DE102012204782A1

DE102012204782A1 - Rotoranordnung mit kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102012204782A1
Application number: DE102012204782A
Authority: DE
Inventors: Steven Lee Hayslett; Peter Bostwick; Edward L. Kaiser
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-10-04
Also published as: US20120248906A1; CN102738937A; US8674574B2; CN102738937B

Abstract

Es wird eine Rotoranordnung mit einer Kühlvorrichtung mit ersten und zweiten Kanälen bereitgestellt. Die Rotoranordnung umfasst eine Welle mit einem hohlen Abschnitt und einen Rotorkern, der mindestens ein Rotorpaket aufweist, das zumindest teilweise um die Welle herum positioniert ist. Der Rotorkern weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das Rotorpaket bildet einen Innenhohlraum, der nur teilweise mit einem Permanentmagnet gefüllt ist, so dass ein Spalt im Rotorpaket definiert wird. Der erste Kanal ist ausgestaltet, um eine Fluidströmung in eine allgemein radiale Richtung vom hohlen Abschnitt der Welle aus zu lenken. Der zweite Kanahohlraum des Rotorpakets definiert und ist ausgestaltet, um die Fluidströmung von dem ersten Kanal aus zu dem ersten und/oder zweiten Ende des Rotorkerns zu lenken.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Rotoranordnung einer elektrischen Maschine und insbesondere eine Rotoranordnung mit einer Kühlvorrichtung.
HINTERGRUND
Ein Elektromotor/Generator enthält allgemein eine Rotoranordnung, die mehrere Magnete mit abwechselnder Polarität um den äußeren Umfang des Rotors herum aufweist. Der Rotor ist innerhalb eines Stators drehbar, welcher allgemein mehrere Wicklungen und Magnetpole mit abwechselnder Polarität enthält. In einem Generatormodus veranlasst die Drehung des Rotors, dass die Permanentmagnete an den Statorpolen und Spulen vorbeilaufen und dadurch einen elektrischen Stromfluss in jeder der Spulen induzieren. Wenn andererseits ein elektrischer Strom durch die Statorspulen geleitet wird, werden die erregten Spulen veranlassen, dass sich der Rotor dreht und folglich wird sich der Generator wie ein Motor verhalten. Wie es bei jeder Energieumsetzungsvorrichtung der Fall ist, weisen die Motoren/Generatoren einen Wirkungsgrad von weniger als 100 Prozent auf und geben einen Teil der Energie als Wärme ab. Ein effizientes Entfernen dieser überflüssigen Wärme ist wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird eine Rotoranordnung mit einer Kühlvorrichtung, die erste und zweite Kanäle aufweist, bereitgestellt. Die Rotoranordnung umfasst eine Welle mit einem hohlen Abschnitt und einen Rotorkern mit mindestens einem Rotorpaket, das zumindest teilweise um die Welle herum positioniert ist. Der Rotorkern weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das Rotorpaket bildet einen Innenhohlraum, der nur teilweise mit einem Permanentmagnet gefüllt ist, um einen Spalt im Rotorpaket zu definieren. Ein erster Kanal ist ausgestaltet, um eine Fluidströmung von dem hohlen Abschnitt der Welle aus in eine allgemein radiale Richtung zu lenken. Ein zweiter Kanal ist zumindest teilweise durch den Spalt im Innenhohlraum des Rotorpakets definiert und ist ausgestaltet, um die Fluidströmung von dem ersten Kanal aus zu dem ersten und/oder zweiten Ende des Rotorkerns zu lenken. Die ersten und zweiten Kanäle dienen zum Kühlen der Magnete auf eine niedrigere Betriebstemperatur.
