DE102013020331A1 - Electric machine e.g. asynchronous motor for hybrid vehicles, has short-circuiting ring that is provided with coolant channel which is obliquely extended in radial direction of rotor - Google Patents
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- H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an electrical machine, in particular an asynchronous machine, according to the preamble of patent claim 1.
Im Rahmen der Entwicklung von modernen Fahrzeugen kommt es zunehmend zur Elektrifizierung von Antriebssträngen. Ein solcher Antriebsstrang umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Fahrzeug antreibbar ist. Eine solche elektrische Maschine, die zum Antreiben eines Fahrzeugs dient, wird üblicherweise auch als Traktionsmaschine oder als Traktions-Elektromaschine (TEM) bezeichnet. Die elektrische Maschine ist dabei beispielsweise als Asynchronmaschine ausgebildet.As part of the development of modern vehicles, it increasingly comes to the electrification of powertrains. Such a drive train comprises at least one electric machine, by means of which the vehicle is drivable. Such an electric machine used to drive a vehicle is commonly referred to as a traction machine or traction electric machine (TEM). The electric machine is designed, for example, as an asynchronous machine.
Ein solcher Antriebsstrang kommt beispielsweise bei einem Hybrid-Fahrzeug zum Einsatz. Hierbei umfasst der Antriebsstrang zudem eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Hybrid-Fahrzeug ebenfalls antreibbar ist. Darüber hinaus sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Elektrofahrzeuge bekannt, die mittels wenigstens einer elektrischen Maschine angetrieben werden. Hierbei ist keine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens vorgesehen. Eine Verbrennungskraftmaschine dient beispielsweise lediglich zum Antreiben eines Generators zum Bereitstellen von elektrischem Strom, nicht jedoch zum Antreiben des Fahrzeugs.Such a drive train is used, for example, in a hybrid vehicle. In this case, the drive train also includes an internal combustion engine, by means of which the hybrid vehicle is also drivable. In addition, electric vehicles are known from the general state of the art, which are driven by means of at least one electric machine. Here, no internal combustion engine is provided for driving the motor vehicle. An internal combustion engine, for example, serves only for driving a generator for supplying electric power, but not for driving the vehicle.
Zur Realisierung einer hohen Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine ist deren hinreichende Kühlung mittels eines Kühlmittels besonders wichtig. Durch eine hinreichende Kühlung kann ein hinreichender Dauerleistungsbetrieb der elektrischen Maschine dargestellt werden. Mit anderen Worten spielt die Kühlung der elektrischen Maschine eine wichtige Rolle, um zu realisieren, dass die elektrische Maschine hohe Leistungen und Drehmomente auch über eine lange Zeitdauer bereitstellen kann.To realize a high efficiency of the electric machine, its adequate cooling by means of a coolant is particularly important. By sufficient cooling, a sufficient continuous power operation of the electrical machine can be represented. In other words, the cooling of the electric machine plays an important role in realizing that the electric machine can provide high powers and torques even over a long period of time.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, eine verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine, insbesondere ihrer Wickelköpfe, zu realisieren.Object of the present invention is to further develop an electric machine, in particular an asynchronous machine of the type mentioned above, to realize improved cooling of the electric machine, in particular their winding heads.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an electric machine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine elektrische Maschine der im Oberbegriff des Patentspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine und insbesondere ihre Wickelköpfe realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Kanal im Kurzschlussring schräg zur radialen Richtung und somit schräg zur axialen Richtung des Rotors erstreckt. Durch diesen schrägen Verlauf des Kanals kann das Kühlmittel, wobei es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeit und insbesondere um ein Öl handelt, schräg durch den Kanal strömen und beispielsweise dem Stator der elektrischen Maschine nicht in streng radialer Richtung sondern in einer Richtung schräg dazu zugeführt werden. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, wenigstens einen Wickelkopf des Stators besonders vorteilhaft und insbesondere besonders großflächig mit dem Kühlmittel zu benetzen. Infolge dieser großflächigen Benetzung kann eine besonders hohe Wärmemenge von dem Stator und insbesondere von dem Wickelkopf abgeführt werden. Darüber hinaus kann die Gefahr, dass das Kühlmittel in den Luftspalt der elektrischen Maschine gelangt, besonders gering gehalten werden.In order to further develop an electric machine of the type specified in the preamble of patent claim 1 such that improved cooling of the electrical machine and in particular its winding heads can be realized, it is provided according to the invention that the channel in the short-circuit ring obliquely to the radial direction and thus obliquely to the axial direction of the rotor extends. By this oblique course of the channel, the coolant, which is in particular a cooling fluid and in particular an oil, flow obliquely through the channel and, for example, the stator of the electric machine are not supplied in a strictly radial direction but in a direction obliquely. This makes it possible, for example, to wet at least one end winding of the stator particularly advantageous and in particular over a particularly large area with the coolant. As a result of this large-area wetting a particularly high amount of heat from the stator and in particular from the winding head can be dissipated. In addition, the risk that the coolant enters the air gap of the electric machine can be kept particularly low.
