig in dem Gehäuse angeordnet sind. Vorteilhafterweise werden dabei flüssige Kühlmedien hoher Wärmekapazität eingesetzt, wie z.B. Öl oder Wasser.Of the Stator with its winding can be placed in a housing that has a Rib cooling has. For increased requirements but is a case provided with liquid cooling, with the cooling channels meandering or spirally in the case are arranged. Advantageously, while liquid cooling media high heat capacity used, such as. oil or water.

Wie oben ausgeführt, wird die im Rotor entstehende Verlustwärme mittels Thermosyphon nach außen abgeleitet. Um die Funktion des Thermosyphons im sich drehenden Rotor sicherzustellen, ist dieser zur Mitte des Blechpakets des Rotors leicht nach außen geneigt. Die im Kühlbereich kondensierte Kühlflüssigkeit wird so über Fliehkraft zur Mitte des Blechpakets des Rotors zurücktransportiert.As stated above the heat generated in the rotor is dissipated by thermosiphon to the outside. To ensure the function of the thermosyphon in the rotating rotor, this is slightly inclined to the center of the laminated core of the rotor to the outside. The in the cooling area condensed coolant becomes so over Centrifugal force transported back to the center of the laminated core of the rotor.

Um die Lebensdauer und Nachschmierfristen der Kugellager zu verlängern, wird vorteilhafterweise die Lagerinnen- und -außenringe von Welle bzw. Lagerflansch thermisch entkoppelt. Dies gelingt durch die Beschichtungen der Welle und/oder Hülsen und Einsätze aus Keramik oder Kunststoff, die direkt aufgespritzt oder gegossen werden können. Eine Positionierung dieser Hülsen wird vorteilhafterweise durch Schultern der Welle erreicht. Des Weiteren wird damit auch eine elektrische Isolierung der Lagerung erreicht, so dass die Lagerströme vermieden werden.Around To extend the life and relubrication periods of the ball bearings is Advantageously, the bearing inner and outer rings of shaft or bearing flange thermally decoupled. This is achieved by the coatings of Wave and / or pods and Calls made of ceramic or plastic, directly sprayed or cast can be. A positioning of these sleeves is advantageously achieved by shoulders of the shaft. Of Further, this is also an electrical insulation of the storage achieved, so that the bearing currents be avoided.

Die mehrteilige Welle mit thermisch und/oder elektrisch axial eingebauten Isolierschichten kann über Schraubverbindungen montiert werden. Diese Isolierschichten bestehen aus Kunststoff oder Keramik. Damit wird auch eine thermische und/oder elektrische Isolierung der Lagerung von Wärmequellen von Arbeitsmaschinen wie Getriebe oder Verdichtern erreicht. Damit werden die Lagertemperaturen wesentlich reduziert und die Lebensdauer verlängert. Die Temperaturen von Lageraußenring und Lagerinnenring werden somit angeglichen.The multi-part shaft with thermally and / or electrically axially installed Insulating layers can over Screw connections are mounted. These insulating layers exist made of plastic or ceramic. This is also a thermal and / or electrical insulation of the storage of heat sources of working machines like gearboxes or compressors. This will be the storage temperatures significantly reduced and extended life. The temperatures of Bearing outer ring and bearing inner ring are thus aligned.

Die thermischen Sperren zwischen Wickelkopf und Lagerung oder Blechpaket des Rotors und Lagerung können in einer besonders vorteilhaften Ausführung auch flüssigkeitsgekühlt werden und somit aktiv zur Wärmeabfuhr beitragen.The thermal barriers between winding head and storage or laminated core of the rotor and storage can In a particularly advantageous embodiment, liquid-cooled and thus active for heat dissipation contribute.

Alternativ können die thermischen Sperren über Reflexion bzw. Verringerung der Wärmeabstrahlung.alternative can the thermal barriers over Reflection or reduction of heat radiation.

Aufgrund der mehrteiligen Welle, also der Motorwelle in axiale Teilsegmente unterteilt, können Einbauten in diese Teilsegmente, z.B. Heat-Pipes, Isolierungen, Kühlflächen, Kühlkanäle, Sensoren, Thermofühler, wesentlich einfacher realisiert werden, da jeweils nur ein Teilsegment der Welle bearbeitet werden muss. Auch ist ein einfaches Herstellen von gestuften Innenbohrungen möglich.Due to the multi-part shaft, so the motor shaft divided into axial sub-segments, internals in these sub-segments, eg heat pipes, insulation, cooling surfaces, cooling channels, sensors, thermocouples, can be realized much easier, since in each case only a sub-segment of the shaft must be edited. Also, a simple manufacture of stepped inner holes is possible.