Bei einer Ausführungsform ist ein erster Endring am ersten Ende des Rotorkerns wirksam verbunden. Der erste Endring ist vom Rotorkern so beabstandet, dass er einen sich radial und axial erstreckenden Spalt definiert, welcher hier als Kluft bezeichnet wird. In der Welle ist eine Nabenöffnung geschaffen und ausgestaltet, um die Fluidströmung von der Fluidzufuhr durch die Nabenöffnung hindurch in die Kluft hinein zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Kanal durch die Fluidströmung durch die Kluft hindurch über die Nabenöffnung definiert. Der erste Kanal kreuzt den zweiten Kanal in der Kluft.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist ein zusätzliches Rotorpaket von dem mindestens einen Rotorpaket in axialer Richtung durch einen definierten Zwischenraum beabstandet. Eine Scheibe ist zumindest teilweise um die Welle herum und zwischen den zwei Rotorpaketen positioniert. Die Scheibe enthält voneinander beabstandete erste und zweite Finger, die dazwischen einen Scheibenspalt definieren. Eine Nabenöffnung ist in der Nabe ausgebildet und so ausgestaltet, dass sie sich mit dem Scheibenspalt zumindest teilweise derart überschneidet, dass die Fluidströmung von der Fluidzufuhr über die Nabenöffnung in den Scheibenspalt eintritt. Der erste Kanal ist durch die Fluidströmung von der Fluidzufuhr über die Nabenöffnung in den Scheibenspalt hinein definiert. Der erste Kanal kreuzt den zweiten Kanal im Scheibenspalt. Der zweite Kanal enthält eine erste Fluidströmung und eine zweite Fluidströmung, die relativ zu der ersten Fluidströmung in eine entgegengesetzte Richtung orientiert ist.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine fragmentarische schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Elektromotors/Generators mit einer Rotoranordnung;
2 ist eine schematische Explosionsansicht der Rotoranordnung von 1;
3 ist eine fragmentarische schematische Querschnittsansicht der Rotoranordnung von 1 entlang einer Achse 3-3, die ebenfalls in 1 gezeigt ist;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Rotoranordnung;
5 ist eine fragmentarische schematische Endansicht der Rotoranordnung von 4; und
6 ist eine fragmentarische schematische Querschnittsansicht der Rotoranordnung von 4–5 entlang einer Achse 6-6, die in 5 gezeigt ist.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, zeigt 1 einen Abschnitt eines Elektromotors/Generators 12 mit einer Rotoranordnung 10. Die Rotoranordnung 10 ist innerhalb eines allgemein kreisringförmigen Stators 14, der mehrere Wicklungen 16 aufweist, drehbar. 2 ist eine schematische Explosionsansicht der Rotoranordnung 10. 3 ist eine fragmentarische schematische Querschnittsansicht der Rotoranordnung 10. Mit Bezug auf 1–2 umfasst die Rotoranordnung 10 eine Welle 18 mit einem hohlen Abschnitt 20. Die Welle 18 ist der Länge nach angeordnet und um eine Mittelachse 22 (in 2–3 gezeigt) drehbar. Ein Rotorkern 24 ist zumindest teilweise um die Welle 18 herum positioniert. Wie in 2–3 dargestellt ist, enthält der Rotorkern 24 mehrere Rotorpakete 26. Der Rotorkern 24 weist ein erstes Ende 28 und ein zweites Ende 30 auf. Wie in 2 dargestellt ist, ist ein allgemein kreisringförmiger erster Endring 32 mit dem ersten Ende 28 des Rotorkerns 24 wirksam verbunden. Ein allgemein kreisringförmiger zweiter Endring 34 ist mit dem zweiten Ende 30 des Rotorkerns 24 wirksam verbunden. Lager 36 können verwendet werden, um die Rotoranordnung 10 abzustützen.
Eine Fluidquelle, die hier als Fluidzufuhr 40 bezeichnet wird, ist innerhalb des hohlen Abschnitts 20 der Welle 18 positioniert, um ein Kühlfluid zum Kühlen der Rotoranordnung 10 und des Elektromotors/Generators 12 zuzuführen. Das Kühlfluid kann ein Öl oder ein beliebiges anderes geeignetes Fluid sein. Die Fluidzufuhr 40 kann ein Ölbohrloch, eine Vorrichtung mit einer Sprühdüse zum Sprühen von Öl oder eine beliebige geeignete Vorrichtung sein. Wenn die Rotoranordnung 10 in einem Fahrzeug verwendet wird, kann das Kühlfluid ein Öl sein, das von einem Zahnradsatz, einer Kupplung oder einer anderen internen Komponente des Fahrzeuggetriebes (nicht gezeigt) kommt. In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung kann mehr als eine Fluidzufuhr 40 verwendet werden, wie in 3 gezeigt ist.