Durch dieses Kühlkonzept ist es insbesondere möglich, unter schwierigen geometrischen Bedingungen der elektrischen Maschine, beispielsweise bei kurzen Wickelköpfen und bei langem Kurzschlussring eine Kühlung der Wickelköpfe sicher zu stellen, da das Kühlmittel besonders vorteilhaft aus axialer Richtung dem Wickelkopf zugeführt werden kann. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Kühlung des Wickelkopfs sichergestellt werden. Infolge dieser verbesserten Kühlung kann eine hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine sichergestellt werden, so dass diese auch besonders hohe Leistungen über besonders lange Zeitspannen bereitstellen kann, ohne dass es zu einer Überhitzung der elektrischen Maschine kommt.This cooling concept makes it possible, in particular, to ensure cooling of the winding heads under difficult geometric conditions of the electric machine, for example in the case of short winding heads and with a long short-circuit ring, since the coolant can be fed to the winding head particularly advantageously from the axial direction. In this way, a particularly advantageous cooling of the winding head can be ensured. As a result of this improved cooling, a high efficiency of the electric machine can be ensured so that it can also provide very high power over particularly long periods of time, without causing overheating of the electric machine.
Darüber hinaus handelt es sich bei der Kühlung bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine um ein offenen System, wo durch eine sichere Zuführung des Kühlmittels an den Wickelkopf sowie eine besonders großflächige Benetzung des Wickelkopfes realisierbar ist.In addition, the cooling in the electric machine according to the invention is an open system where it is possible to realize a reliable supply of the coolant to the winding head and a particularly large-area wetting of the winding head.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Kanal bezogen auf die radiale Richtung und die axiale Richtung des Rotors jeweils von innen nach außen erstreckt. In an advantageous embodiment of the invention, the channel extends with respect to the radial direction and the axial direction of the rotor extends from the inside to the outside.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet der Kanal an die Umgebung des Kurzschlussrings über eine Öffnung, die in einer senkrecht zur axialen Richtung des Rotors verlaufenden Stirnfläche des Kurschlussrings angeordnet ist.In an advantageous embodiment of the invention, the channel opens to the environment of the short-circuit ring via an opening which is arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the rotor end face of the Kurschlussrings.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotor eine Rotorwelle, die einen sich zumindest über einen Längenbereich der Rotorwelle in axialer Richtung dieser erstreckenden und von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Kanal sowie in ihrer den zweiten Kanal begrenzenden Mantelfläche wenigstens eine Austrittsöffnung für das Kühlmittel aufweist.In an advantageous embodiment of the invention, the rotor comprises a rotor shaft which has at least one outlet opening for the coolant over at least a length region of the rotor shaft in the axial direction of this extending and through the coolant through the second channel and in the second channel defining lateral surface.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet der erste Kanal des Kurzschlussrings an die Umgebung des Kurzschlussrings über eine Öffnung, die in einer innenumfangsseitigen Mantelfläche des Kurzschlussrings angeordnet ist, wobei die Mantelfläche der Rotorwelle in radialer Richtung nach außen hin durch die innenumfangsseitige Mantelfläche des Kurzschlussrings zumindest teilweise überdeckt ist.In an advantageous embodiment of the invention, the first channel of the short-circuit ring opens to the environment of the short-circuit ring via an opening which is arranged in an inner peripheral side shell surface of the shorting ring, wherein the lateral surface of the rotor shaft in the radial direction outwardly at least partially covered by the inner peripheral side shell surface of the shorting ring is.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die elektrische Maschine
Bei einer dieser Komponenten handelt es sich um einen im Ganzen mit
Die elektrische Maschine
Der Rotor
Ferner umfasst das Rotorelement
Aus
Der erste Kanal
Die Rotorwelle
Aus
Da die Austrittsöffnungen
Wie aus
Die Austrittsöffnungen
Wie durch die Richtungspfeile
Die elektrische Maschine
Die jeweilige, in radialer Richtung äußere Öffnung des jeweiligen Kanals
Aus
Um nun eine weiter verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine
Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, in wenigstens einem der Wickelköpfe
Wie bereits angedeutet, kann der jeweilige Kanal
Dem genannten Kühlkonzept mit den schräg verlaufenden Kanälen
Durch die schräg verlaufenden Kanäle
Ein positiver Nebeneffekt ist, dass bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine
Vorzugsweise weisen die Kanäle
Aus
Besonders gut aus
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- elektrische Maschineelectric machine
- 1212
- Gehäusecasing
- 1414
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 1616
- Statorstator
- 1818
- Wickelkopfwinding
- 2020
- Wickelkopfwinding
- 2222
- Wicklungenwindings
- 2424
- Rotorrotor
- 2626
- Rotorwellerotor shaft
- 2828
- Rotorelementrotor member
- 3030
- Blechpaketlaminated core
- 3232
- KurzschlussringShorting ring
- 3434
- KurzschlussringShorting ring
- 3636
- erster Kanalfirst channel
- 3838
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 4040
- Stirnseitefront
- 4242
- Richtungspfeilarrow
- 4444
- Mantelflächelateral surface
- 4646
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 4747
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 4848
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 4949
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 5050
- Richtungspfeilarrow
- 5252
- erste Seitefirst page
- 5454
- zweite Seitesecond page
- 5656
- Kanalchannel
- 5858
- Kanalchannel
- 6060
- Kanalchannel
- 6262
- Kanalchannel
- 64 64
- Öffnungopening
- 6666
- Stirnflächeface
- 6868
- Öffnungopening
- 7070
- innenumfangsseitige MantelflächeInner peripheral side surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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