Ein Thermosyphon-Leitungssystem weist wenigstens eine geschlossen Rohrleitung auf, die zwischen einem eine Wärmesenke bildenden Kaltbereich der Kühleinrichtung und den zu kühlenden Teilen der elektrischen Maschine mit einem Gefälle verläuft. Das in diesem Leitungssystem befindliche Kältemittel kondensiert dabei in dem auch als Kondensationszone zu bezeichnenden Kaltbereich, z.B. des Lüfters, und gelangt von dort in den Bereich er zu kühlenden Maschinenteile, z.B. Wicklung, Wickelkopf oder Hohlwelle des Rotors, der so genannten Verdampferzone, wo es sich unter Aufnahme von Verlustwärme erwärmt und dabei im Allgemeinen verdampft. Das so verdampfte Kältemittel strömt dann innerhalb dieses Leitungssystems wieder zurück in den Bereich der Kondensatorzone. Die entsprechende Zirkulation des Kältemittels erfolgt demnach aufgrund eines so genannten Thermosyphon-Effekts in einem Naturumlauf mit Sieden und Verdampfen. Das Thermosyphon-Leitungssystem ist mit einem handelsüblichen Kältemittel gefüllt. Das in ihm vorhandene Flüssigkeits-Dampf-Gemisch ist gesättigt, d.h. der Druck in dem Leitungssystem wird durch die tiefe Temperatur bestimmt, mit der das Leitungssystem thermisch in Kontakt ist, hier also die Temperatur, bei der die aufgenommene Wärme am Kondensator abgeführt wird. Werden die Wärmeverluste der Maschine auf den Verdampfer übertragen, so verdampft das Kältemittel sofort, da es sich im Siedezustand befindet. Voraussetzung dabei ist, dass sich der Kondensator auf vergleichsweise niedrigerem Temperaturniveau befindet als der Verdampfer. Dadurch wird ein Kreislauf in Gang gesetzt, der aufgrund der Dichteunterschiede zwischen Dampf und Flüssigkeit des Kältemittels nur durch die Schwerkraft aufrechterhalten wird. Dazu ist es erforderlich, dass der Kondensator oberhalb oder zumindest auf gleicher Höhe angeordnet ist wie der Verdampfer.One Thermosiphon pipe system has at least one closed pipe on top of that, a heat sink between one forming cold area of the cooling device and the one to be cooled Divide the electric machine with a gradient runs. That in this management system located refrigerant condenses in what is also referred to as the condensation zone Cold area, e.g. the fan, and from there to the area of machine parts to be cooled, e.g. Winding, winding head or hollow shaft of the rotor, the so-called evaporator zone, where it heats up by absorbing heat loss and generally evaporates. The refrigerant evaporated in this way then flows within this line system back to the area of the condenser zone. The corresponding circulation of the refrigerant takes place accordingly due to a so-called thermosiphon effect in a natural circulation with boiling and evaporating. The thermosiphon pipe system is with a commercial one refrigerant filled. The existing in him liquid-vapor mixture is saturated, i.e. the pressure in the piping system is due to the low temperature determines, with which the conduit system is thermally in contact, here ie the temperature at which the absorbed heat is dissipated at the condenser. Will the heat losses transferred to the evaporator, so the refrigerant evaporates immediately, as it is in the boiling state. Prerequisite is that the capacitor at comparatively lower temperature level located as the evaporator. This will start a cycle set due to the density differences between vapor and liquid of the refrigerant only by gravity is maintained. For this it is necessary that the capacitor is arranged above or at least at the same height is like the evaporator.

Gemäß der Erfindung ist also dieses an sich bekannte Prinzip auf die Kühlung mindestens eines der Teile der Maschine, vorzugsweise auf mindestens einen der dort befindlichen Wickelköpfe der Ständerwicklung oder des Rotors, angewandt. Dabei wird das Thermosyphonsystem in Innenbohrungen der Welle, Ausnehmungen des Blechpakets von Stator bzw. Rotor, in Nuten der Wicklung, im Wickelkopf etc. angeordnet. Dabei bildet bereits die Wandung der Innenbohrung einen Teil der Hülle des Thermosyphons oder auch einer Heat-Pipe.According to the invention So is this principle known per se on the cooling at least one of the parts of the machine, preferably at least one the winding heads located there the stator winding or the rotor applied. The thermosyphon system will be in Inner holes of the shaft, recesses of the laminated core of stator or rotor, arranged in grooves of the winding, in the winding head, etc. Already the wall of the inner bore forms part of the Cover of the Thermosyphons or even a heat pipe.

Durch diesen Einsatz eines solchen Thermosyphon-Leitungssystems, bei dem durch den inneren Wärmetransport eines Kältemittels durch dessen Phasenübergänge eine sehr hohe effektive Wärmeleitfähigkeit gewährleistet ist, kann so die Verlustwärme quasi direkt von der jeweiligen Wärmequelle innerhalb der elektrischen Maschine nach außen, z.B. an Kühlluft oder eine andere Wärmesenke, wie beispielsweise einen externen Flüssigkeitskreislauf, abgeführt werden. Dabei müssen vorteilhafterweise keine größeren thermischen Widerstände wie Gehäusewände oder Luftspalte überwunden werden. Verbunden damit ist eine vorteilhafte Verringerung der thermischen Belastung anderer Maschinenkomponenten, wie z.B. der Lager. Die als Thermosyphon ausgebildete Kühleinrichtung besitzt keine beweglichen Teile, ist wartungsfrei und selbstregelnd.By This use of such a thermosiphon pipe system, in which through the internal heat transfer a refrigerant through whose phase transitions a very high effective thermal conductivity guaranteed is, so the heat loss almost directly from the respective heat source within the electrical Machine to the outside, e.g. in cooling air or another heat sink, such as an external fluid circuit, be dissipated. It must advantageously no major thermal resistors like housing walls or Air gaps overcome become. Associated with this is an advantageous reduction of the thermal Loading of other machine components, e.g. the storage. The formed as a thermosiphon cooling device has no moving parts, is maintenance-free and self-regulating.

