DE102013110350A1

DE102013110350A1 - Elektrische Maschine mit einer Pumpenflügelwelle

Info

Publication number: DE102013110350A1
Application number: DE102013110350.2A
Authority: DE
Inventors: Larry Kubes; Dale Glubrecht
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2014-04-03
Also published as: CN103715825A; US20140093398A1

Abstract

Eine elektrische Maschine weist ein elektrisches Maschinengehäuse mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem Inneren auf. Ein Stator ist in Bezug auf das elektrische Maschinengehäuse feststehend befestigt. Ein Pumpengehäuse ist entweder an dem ersten oder dem zweiten Ende bereitgestellt. Ein Rotor ist in Bezug auf den Stator drehbar getragen. Der Rotor weist eine Welle mit einem ersten Ende auf, welche sich durch einen ununterbrochenen Zwischenabschnitt mit einer Außenfläche bis zu einem zweiten Ende erstreckt. Entweder das erste oder das zweite Ende erstrecken sich in das Pumpengehäuse. Mindestens ein Flügelelement steht aus der Außenfläche vor und ist in dem Pumpengehäuse angeordnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen betreffen die Technik elektrischer Maschinen und insbesondere eine elektrische Maschine mit einer Pumpenflügelwelle.
Elektrische Maschinen weisen im Allgemeinen ein Gehäuse auf, welches einen Rotor und einen Stator umschließt. Der Rotor weist typischerweise eine Rotornabe auf. Die Rotornabe trägt mehrere Rotorwicklungen, welche, wenn ein Magnetfeld auf sie einwirkt, welches von dem Stator erzeugt wird, bewirken, dass sich der Rotor dreht. In manchen Fällen weist der Rotor Blechungen auf, welche Permanentmagnete tragen. Die Permanentmagnete treten auch mit dem Magnetfeld in Wechselwirkung, welches von dem Stator geliefert wird, welcher bewirkt, dass sich der Rotor dreht. Die Rotornabe ist mit einer Welle verbunden, welche von einem oder mehreren Lagern getragen wird. In manchen Fällen wird ein Kühlmittel in das Gehäuse eingeführt, um Wärme mit dem Rotor, Stator und/oder anderen internen Komponenten auszutauschen. Kühlmittel kann von einer externen Pumpe geliefert werden, welche ein flüssiges Kühlmittel in das Gehäuse hinein und dort hinaus leitet. In anderen Fällen kann die elektrische Maschine eine integrale Pumpe aufweisen, welche mit der Welle verbunden ist und davon angetrieben wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Offenbart wird eine elektrische Maschine, welche ein elektrisches Maschinengehäuse mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem Inneren aufweist. Ein Stator ist in Bezug auf das elektrische Maschinengehäuse feststehend befestigt. Ein Pumpengehäuse ist entweder an dem ersten oder dem zweiten Ende bereitgestellt. Ein Rotor ist in Bezug auf den Stator drehbar getragen. Der Rotor weist eine Welle mit einem ersten Ende auf, welche sich durch einen ununterbrochenen Zwischenabschnitt mit einer Außenfläche bis zu einem zweiten Ende erstreckt. Entweder das erste oder das zweite Ende erstrecken sich in das Pumpengehäuse. Mindestens ein Flügelelement steht aus der Außenfläche vor und ist in dem Pumpengehäuse angeordnet.
Auch offenbart wird ein Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit in eine elektrische Maschine. Das Verfahren weist Antreiben einer Rotorwelle mit einem ersten Ende, welches sich durch einen ununterbrochenen Zwischenabschnitt mit einer Außenfläche bis zu einem zweitem Ende erstreckt, Drehen mindestens eines Flügelelements, welches von der Außenfläche in einem Pumpengehäuse nach außen vorsteht, welches in einem elektrischen Maschinengehäuse bereitgestellt ist, Erzeugen eines Flüssigkeitsdrucks in dem Pumpengehäuse und Herausdrücken der Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Beschreibungen dürfen in keiner Weise als einschränkend angesehen werden. Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
1 stellt eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine dar, welche einen Rotor mit einer Welle aufweist, welche mit mindestens einem Flügel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bereitgestellt ist;