Die Rotoranordnung 10 enthält eine Kühlvorrichtung, die aus einem ersten Kanal 46 und einem zweiten Kanal 48, der mit dem ersten Kanal 46 in Fluidverbindung steht, besteht. Mit Bezug auf 3 ist der erste Endring 32 vom Rotorkern 24 so beabstandet, dass er einen sich zwischen dem ersten Endring 32 und dem Rotorkern 24 radial und axial erstreckenden Spalt definiert, der hier als eine Kluft 50 bezeichnet wird. Mit Bezug auf 2–3 ist mindestens eine Nabenöffnung 52 in der Welle 18 ausgebildet und ausgestaltet, um die Fluidströmung 44 von der Fluidzufuhr 40 durch die Nabenöffnung 52 hindurch in die Kluft 50 hinein zu ermöglichen.
Der erste Kanal 46 ist durch die Fluidströmung 44 über die Nabenöffnung 52 durch die Kluft 50 hindurch definiert. Somit ist der erste Kanal 46 ausgestaltet, um die Fluidströmung 44 vom hohlen Abschnitt 20 der Welle 18 aus in eine allgemein radiale Richtung zu dem ersten Ende 28 des Rotorkerns 24 zu lenken. Optional können erste und zweite Wände 54, 56 ausgebildet sein, die sich von der Welle 18 weg erstrecken. Die ersten und zweiten Wände 54, 56 ermöglichen, dass das Kühlfluid zwischen den Wänden 54, 56 zusammenläuft oder sich dort sammelt. Die ersten und zweiten Wände 54, 56 sind an beiden Seiten der Nabenöffnung 52 positioniert und ausgestaltet, um die Fluidströmung 44 in die Nabenöffnung 52 hinein zu lenken. Die Wände 54, 56 können unterschiedliche axiale Wandstärken aufweisen, wie in 3 gezeigt ist. Die Wände 54, 56 können auch unterschiedliche radiale Dicken aufweisen. Eine Strömungsrate bzw. ein Durchfluss durch die Nabenöffnung 52 wird aus Strömungsgleichungen auf der Grundlage des Durchmessers der Nabenöffnung 52, des Fluiddrucks und der axialen Anordnung der Wände 54, 56 bestimmt, wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht. Eine präzise Steuerung dieser Strömungsrate ermöglicht eine Optimierung der Rotorkühlung im Vergleich zum Systemwirkungsgrad (d. h. Kühlungsanforderungen gegenüber der zum Liefern des Kühlfluids aufgewendeten Energie und Drehverlusten).
Das Rotorpaket 26 des Rotorkerns 24 enthält mindestens einen Innenhohlraum, der einen Spalt oder einen Pfad für das Strömen des Kühlfluids definiert. Beispielsweise zeigt die Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, erste und zweite Innenhohlräume 60, 62, die teilweise mit Magneten 64 gefüllt sind und Spalte 66 definieren. Die in 1 gezeigte Ausführungsform enthält einen zweiten Satz von Innenhohlräumen 64, 70, die teilweise mit Magneten 72 gefüllt sind und Spalte 74 definieren, und einen fünften Innenhohlraum 78, der keinen Magnet enthält. Die Anzahl der Innenhohlräume, Magnete und deren Konfiguration kann vom Fachmann auf der Grundlage der gewünschten Leistung der elektrischen Maschine gewählt werden. Die Innenhohlräume 60, 62, 68, 70 und die Magnete 64, 72 in diesen können verschiedene Formen und Größen aufweisen. Optional können die Innenhohlräume 60, 62, 68, 70 mit Bezug auf eine Achse 76 symmetrisch sein.
Der zweite Kanal 48 ist durch die Fluidströmung 44 in den Spalten 66, 74 der Innenhohlräume 60, 62, 68, 70 des Rotorkerns 24 definiert. Mit Bezug auf 3 enthält der zweite Kanal 48 eine erste Strömung 42 durch den Spalt 74 und eine zweite Strömung 43 durch den Spalt 66. Der erste Kanal 46 kreuzt den zweiten Kanal 48 in der Kluft 50. Der zweite Kanal 48 ist ausgestaltet, um die Fluidströmung 44 vom ersten Ende 28 des Rotorkerns 24 zum zweiten Ende 30 des Rotorkerns 24 zu lenken. Mit Bezug auf 3 kann optional ein Rippenabschnitt 80 an einem Abschnitt des ersten Endrings 32 radial außerhalb der Welle 18 ausgebildet sein. Der Rippenabschnitt 80 verstärkt den ersten Endring 32 und/oder erleichtert das Strömen.