Vorteilhafterweise sind der Verdampfer und auch der Kondensator mit Maßnahmen zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen ausgestattet. Auf diese Weise ist eine gute Wärmeübertragung durch Konvektion an den Verdampfer zu gewährleisten. Entsprechende Maßnahmen stellen insbesondere Kühlrippen oder Kühlschlangen dar.advantageously, are the evaporator and also the condenser with measures to enlarge the Heat transfer surfaces equipped. In this way is a good heat transfer through To ensure convection to the evaporator. Appropriate measures in particular, provide cooling fins or cooling coils represents.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der Zeichnung näher zu entnehmen; darin zeigen:The Invention and further advantageous embodiments of the invention can be found in the schematically illustrated embodiments of the drawing closer; show in it:

1 einen Rotor, 1 a rotor,

2 eine Welle mit Kühlvorrichtung, 2 a shaft with cooling device,

3, 4 Ausführungsformen einer derartigen Welle, 3 . 4 Embodiments of such a shaft,

5 eine Welle mit thermisch unterschiedlichen Abschnitten, 5 a wave with thermally different sections,

6 Kondensationslüfter im Querschnitt, 6 Condensation fan in cross section,

7 Kondensationslüfter im Längsschnitt, 7 Condensation fan in longitudinal section,

8-10 verschiedene Ausführungen einer elektrischen maschine, 8th - 10 different versions of an electrical machine,

11 Wickelkopfverguss. 11 Wickelkopfverguss.

1 zeigt einen Rotor 1, der einen Teil einer Welle 7 darstellt, wobei die Welle 7 aus einem Mittelteil 6 und an den jeweiligen Stirnseiten angeordneten Wellenstümpfen 8 und 9 besteht. Der Mittelteil 6 ist in dieser Ausführungsform aus Vollmaterial und weist ein Blechpaket 2 auf, in das eine Kurzschlusswicklung mit ihrem Kurzschlussringen 5 positioniert ist. Das mit der Kurzschlusswicklung versehene Blechpaket 2 wird gemäß 1 von rechts auf den Mittelteil 6 aufgeschoben bzw. geschrumpft und durch einen Flansch 40 fixiert. An den jeweiligen Enden des Mittelteils 6 befinden sich Isolierelemente 10, 11, die vorzugsweise hohl, d.h. mit einer Bohrung ausgeführt sind und nur im Bereich ihrer Schraubverbindungen 13, 12 ein isolierendes Material aufweisen. Durch die Schraubverbindungen 12, 13 wird die Teile der Welle 7 torsionssteif miteinander verbunden. 1 shows a rotor 1 that part of a wave 7 represents, where the wave 7 from a middle part 6 and at the respective end faces arranged stumps 8th and 9 consists. The middle part 6 is in this embodiment of solid material and has a laminated core 2 into which a short circuit winding with its shorting rings 5 is positioned. The laminated core provided with the short-circuit winding 2 is according to 1 from the right to the middle section 6 slid or shrunk and by a flange 40 fixed. At the respective ends of the middle section 6 there are insulating elements 10 . 11 , which are preferably hollow, ie with a bore and only in the area of their screw 13 . 12 an insulating material aufwei sen. Through the screw connections 12 . 13 becomes the parts of the shaft 7 torsionally rigid connected.

Durch die Isolierelemente 10, 11 ist es nunmehr unmöglich, dass eine im Rotor 1 entstehende Wärme über die Isolierelemente 10, 11 in die Wellenstümpfe 8, 9 fließt und dort eventuell in dieser 1 nicht dargestellte Lager unnötigerweise erhitzt.By the insulating elements 10 . 11 It is now impossible for one in the rotor 1 resulting heat through the insulating elements 10 . 11 in the stumps 8th . 9 flows and possibly there in this 1 Not shown bearing heated unnecessarily.

Des Weiteren wird die Wärme von nicht näher dargestellten Arbeitsmaschinen oder Getrieben abgehalten.Of Further is the heat from no closer shown work machines or transmissions held.

In einer alternativen Ausführungsform sind die Isolierelemente nicht nur zur Wärmeisolation als Wärmesperre geeignet son dern sind auch als flüssigkeitsgekühlte Isolierelemente ausgebildet, wobei sie damit auch Teil eines weiteren Kühlkreislaufes der elektrischen Maschine bilden können.In an alternative embodiment the insulating elements are not just for thermal insulation as a thermal barrier They are also suitable as liquid-cooled insulating elements trained, making it part of another cooling circuit can form the electric machine.