2 stellt eine teilweise Querschnittsansicht der Welle und mindestens einer Schaufel der 1 dar;
3 stellt eine teilweise perspektivische Ansicht eines Pumpengehäuses und einer Welle dar, welche Pumpenflügel gemäß einem Gesichtspunkt der beispielhaften Ausführungsform aufweist; und
4 stellt eine teilweise perspektivische Ansicht der Welle mit mehreren Pumpenflügeln gemäß einem anderen Gesichtspunkt der beispielhaften Ausführungsform dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens wird hier beispielhaft und nicht einschränkend unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt.
Eine elektrische Maschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein bei 2 in 1 angegeben. Eine elektrische Maschine 2 weist ein Gehäuse 4 mit einer ringförmigen Seitenwand 6 auf, welche sich von einer ersten Endwand 8 bis zu einem freitragenden Ende 9 erstreckt, welches eine Öffnung 10 definiert. Eine zweite Endwand oder Abdeckung 12 ist mit dem freitragenden Ende 9 verbunden und erstreckt sich über die Öffnung 10. Die ringförmige Seitenwand 6, die erste Endwand 8 und die Abdeckung 12 definieren zusammen einen Innenabschnitt 14. Die ringförmige Seitenwand 6 weist eine Innenfläche 17 auf. Hierbei es versteht sich, dass die ringförmige Seitenwand 6 viele Geometrien annehmen kann, und sie darf nicht als auf kreisförmig eingeschränkt angesehen werden.
Das Gehäuse 4 wird mit einer Flüssigkeitspumpe 24 gezeigt, welche mit der ersten Endwand 8 verbunden ist. Die Flüssigkeitspumpe 24 ist konfiguriert, eine unter Druck stehende Flüssigkeitsströmung in dem Innenabschnitt 14 zu erzeugen. Beispielsweise kann die Flüssigkeitspumpe 24 eine Kühlmittelströmung, wie beispielsweise Öl, Glykol oder dergleichen, in dem Gehäuse 4 erzeugen. Die Flüssigkeitspumpe 24 weist ein Pumpengehäuse 27 mit einer Innenwand 30 auf. Die Innenwand 30 definiert eine Pumpenkammer 32 mit einer Mittenachse 33. Die Innenwand 30 wird auch so gezeigt, dass sie einen Auslass 34 und einen Einlass 35 aufweist, welcher die Pumpenkammer 32 und den Innenabschnitt 14 für Flüssigkeiten verbindet. Das Pumpengehäuse 27 weist eine Abdeckung 36 auf, welche die Pumpenkammer 32 für Flüssigkeiten abdichtet.
Die elektrische Maschine 2 wird auch so gezeigt, dass sie einen Stator 40 aufweist, welcher auf der Innenfläche 17 angeordnet ist. Der Stator 40 weist einen Körper oder Statorkern 42 auf, welcher mehrere Statorwicklungen 44 mit einem ersten Drehendabschnitt 46 und mit einem zweiten Drehendabschnitt 47 trägt. Eine Rotoreinheit 54 ist drehbar in Bezug auf den Stator 40 an dem Gehäuse 4 angebracht. Die Rotoreinheit 54 weist eine Rotornabe 57 auf, welche mehrere Rotorblechungen 59 trägt. Die Rotorblechungen 59 weisen Permanentmagnete (nicht gezeigt) auf. Die Rotoreinheit 54 kann ersatzweise mit einem Rotorkern und Rotorwicklungen bereitgestellt werden. Die Rotornabe 57 ist mit einer Rotorwelle 62 verbunden. Die Rotorwelle 62 wird durch das Gehäuse 4 über ein erstes Lager 64, welches auf der ersten Endwand 8 bereitgestellt ist, und über ein zweites Lager 65 getragen, welches auf der zweiten Endwand 12 bereitgestellt ist. Die Rotorwelle 62 weist einen ersten Endabschnitt 68 auf, welcher sich über einen ununterbrochenen Zwischenabschnitt 71 bis zu einem zweiten Endabschnitt 69 erstreckt. Der Begriff „ununterbrochen“ ist vorgesehen, eine Rotorwelle zu beschreiben, welche von dem ersten Ende bis zu dem zweiten Ende materiell integral ist. „Materiell integral“ ist so zu verstehen, dass der Zwischenabschnitt 71 keine Verbindungen, Kupplungen oder dergleichen aufweist. Die Rotorwelle 62 weist eine Wellenachse 74 auf, welche in Bezug auf die Mittenachse 33 der Pumpenkammer 32 versetzt ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der in 2 illustrierten beispielhaften Ausführungsform weist die Rotorwelle 62 einen Schlitz 80 auf, welcher nahe dem zweiten Endabschnitt 69 angeordnet ist. Der Schlitz 80 ist in der Pumpenkammer 32 vorhanden und ist mit einem Flügelelement 83 bereitgestellt. Das Flügelelement 83 weist einen Flügelkörper 86 mit einem ersten Endabschnitt 89 auf, welcher sich über einen ununterbrochenen, materiell integralen Zwischenabschnitt 92 bis zu einem zweiten Endabschnitt 90 erstreckt. Das Flügelelement 83 wird verschiebbar derartig von dem Schlitz 80 aufgenommen, dass bei einer Drehbewegung der Rotorwelle 62 entweder der erste oder der zweite Endabschnitt 89 und 90 mit der Innenwand 30 in Kontakt sind, wobei eine Flüssigkeitsströmung von dem Einlass 35 an den Auslass 34 erzeugt wird.