Zusammengefasst wandert in der Rotoranordnung 10 die Fluidströmung 44 von der Zufuhr 40 aus zuerst durch den ersten Kanal 46 hindurch, der durch die Nabenöffnung 52 und die Kluft 50 definiert ist. Dann wandert die Fluidströmung 44 durch den zweiten Kanal 48, der eine erste Strömung 42 durch den Spalt 74 und eine zweite Strömung 43 durch den Spalt 66 in den Innenhohlräumen 60, 62, 68, 70 des Rotorpakets 26 umfasst. Die Magnete 64, 72 werden jeweils durch die Fluidströmung 44 in den Spalten 66, 74 gekühlt. Die Fluidströmung 44 erreicht dann den zweiten Endring 34. Mit anderen Worten wandert die Fluidströmung 44 von der Zufuhr 40 zum ersten Ende 28 des Rotorkerns 24 und dann zum zweiten Ende 30 des Rotorkerns 24.
Mit Bezug auf 2–3 kann der zweite Endring 34 der Rotoranordnung mit mehreren ausgeschnittenen Abschnitten 82 ausgebildet sein, die umlaufend an einem Umfang des zweiten Endrings 34 verteilt sind. Wie in
3 gezeigt ist, richten sich die ausgeschnittenen Abschnitte 82 zumindest teilweise auf den zweiten Kanal 48 aus, um zu ermöglichen, dass die Fluidströmung 44 aus dem zweiten Kanal 48 den zweiten Kanal 48 über die ausgeschnittenen Abschnitte 82 verlässt. Alternativ kann ein zweiter Endring 34 mit einem reduzierten Außendurchmesser 83 (in 2 gestrichelt gezeigt) verwendet werden, um zu ermöglichen, dass die Fluidströmung 44 aus dem zweiten Kanal 48 in eine Region austritt, die radial außerhalb des Außendurchmessers 183 liegt. Mit anderen Worten ist der Außendurchmesser 83 so gewählt, dass er klein genug ist, um zumindest einen Abschnitt der Spalte 66, 74 freizulegen und das Entweichen des Kühlfluids zu ermöglichen.
Mit Bezug auf 1 und 3 enthält die Rotoranordnung 10 optional eine innerhalb der Welle 18 konzentrische Innenwelle 84. In diesem Fall überträgt die Welle 18 ein Drehmoment an den Zahnradsatz (nicht gezeigt), an dem sie befestigt ist. Die Innenwelle 84 kann an den Lagern 36 angebracht sein. Zwischen der Welle 18 und der Innenwelle 84 erstrecken sich Speichen 86 radial und definieren jeweilige Nuten 88 zwischen jedem Paar von Speichen 86.
Mit Bezug auf 3 verläuft ein erster sekundärer Fluidpfad 90 von der Fluidzufuhr 40 nach außerhalb des ersten Endrings 32 über jeweilige Löcher 92, 94 in der Welle 18 bzw. dem ersten Endring 32. Mit Bezug auf 3 verläuft ein zweiter sekundärer Fluidpfad 96 von der Fluidzufuhr 40 nach außerhalb des zweiten Endrings 34 über ein offenes Ende 98 der Anordnung 10. Das Kühlfluid in den ersten und zweiten sekundären Fluidpfaden 90, 96 kann radial nach außen auf einen Innendurchmesser der Statorwicklungen 16 (in 1 gezeigt) geschleudert werden, wodurch die Statorwicklungen 16 gekühlt werden.