Eine derartige Wärmesperre durch Isolationselemente kann auch bei einem Klemmenkasten als Wärmeschutz gegenüber dem Stator eingesetzt werden, um die dort vorhandenen Einbauteile, z.B. Umrichterbauelemente zu schützen.A such thermal barrier by insulation elements can also with a terminal box as heat protection across from the stator can be used to the existing there built-in parts, e.g. Protect converter components.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Isolationselemente zumindest abschnittsweise mit einer wärmereflektierenden Schicht versehen.In In an advantageous embodiment, the insulation elements are at least in sections with a heat-reflecting Layer provided.

2 zeigt in einer weiteren Darstellung einen Rotor 1, dessen Blechpaket 2 nunmehr von links auf eine Welle aufgeschrumpft wurde, bis zu einem Anschlag 41, der in das Vollmaterial der Welle 7 eingefräst wurde. Das Blechpaket 2 muss dabei nicht unbedingt als einteiliges Blechpaket aufgeschrumpft werden, sondern kann auch durch Teilblechpakete 3, 4 aufgeschrumpft werden. Natürlich ist dann dabei erst nach Aufschrumpfen die Montage bzw. das Vergießen der Kurzschlusswicklung 5 möglich. 2 shows in a further illustration a rotor 1 , whose laminated core 2 was now shrunk from the left on a wave, to a stop 41 which is in the solid material of the shaft 7 was milled. The laminated core 2 not necessarily shrunk as a one-piece laminated core, but can also by partial laminated cores 3 . 4 shrunk. Of course, then only after shrinking the assembly or casting the short-circuit winding 5 possible.

2 zeigt des Weiteren in einer axial verlaufenden Bohrung eine Kühlvorrichtung 14 des Rotors 1, die im Wesentlichen als Thermosyphon oder Heat-Pipe ausgeführt ist. Dabei wird im Bereich der Wärmequelle, also der Teilblechpakete 3, 4 in der Verdampfungszone 15 der Kühlvorrichtung 14 die Wärme aufgenommen und mittels eines Kühlmediums 16 über eine vorteilhafterweise konisch geformte Innenbohrung zu einem Kondensator 18 geführt. Im Kondensator 18 wird die Wärme, wie hier dargestellt insbesondere über eine als Lüfter ausgebildete Kondensationszone 19 über dessen Lüfterflügel bzw. Kühlrippen an die umgebende Kühlluft 21 durch die Kondensationszone 19 geführt wird abgegeben. Die Kondensationszone 19 bildet dabei eine ausreichende Wärmesenke, so dass die Wärme, die aus dem Rotor 1 über die Welle 7 in die Kühlvorrichtung 14 gelangt, in ausreichendem Maße abgeführt wird. 2 further shows a cooling device in an axially extending bore 14 of the rotor 1 , which is essentially designed as a thermosiphon or heat pipe. In this case, in the area of the heat source, so the partial laminated cores 3 . 4 in the evaporation zone 15 the cooling device 14 the heat is absorbed and by means of a cooling medium 16 via an advantageously conically shaped inner bore to a condenser 18 guided. In the condenser 18 is the heat, as shown here in particular via a condensation zone designed as a fan 19 on the fan blades or cooling fins to the surrounding cooling air 21 through the condensation zone 19 is passed. The condensation zone 19 forms a sufficient heat sink, so that the heat from the rotor 1 over the wave 7 in the cooler 14 is sufficiently dissipated.

Die durch die Kondensationszone 19 strömende Luft 21 wird insbesondere durch die als Lüfter ausgebildete Kondensationszone 19 an weitere Teile der elektrischen Maschine weitergeleitet, insbesondere z.B. an in dieser Darstellung nicht näher dargestellte Wickelköpfe.The through the condensation zone 19 flowing air 21 is in particular by the designed as a fan condensation zone 19 forwarded to other parts of the electrical machine, in particular, for example, in this illustration, not shown winding heads.

3 zeigt in einer weiteren Darstellung einen Rotor 1 mit Teilblechpakten 3, 4 und einer Kurzschlusswicklung 5, welcher Rotor 1 auf einer Welle 7 positioniert ist. Die an der Welle 7 befindlichen Lager 22 sind durch Fixierelemente 23 auf der Welle 7 gehalten. Um nun die Wärme des Rotors 1 u.a. von den Lagern 22, von einer nicht näher dargestellten Arbeitsmaschine oder Getriebe abzuhalten, wird gemäß dieser Ausführungsform vorgeschlagen, eine Isolierschicht in Form einer Hülse, eines Einsatzes 39 oder einer anderen isolierenden Beschichtung auf der Welle 7 vorzunehmen, um die Wärme, die aus dem Rotor 1 auf die Welle 7 gelangt, von den Lagern 22 fern zu halten. 3 shows in a further illustration a rotor 1 with partial sheet pacts 3 . 4 and a short circuit winding 5 which rotor 1 on a wave 7 is positioned. The on the shaft 7 located warehouse 22 are by fixing elements 23 on the wave 7 held. Order now the heat of the rotor 1 among others from the camps 22 To prevent from a work machine or gear, not shown, is proposed according to this embodiment, an insulating layer in the form of a sleeve, an insert 39 or another insulating coating on the shaft 7 Make the heat from the rotor 1 on the wave 7 arrives from the camps 22 keep away.