Eine alternative Ausführungsform einer Rotoranordnung 110 ist in 4–6 gezeigt. Mit Bezug auf 4 und 6 umfasst die Rotoranordnung 110 eine Welle 118 mit einem hohlen Abschnitt 120. Die Welle 118 ist der Länge nach angeordnet und um eine Mittelachse 122 herum drehbar. Mit Bezug auf 6 ist ein Rotorkern 124 zumindest teilweise um die Welle 118 herum positioniert und enthält mehrere Rotorpakete 126. Der Rotorkern 124 weist ein erstes Ende 128 und ein zweites Ende 130 auf. Wie in 6 dargestellt ist, ist ein erster Endring 132 mit dem ersten Ende 128 des Rotorkerns 124 wirksam verbunden. Ein zweiter Endring 134 ist mit dem zweiten Ende 130 des Rotorkerns wirksam verbunden. 5 ist eine Endansicht der Rotoranordnung 110, die auf einen Abschnitt des ersten Endrings 132 und der Welle 118 blickt. Der erste Endring 132 weist eine allgemein kreisförmige Form auf. Die Mittelachse 122 erstreckt sich durch den Mittelpunkt 131 des ersten Endrings 132 aus dem Blatt bzw. der Seite heraus. Außerdem sind in 5 Hohlräume 160, 162, die mit Magneten 164 bzw. 172 teilweise gefüllt sind, im Rotorpaket 126 gezeigt, die Spalte 166 bzw. 174 definieren. Die Rotoranordnung 110 kann mehrere Hohlräume enthalten, die teilweise nicht gefüllt sind, ähnlich wie bei derjenigen, die in 1 gezeigt ist. Eine beliebige geeignete Ausgestaltung von Hohlräumen und Magneten kann verwendet werden.
Mit Bezug auf 6 enthält der Rotorkern 124 einen ersten Kernabschnitt 135, der von einem zweiten Kernabschnitt 137 durch einen definierten Zwischenraum in axialer Richtung getrennt ist, um zu ermöglichen, dass eine Scheibe 139 zwischen dem ersten und zweiten Kernabschnitt 135, 137 platziert wird. Die Scheibe 139 besteht aus einem nicht magnetischen Material. Beispielsweise kann die Scheibe 139 aus Edelstahl, aus einem Polymer, aus einem Glasfaserverbund oder aus anderen geeigneten Materialien bestehen. Optional kann die Scheibe 139 aus einem Material bestehen, das ein schlechter oder geringer Elektrizitätsleiter ist, um Wirbelstromverluste zu minimieren. Bei einem Beispiel weist die Scheibe 139 eine axiale Wandstärke von etwa 1 mm auf. Mit Bezug auf 4 enthält die Scheibe 139 mehrere voneinander beabstandete Finger 141, die einen Scheibenspalt 143 zwischen jedem Paar von Fingern 141 definieren. Jeder der Kernabschnitte 135, 137 weist jeweils mindestens ein Rotorpaket 126 auf. In 6 sind mehrere Rotorpakete 126 gezeigt. Optional können, wie in 6 gezeigt ist, die Rotorpakete 126 relativ zueinander abgeschrägt sein.
Mit Bezug auf 4 und 6 ist eine Fluidzufuhr 140 innerhalb des hohlen Abschnitts 120 platziert. In Abhängigkeit von der Anwendung kann mehr als eine Fluidzufuhr 140 verwendet werden. Eine Fluidströmung 144 wandert von der Fluidzufuhr 140 durch einen ersten Kanal 146, der ausgestaltet ist, um die Fluidströmung 144 in eine allgemein radiale Richtung vom hohlen Abschnitt 120 der Welle 118 aus zu lenken. In der Welle 118 ist mindestens eine Nabenöffnung 145 ausgebildet und so ausgestaltet, dass sie sich zumindest teilweise mit dem Scheibenspalt 143 überschneidet, so dass die Fluidströmung 144 von der Fluidzufuhr 140 über die Nabenöffnung 145 in den Scheibenspalt 143 eintritt.