Die Ausführungsform nach 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 3 dadurch, dass zusätzlich zu dem Einsatz 39, also einer Lagerisolierung eine zusätzliche Kühlvorrichtung 14 des Rotors 1 vorhanden ist. Es handelt sich dabei um die bereits in 2 dargestellt Thermosyphon- oder Heat-Pipe-Kühlung.The embodiment according to 4 differs from the embodiment of the 3 in that in addition to the use 39 , So a storage insulation an additional cooling device 14 of the rotor 1 is available. These are those already in 2 shown thermosiphon or heat pipe cooling.

5 zeigt in einer weiteren Ausführungsform die bereits aus den vorherigen Figurenbeschreibungen bekannten Möglichkeiten die Wärme zum einen aus dem Rotor 1 abzuführen und zum anderen von weiteren Maschinenteilen z.B. den Lagern 22 fern zu halten. Dabei wird nunmehr der Mittelteil 6 der Welle 7 wie in 1 durch Isolierelemente 10 und 11 von den Wellenstümpfen 8 und 9 beabstandet. Des Weiteren sind die Lager 22 über Einsätze 39 oder über andere isolierende Medien auf der Welle 7 positioniert. Die Isolierelemente 10, 11 sind nahezu aus durchgängig aus Vollmaterial und weisen lediglich im Bereich der Durchführung der Kühlvorrichtung 14 des Rotors 1 einen Durchlass 48 auf, um dem Kühlmedium einen Kreislauf von der Verdampfungszone 15 zur Kondensationszone 19 zu ermöglichen. 5 shows in a further embodiment, the already known from the previous description of the figures the heat on the one hand from the rotor 1 and on the other of other machine parts such as the bearings 22 keep away. This is now the middle part 6 the wave 7 as in 1 by insulating elements 10 and 11 from the stumps 8th and 9 spaced. Furthermore, the bearings 22 about missions 39 or other insulating media on the shaft 7 positioned. The insulating elements 10 . 11 are almost entirely made of solid material and have only in the area of the implementation of the cooling device 14 of the rotor 1 a passage 48 to circulate the cooling medium from the evaporation zone 15 to the condensation zone 19 to enable.

6 zeigt in einem schematischen Aufbau die Kondensationszone 19, die als Lüfter ausgebildet ist, wobei durch die Drehung der Welle 7 und damit des Lüfters ein Kühlmittelstrom erzeugt wird, der zusätzlich zur Kondensation des Kühlmediums 16 in der Kondensationszone 19 beiträgt. Die Rippen 44 verlaufen im Wesentlichen radial und sind um eine Nabe 43 des Lüfters geordnet. 6 shows in a schematic structure the condensation zone 19 , which is designed as a fan, wherein by the rotation of the shaft 7 and thus the fan, a coolant flow is generated, in addition to the condensation of the cooling medium 16 in the condensation zone 19 contributes. Ribs 44 extend substantially radially and are around a hub 43 ordered by the fan.

7 zeigt in einem schematischen Längsschnitt dieses Lüfters die Kondensationszone 19 mit den Kühlrippen 20, die im Inneren der Nabe 43 angeordnet sind. Durch eine leicht konische Ausbildung der Nabe 43 und damit des Innenraums der Kondensationszone 19 wird das Rückströmen des Kühlmediums 16 in die Verdampfungszone 15 erleichtert. Durch den mit 21 bezeichneten Kühlluftstrom durch die Kondensationszone 19 wird die Kondensation des Kühlmediums 16 verbessert. Des Weiteren kann der Kühlstrom 21 gleichzeitig zur Kühlung des Wickelkopfes 27 des Stators 26 beitragen. 7 shows in a schematic longitudinal section of this fan, the condensation zone 19 with the cooling fins 20 inside the hub 43 are arranged. By a slightly conical training the hub 43 and thus the interior of the condensation zone 19 is the return flow of the cooling medium 16 in the evaporation zone 15 facilitated. By the with 21 designated cooling air flow through the condensation zone 19 is the condensation of the cooling medium 16 improved. Furthermore, the cooling flow 21 at the same time for cooling the winding head 27 of the stator 26 contribute.

8 zeigt eine elektrische Maschine 28, die eine der in den vorherigen Figurenbeschreibungen dargestellten Welle 7 aufweist. Je nach Anwendungsfall der elektrischen Maschine 28, sind unterschiedliche Kühlprinzipien des Rotors 1 bzw. Abschirmmaßnahmen für vorgegebene Teile der elektrischen Maschine 28 vorgesehen. Die Welle 7 mit ihrem Rotor 1 ist von einem Stator 26 umgeben, der geblecht ausgeführt ist und an seinen Stirnseiten jeweils einen Wickelkopf 27 eines nicht näher dargestellten Wicklungssystems aufweist. Dieses Wicklungssystem kann dabei aus gesehnten Spulen oder aus Zahnspulen aufgebaut sein. 8th shows an electric machine 28 , which is one of the waves shown in the previous figure descriptions 7 having. Depending on the application of the electrical machine 28 , are different cooling principles of the rotor 1 or shielding measures for predetermined parts of the electrical machine 28 intended. The wave 7 with her rotor 1 is from a stator 26 surrounded, which is executed laminated and at its end faces in each case a winding head 27 Having a winding system not shown. This winding system can be constructed of stretched coils or tooth coils.

Der Stator 26 ist in einem Gehäuse 42 eingeschrumpft, um einen ausreichenden Wärmeübergang vom Blechpaket des Stators 26 auf das Gehäuse 42 zu erhalten. In der elektrischen Maschine 28 nach 8 ist nunmehr in dem Gehäuse 42 ein Kühlmantel 25 vorgesehen, dessen Kühlkanäle 32 spiralförmig um das Gehäuse 42 verlaufen. Selbstverständlich weist die Kühlwendel einen Ein- und Auslass auf, der aber nicht näher dargestellt wurde.The stator 26 is in a housing 42 Shrunk to a sufficient heat transfer from the laminated core of the stator 26 on the case 42 to obtain. In the electric machine 28 to 8th is now in the housing 42 a cooling jacket 25 provided, whose cooling channels 32 spiral around the case 42 run. Of course, the cooling coil on an inlet and outlet, which has not been shown in detail.

Des Weiteren sind an den Stirnseiten der elektrischen Maschine 28 Lagerflansche 29 vorgesehen, die die Lager 22 der Welle 7 aufnehmen. Der Wickelkopf 27 befindet sich in einer Vergussmasse 31, um damit eine verbesserte Wärmeankopplung an das Gehäuse 42 und somit den Kühlmantel 25 der elektrischen Maschine 28 zu erhalten.Furthermore, on the front sides of the electric machine 28 bearing flanges 29 provided the bearings 22 the wave 7 take up. The winding head 27 is in a casting compound 31 in order to provide improved heat coupling to the housing 42 and thus the cooling jacket 25 the electric machine 28 to obtain.

9 zeigt eine luftgekühlte elektrische Maschine bei der ebenfalls das Blechpaket des Stators 26 in ein Gehäuse 42 eingepresst ist. Gehäuserippen 50 tragen zur Kühlung des Stators 26 bei. Die Welle 7 ist in dieser Ausführungsform mehrteilig aufgebaut, wobei der Mittelteil 6 eine axial durchgehende Bohrung 45 aufweist, durch die ein Kühlluftstrom geführt werden kann. Damit ist der Mittelteil 6 als Hohlwelle ausgebildet. Diese Hohlwelle weist vorteilhafterweise zusätzliche Rippen auf die die Wärmeübergangsflächen vergrößern. 9 shows an air-cooled electric machine in which also the laminated core of the stator 26 in a housing 42 is pressed. housing ribs 50 contribute to the cooling of the stator 26 at. The wave 7 is constructed in several parts in this embodiment, wherein the middle part 6 an axially continuous bore 45 has, through which a cooling air flow can be performed. This is the middle part 6 designed as a hollow shaft. This hollow shaft advantageously has additional ribs on the heat transfer surfaces increase.

Ein derartiger Kühlluftstrom kann beispielsweise durch einen Lüfter 36 in die Maschine, insbesondere den Rotor 1 gelenkt werden, wobei das Mittelteil 6 der Welle 7 zumindest ein Umlenkelement 38 aufweist, das den im wesentlichen radial eintretenden Kühlluftstrom in axialer Richtung und damit in die axiale Bohrung 45 umlenkt und damit eine Kühlung des Rotors 1 herbeiführt. Um dennoch einen Wärmeübertrag aus dem Mittelteil 6 in die angrenzenden Wellenstrümpfe 8, 9 zu vermeiden und damit die Lagerwartungsintervalle zu reduzieren, sind Isolierelemente 10, 11 zwischen den einzelnen axial hintereinander angeordneten Teilen der Welle 7 vorgesehen.Such a cooling air flow, for example, by a fan 36 into the machine, especially the rotor 1 be steered, with the middle part 6 the wave 7 at least one deflecting element 38 comprising, the substantially radially entering cooling air flow in the axial direction and thus in the axial bore 45 deflects and thus cooling the rotor 1 causes. Nevertheless, a heat transfer from the middle part 6 in the adjacent wave stockings 8th . 9 To avoid and thus reduce the bearing maintenance intervals are insulating 10 . 11 between the individual axially successively arranged parts of the shaft 7 intended.