Mit Bezug auf 5–6 ist ein erster Kanal 146 durch die Fluidströmung 144 von der Fluidzufuhr 140 aus über die Nabenöffnung 145 in den Scheibenspalt 143 hinein definiert. Mit Bezug auf 6 ist ein zweiter Kanal 148 ausgestaltet, um die Fluidströmung 144 von dem ersten Kanal 146 aus zu sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ende 128, 130 des Rotorkerns 124 zu lenken. Der erste Kanal 146 kreuzt den zweiten Kanal 148 im Scheibenspalt 143. Im Scheibenspalt 143 teilt sich die Fluidströmung 144 in eine erste Fluidströmung 147 zu dem ersten Ende 128 des Rotorkerns und eine zweite Fluidströmung 149 zu dem zweiten Ende 130 des Rotorkerns 124 auf. Wie in 6 gezeigt ist, ist die zweite Fluidströmung 149 in eine Richtung orientiert, die relativ zu der ersten Fluidströmung 147 entgegengesetzt ist. Die erste und zweite Fluidströmung 147, 149 strömen in den Spalten 166 und 174 in den Innenhohlräumen 160, 162 des Rotorpakets 126. Die Magnete 164, 172 werden durch die Fluidströmung 144 gekühlt. Optional können die Magnete 164, 172 links oder rechts von den Hohlräumen 160 bzw. 162 ausgerichtet sein. Optional können die Magnete 164, 172 in der Mitte der Hohlräume 160 bzw. 162 positioniert sein, um zu ermöglichen, dass die Fluidströmung 144 entlang aller Seiten der Magnete 164, 172 strömt. Mit Bezug auf 6 kann ein Abschnitt 151 der Fluidströmung 144 im zweiten Kanal 148 in eine allgemein radiale Richtung zwischen benachbarten Rotorpaketen 126 strömen. Wie vorstehend erwähnt wurde, können die Rotorpakete 126 optional relativ zueinander abgeschrägt sein, was zu dem in 6 gezeigten Stufenmuster führt. Auch wenn die Rotorpakete 126 relativ zueinander nicht abgeschrägt sind, kann es eine radiale Komponente der Fluidströmung 144 aufgrund dessen geben, dass das Kühlfluid gegen den axial äußersten Abschnitt der Spalte 166 und 174 geschleudert wird, wenn sich die Rotoranordnung 110 dreht.
Optional können die ersten und zweiten Wände 154, 156 so ausgebildet sein, dass sie sich von der Welle 118 weg erstrecken. Die ersten und zweiten Wände 154, 156 ermöglichen, dass das Kühlfluid zusammenläuft oder sich zwischen den Wänden 154, 156 ansammelt. Die ersten und zweiten Wände 154, 156 sind an beiden Seiten der Nabenöffnung 145 positioniert und ausgestaltet, um die Fluidströmung 144 in die Nabenöffnung 145 hineinzulenken. Die Wände 154, 156 können unterschiedliche axiale und/oder radiale Dicken aufweisen. Eine Strömungsrate durch die Nabenöffnung 145 hindurch wird aus Strömungsgleichungen auf der Grundlage des Durchmessers der Nabenöffnung 145, des Fluiddrucks und der axialen Anordnung der Wände 154, 156 ermittelt, wie der Fachmann auf dem Gebiet gut versteht. Die präzise Steuerung dieser Strömungsrate ermöglicht die Optimierung der Rotorkühlung im Vergleich zu dem Systemwirkungsgrad (d. h. Kühlanforderungen gegenüber der zum Liefern des Kühlfluids aufgewendeten Energie und Drehverlusten).
Mit Bezug auf 5–6 können der erste und zweite Endring 132, 134 mehrere Kerben 182 enthalten, die an einem Umfang der jeweiligen ersten und zweiten Endringe 132, 134 umlaufend verteilt sind. Die mehreren Kerben 182 sind zumindest teilweise auf den zweiten Kanal 148 derart ausgerichtet, dass die Fluidströmung 144 den zweiten Kanal 148 über die mehreren Kerben 182 in dem ersten und zweiten Endring 132, 134 verlässt. Alternativ können die ersten und/oder zweiten Endringe 132, 134 mit einem reduzierten Außendurchmesser 183 gewählt sein (in 5 gestrichelt gezeigt), um zu ermöglichen, dass die Fluidströmung 144 von dem zweiten Kanal 148 aus in eine Region radial außerhalb des Außendurchmessers 183 austritt. Mit anderen Worten ist der Außendurchmesser 183 klein genug gewählt, um zumindest einen Abschnitt der Spalte 166, 174 freizulegen und zu ermöglichen, dass das Kühlfluid entweicht.
Mit Bezug auf 6 verläuft ein erster sekundärer Fluidpfad 190 von der Fluidzufuhr 140 aus über ein Loch 192 (ebenfalls in 6 gezeigt) in der Welle 118 nach außerhalb des ersten Endrings 132. Ein zweiter sekundärer Fluidpfad 196 verläuft von der Fluidzufuhr 140 über ein offenes Ende 198 der Anordnung 110 nach außerhalb des zweiten Endrings 134. Das Kühlfluid in dem ersten und zweiten sekundären Fluidpfad 190, 196 kann radial nach außen auf einen Innendurchmesser der Statorwicklungen 16 (in 1 gezeigt) geschleudert werden, wodurch die Statorwicklungen 16 gekühlt werden.
Zusammengefasst wandert bei einer Ausführungsform (der in 1–3 gezeigten Rotoranordnung 10) die Fluidströmung 44 von der Fluidzufuhr 40 zu dem ersten Ende 28 des Rotorkerns 24 und dann zum zweiten Ende 30 des Rotorkerns 24. Bei einer alternativen Ausführungsform (der in 4–6 gezeigten Rotoranordnung 110) wandert die Fluidströmung 144 von einer Fluidzufuhr 140 in einen Scheibenspalt 143, der erzeugt wird, indem eine Scheibe 139 zwischen erste und zweite Kernabschnitte 135, 137 des Rotorkerns 124 platziert wird. Die Fluidströmung 144 teilt sich in zwei Pfade auf, eine allgemein axiale erste Strömung 147 zu dem ersten Ende 128 des Rotorkerns 124 und eine entgegengesetzte allgemein axiale zweite Strömung 149 zu dem zweiten Ende 130 des Rotorkerns 124.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Rotoranordnung, umfassend: eine Welle mit einem hohlen Abschnitt; einen Rotorkern mit mindestens einem Rotorpaket, das zumindest teilweise um die Welle herum positioniert ist, wobei der Rotorkern ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; wobei das Rotorpaket einen ersten Innenhohlraum bildet und der erste Innenhohlraum nur teilweise gefüllt ist, um einen Spalt im ersten Innenhohlraum zu definieren; einen Kühlmechanismus mit: einem ersten Kanal, der ausgestaltet ist, um eine Fluidströmung von dem hohlen Abschnitt der Welle aus in eine allgemein radiale Richtung zu lenken; einem zweiten Kanal in Fluidverbindung mit dem ersten Kanal, der zumindest teilweise durch den Spalt im ersten Innenhohlraum definiert ist; und wobei der zweite Kanal ausgestaltet ist, um die Fluidströmung vom ersten Kanal aus zu dem ersten und/oder zweiten Ende des Rotorkerns zu lenken.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Endring, der mit dem ersten Ende des Rotorkerns wirksam verbunden ist, wobei der erste Endring vom Rotorkern beabstandet ist, um dazwischen eine Kluft zu definieren; eine Nabenöffnung, die in der Welle ausgebildet ist und ausgestaltet ist, um die Fluidströmung von einer Fluidzufuhr aus durch die Nabenöffnung in die Kluft hinein zu ermöglichen; und wobei der erste Kanal durch die Fluidströmung über die Nabenöffnung durch die Kluft hindurch definiert ist.
Anordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend: erste und zweite Wände, die sich von der Welle weg und um die Welle umlaufend herum erstrecken; und wobei die Nabenöffnung zwischen der ersten und zweiten Wand angeordnet ist und die erste und zweite Wand ausgestaltet sind, um die Fluidströmung in die Nabenöffnung hineinzulenken.
Anordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen zweiten Endring, der mit dem zweiten Ende des Rotorkerns wirksam verbunden ist; mehrere ausgeschnittene Abschnitte, die an einem Umfang des zweiten Endrings umlaufend verteilt sind; wobei sich die mehreren ausgeschnittenen Abschnitte zumindest teilweise mit dem zweiten Kanal überschneiden, um zu ermöglichen, dass die Fluidströmung den zweiten Kanal über die mehreren ausgeschnittenen Abschnitte verlässt.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein zweites Rotorpaket, das von dem mindestens einen Rotorpaket in eine axiale Richtung durch einen definierten Zwischenraum beabstandet ist; eine Scheibe, die zumindest teilweise um die Welle herum und zwischen den zwei Rotorpaketen positioniert ist, wobei die Scheibe voneinander beabstandete erste und zweite Finger enthält, die dazwischen einen Scheibenspalt definieren; eine Nabenöffnung, die in der Nabe ausgebildet ist und ausgestaltet ist, um sich zumindest teilweise mit dem Scheibenspalt derart zu überschneiden, dass die Fluidströmung von einer Fluidzufuhr aus über die Nabenöffnung in den Scheibenspalt eintritt; und wobei der erste Kanal durch die Fluidströmung von der Fluidzufuhr aus über die Nabenöffnung in den Scheibenspalt hinein definiert ist.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der zweite Kanal enthält: eine erste Fluidströmung; und eine zweite Fluidströmung, die relativ zu der ersten Fluidströmung in eine entgegengesetzte Richtung orientiert ist.