Dabei ist in dieser Ausführungsform das Isolierelement 10 als Vollmaterial ausgebildet, während das Isolierelement 11 im Bereich der axialen Bohrung einen Durchgang aufweist, um den axialen Kühlluftstrom passieren zu lassen. Wellenstumpf 8, 9 sind mit dem Mittelteil durch Schraubverbindungen 12, 13 drehfest verbunden.In this case, in this embodiment, the insulating element 10 formed as a solid material, while the insulating element 11 Has a passage in the axial bore to allow the axial flow of cooling air to pass. stub shaft 8th . 9 are with the middle part by screw connections 12 . 13 rotatably connected.

Um auch eine vorgegebene Schutzklasse der elektrischen Maschine, z.B. IP 23 gewährleisten zu können, sind im Bereich des Lufteingangs beim Lüfter 36 Labyrinthdichtungen 37 vorgesehen, die Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in die Maschine im Bereich der Nahtstellen von Gehäuseteilen vermeiden.In order to be able to ensure a given protection class of the electrical machine, eg IP 23, are in the air intake at the fan 36 labyrinth seals 37 intended to prevent the ingress of dirt and moisture into the machine near the seams of housing parts.

Ein zusätzlicher in die Hohlwelle integrierter Lüfter und/oder ein weiterer Lüfter auf der anderen Stirnseite der elektrischen Maschine tragen zum erhöhten Luftumsatz und damit zur verstärkten Kühlung insbesondere des Rotors 1 bei.An additional fan integrated in the hollow shaft and / or a further fan on the other end side of the electric machine contribute to increased air turnover and thus to increased cooling, in particular of the rotor 1 at.

Der Luftkreislauf beginnt oder endet damit an der Abtriebsseite der elektrischen Maschine 28. Da normalerweise die Abtriebsseite die vergleichsweise wärmere Seite der elektrischen Maschine darstellt, ist es vorteilhaft, die Frischluft auf dieser Seite einströmen zu lassen.The air cycle starts or ends at the output side of the electric machine 28 , Since normally the output side represents the comparatively warmer side of the electric machine, it is advantageous to let the fresh air flow in on this side.

10 zeigt eine elektrische Maschine 28, mit einer einteiligen Welle 7, wobei die Welle 7 aus Gründen der Einfachheit als einteilig und ohne die bisher beschriebenen Wärmeschutzmaßnahmen dargestellt wurde. Bei dieser elektrischen Maschine 28 handelt es sich um eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine, die einen Kühlmantel 25 aufweist, der spiralförmige Kühlkanäle 32 hat. Um die Kühleffizienz im Stator 26 weiter zu erhöhen, werden Heat-Pipes in axialer Richtung in das Blechpaket des Stator 26 eingebettet und axial nach außen geführt und dort mit einer Kondensationszone dieser Heat-Pipes verbunden. Des Weiteren ist insbesondere auf dieser der Kondensationszone abgewandten Seite des Stators 26 der Wickelkopf 27 mit einer speziellen Kühlvorrichtung umgeben, wobei Schläuche 46 den Außenbereich des Wickelkopfes 27 spiralförmig umgeben. 10 shows an electric machine 28 , with a one-piece shaft 7 , where the wave 7 for the sake of simplicity has been presented as one piece and without the previously described heat protection measures. In this electric machine 28 it is a liquid-cooled electric machine that has a cooling jacket 25 has, the spiral-shaped cooling channels 32 Has. To the cooling efficiency in the stator 26 To increase further, heat pipes are in the axial direction in the laminated core of the stator 26 embedded and guided axially outward and connected there with a condensation zone of these heat pipes. Furthermore, in particular on this side of the stator facing away from the condensation zone 26 the winding head 27 surrounded by a special cooling device, with hoses 46 the outer area of the winding head 27 surrounded by a spiral.

Damit wird in effizienter Art und Weise die Wärme aus dem Wickelkopf 27 abgeführt. Die Schläuche 46 können sich genauso an den Stirnseiten der Wickelköpfe 27 oder aber auch eingebettet in den Wickelkopf 27 sein.Thus, the heat from the winding head in an efficient manner 27 dissipated. The tubes 46 can just as well on the front sides of the winding heads 27 or embedded in the winding head 27 be.

Alternativ dazu sind auch flexible Heat-pipes in bzw. um die Wickelköpfe 27 zu positionieren. Die Kondensatorzone 19 ist dabei vorteilhafterweise am Gehäuse 42 als Kältesenke vorzusehen.Alternatively, flexible heat pipes in or around the winding heads 27 to position. The condenser zone 19 is advantageously on the housing 42 provide as a cold sink.

11 zeigt ein Wickelkopfelement 30, das über den Wickelkopf 27 einer elektrischen Maschine 28 geschoben werden kann und das vorgegebne Kühleinrichtungen und Montagehilfen vorsieht. So ist unter anderem ein Anschluss für Flüssigkeitskühlung über Kühlkanäle 51 vorgesehen und eine Vergussmasse 31, die eine ausreichende Wärmeleitung vom Wickelkopf 27 radial nach außen zum Gehäuse 42 darstellt. Des Weiteren sind nach innen Halterippen 47 ausgebildet, die außer einer mechanischen Fixierung des Wickelkopfes 27 auch einen Kühleffekt insbesondere auf der radialen Innenseite des Wickelkopfes 27 bewirken. 11 shows a winding element 30 that over the winding head 27 an electric machine 28 can be pushed and provides the Vorgebne cooling equipment and mounting aids. For example, there is a connection for liquid cooling via cooling channels 51 provided and a potting compound 31 , which provides sufficient heat conduction from the winding head 27 radially outward to the housing 42 represents. Furthermore, there are retaining ribs inside 47 formed, in addition to a mechanical fixation of the winding head 27 also a cooling effect, in particular on the radial inside of the winding head 27 cause.