Anordnung nach Anspruch 5, ferner umfassend: einen ersten Endring, der mit dem ersten Ende des Rotorkerns wirksam verbunden ist; mehrere Kerben, die an einem Umfang des ersten Endrings umlaufend verteilt sind; wobei die mehreren Kerben zumindest teilweise auf den zweiten Kanal derart ausgerichtet sind, dass die Fluidströmung den zweiten Kanal über die mehreren Kerben im ersten Endring verlässt.
Anordnung nach Anspruch 5, ferner umfassend: einen zweiten Endring, der mit dem zweiten Ende des Rotorkerns wirksam verbunden ist, wobei der zweite Endring einen Außendurchmesser aufweist, der klein genug ist, um zu ermöglichen, dass die Fluidströmung von dem zweiten Kanal aus in eine Region entweicht, die radial außerhalb des Außendurchmessers des zweiten Endrings liegt.
Elektromotor, umfassend: einen Stator; einen Rotor, der innerhalb des Stators montiert ist, wobei der Rotor eine Welle mit einem hohlen Abschnitt enthält; einen Rotorkern mit mindestens einem Rotorpaket, das zumindest teilweise um die Welle herum positioniert ist, wobei der Rotorkern ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; eine Fluidzufuhr, die im hohlen Abschnitt der Welle positioniert ist; eine Kühlvorrichtung, die ausgestaltet ist, um eine Fluidströmung von der Fluidzufuhr aus zu dem ersten und/oder zweiten Ende des Rotorkerns zu ermöglichen; wobei die Kühlvorrichtung einen ersten Kanal umfasst, der mit einem zweiten Kanal in Fluidverbindung steht, wobei der erste Kanal die Fluidströmung in eine allgemein radiale Richtung ermöglicht und der zweite Kanal die Fluidströmung in eine allgemein axiale Richtung ermöglicht; mindestens einen Innenhohlraum, der im Rotorpaket ausgebildet ist; einen Permanentmagnet, der den Innenhohlraum nur teilweise so füllt, dass ein Spalt im Innenhohlraum des Rotorpakets definiert ist; wobei der zweite Kanal durch die Fluidströmung durch den Spalt in dem Innenhohlraum des Rotorpakets hindurch definiert ist; einen ersten Endring, der mit dem ersten Ende des Rotorkerns wirksam verbunden ist, wobei der erste Endring vom Rotorkern beabstandet ist, um dazwischen eine Kluft zu definieren; eine Nabenöffnung, die in der Welle ausgebildet ist und ausgestaltet ist, um die Fluidströmung von der Fluidzufuhr aus durch die Nabenöffnung hindurch in die Kluft hinein zu ermöglichen; und wobei der erste Kanal durch die Fluidströmung über die Nabenöffnung durch die Kluft hindurch definiert ist.
Verfahren zum Kühlen einer Rotoranordnung, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Welle mit einem hohlen Abschnitt bereitgestellt wird; ein Rotorkern zumindest teilweise um die Welle herum positioniert wird, wobei der Rotorkern ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; mindestens ein Innenhohlraum im Rotorkern ausgebildet wird; der Innenhohlraum mit einem Permanentmagnet teilweise gefüllt wird, um einen Spalt im Innenhohlraum zu definieren; und ein erster Kanal ausgebildet wird, um eine Fluidströmung in eine allgemein radiale Richtung von dem hohlen Abschnitt der Welle aus zu definieren; ein zweiter Kanal ausgebildet wird, der in Fluidverbindung mit dem ersten Kanal steht und zumindest teilweise durch den Spalt in dem mindestens einen Innenhohlraum definiert wird; wobei der zweite Kanal ausgestaltet ist, um die Fluidströmung von dem ersten Kanal zu dem ersten und/oder zweiten Ende des Rotorkerns zu lenken; eine Fluidzufuhr innerhalb des hohlen Abschnitts der Welle positioniert wird; und ein Kühlfluid durch den ersten und zweiten Kanal gelenkt wird, um den Rotor zu kühlen.