Durch die vorgestellten Methoden die Wärme aus dem Rotor zu führen und/oder von Maschinenteilen, wie z.B. den Lagern 22 fern zu halten in Verbindung mit einer effizienten Kühlung des Stators 26 ist ein Motorkonzept geschaffen, dass zum einen modular gestaltbar ist und sich somit jedem Anwendungsgebiet anpassen kann, als auch effiziente Einzellösungen für eine gesteigerte Kühleffizienz von elektrischen Maschinen vorsieht.Using the methods described to conduct the heat from the rotor and / or machine parts, such as the bearings 22 Keep away in conjunction with efficient cooling of the stator 26 is an engine concept created that is on the one hand modulatable and thus can adapt to any field of application, as well as provides efficient individual solutions for increased cooling efficiency of electrical machines.

Claims

Electric machine ( 28 ) with a housing ( 42 ) in which a stator ( 26 ) is arranged, a winding system in grooves of the laminated core of the stator ( 26 ) is arranged and on the front sides of the laminated core winding heads ( 27 ), a rotor ( 1 ), whose laminated core ( 2 ) rotatably on a shaft ( 7 ) arranged in at least two warehouses ( 22 ) in bearing flanges ( 29 ) on the front sides of the housing ( 42 ) of the electric machine ( 28 ), wherein the shaft ( 7 ) outside the area that is connected to the laminated core ( 2 ) of the rotor ( 1 ) is rotatably connected, at least two axially successively arranged sections ( 8th . 9 ) between the camps ( 22 ) having.

Electric machine ( 28 ) according to claim 1, characterized in that the stator ( 26 ) Means for cooling ( 25 . 49 ) has its laminated core and arranged in the grooves winding system.

Electric machine ( 28 ) according to claim 2, characterized in that the means for cooling ( 25 . 49 ) are formed in the laminated core and / or in the groove as axially extending heat pipes or thermosiphons, the capacitor on the front side of the laminated core of the stator ( 26 ) is arranged.

Electric machine ( 28 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 42 ) with substantially axially extending housing ribs ( 50 ) is provided.

Electric machine ( 28 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 42 ) a cooling jacket ( 25 ) having.

Electric machine ( 28 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the winding heads ( 27 ) are surrounded with thermal paste and with a comparatively thermally low heat projection to the housing ( 42 ) are coupled.

Electric machine ( 28 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one winding head ( 27 ) with hoses ( 46 ) is provided.

Electric machine ( 28 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the winding heads ( 27 ) are surrounded by flexible heat pipes.

Electric machine ( 28 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the winding heads ( 27 ) have radially and / or axially extending cooling channels and thus a surface cooling and an internal cooling of the winding heads ( 27 ) takes place.

Electric machine ( 28 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the shaft ( 7 ) is hollow over a predetermined axial length of this section.

Electric machine ( 28 ) according to claim 10, characterized in that an air duct through the bearing flange ( 29 ) is feasible in this section.

Electric machine ( 28 ) according to claim 11, characterized in that the air duct ( 35 ) compared to other components of the electrical machine ( 28 ) sealed in particular by a labyrinth seal ( 37 ).

Electric machine ( 28 ) according to claim 10, characterized in that in this section ( 6 ) a heat pipe or thermosiphon is used.

Electric machine ( 28 ) according to claim 13, characterized in that a recooling of the cooling medium ( 16 ) of the heat pipe or the thermosiphon via a capacitor ( 18 ), which is on the side remote from the output side is orders.

Electric machine ( 28 ) according to claim 11, characterized in that both the air inlet and the air outlet into or out of the section ( 6 ) the air flow over the winding head ( 27 ) is guided.

Electric machine ( 28 ) according to claim 13, characterized in that there are connection possibilities for a pump, to this section ( 6 ) to be provided with a negative pressure.

Electric machine ( 28 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the axially successively arranged sections ( 6 . 8th . 9 ) the wave ( 7 ) are thermally decoupled from each other.

Electric machine ( 28 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 7 ), or at least the sections of the shaft ( 7 ), in the area of bearings ( 22 ) or coated by an insert ( 39 ) from the wave ( 7 ) are decoupled.

Electric machine ( 28 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one bearing flange ( 29 ) is provided with cooling fins.

Method for producing an electrical machine ( 28 ) according to one of claims 1 to 19, characterized in that the individual components such as rotor ( 1 ) Wave ( 7 ), Stator ( 26 ), Bearing flanges ( 29 ) are provided with different cooling devices, so as to provide such a specific electric machine ( 28 ) to obtain.