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer in 3 illustrierten beispielhaften Ausführungsform weist die Rotorwelle 62 einen ersten Schlitz 110 und einen zweiten Schlitz 112 auf. Der erste und der zweite Schlitz 110 und 112 halbieren den Zwischenabschnitt 71 und erstrecken sich durch ihn hindurch. In dem ersten Schlitz 110 ist ein erstes Flügelelement 115 bereitgestellt, und in dem zweiten Schlitz 112 ist ein zweites Flügelelement 118 bereitgestellt. Das erste Flügelelement 115 weist einen ersten Flügelabschnitt 122 und einen zweiten Flügelabschnitt 123 auf, welche durch ein Vorspannglied 125 miteinander verbunden sind. Das Vorspannglied 125 zwingt den ersten und den zweiten Flügelabschnitt 122 und 123 von der Rotorwelle 62 nach außen und in Kontakt mit der Innenwand 30. Genauso weist das zweite Flügelelement 118 einen ersten Flügelabschnitt 128 und einen zweiten Flügelabschnitt 129 auf, welche durch ein Vorspannglied 131 miteinander verbunden sind. In einer ähnlichen wie die oben stehend beschriebene Weise zwingt das Vorspannglied 131 den ersten und den zweiten Flügelabschnitt 128 und 129 von der Rotorwelle 62 nach außen und in Kontakt mit der Innenwand 30.
Hierbei es versteht sich, dass die beispielhaften Ausführungsformen eine elektrische Maschine beschreiben, welche ein Gehäuse mit einer integralen Pumpe aufweist. Die integrale Pumpe leitet eine Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Kühlmittel, in ein Gehäuse. Die Kühlmittelströmung wird von einem oder mehreren Flügelelementen erzeugt, welche in einer materiell integralen, ununterbrochenen Welle bereitgestellt sind. Es versteht sich auch, dass die Anordnung der Flügelelemente variieren kann. Zusätzlich zu den in 2 und 3 dargestellten Flügelelementen kann die Rotorwelle 62 mit mehreren Flügelelementen 150 bis 152 bereitgestellt werden, welche relativ zueinander axial versetzt sind, wie in 4 gezeigt. In einer derartigen Anordnung kann die Rotorwelle 62 mehrere Schlitze aufweisen, von welchen einer bei 160 gezeigt ist. In dem Schlitz 160 kann ein Vorspannglied 162 bereitgestellt werden, um das Flügelelement 150 von der Rotorwelle 62 nach außen zu zwingen. Das Vorspannglied 162 kann die Form einer Spiralfeder annehmen, welche durch eine Öffnung 164, welche sich mit dem Schlitz 160 deckt, in die Rotorwelle 62 eingefügt ist. Eine Befestigung, wie beispielsweise eine Einstellschraube (nicht gezeigt), kann eingesetzt werden, um das Vorspannglied 162 in der Rotorwelle 62 festzuhalten. Natürlich können noch andere Flügelanordnungen eingesetzt werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, verstehen Durchschnittsfachleute, dass verschiedene Veränderungen angefertigt werden können und Elemente davon durch Äquivalente substituiert werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen angefertigt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne ihren wesentlichen Schutzumfang zu verlassen. Deshalb ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform eingeschränkt ist, welche als die beste Betriebsart offenbart wurde, welche zum Ausführen dieser Erfindung in Betracht gezogen wurde, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, welche in den Schutzumfang der Ansprüche fallen.

Claims

Elektronische Maschine, Folgendes umfassend: ein elektrisches Maschinengehäuse mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem Inneren; einen Stator, welcher in Bezug auf das elektrische Maschinengehäuse feststehend befestigt ist; ein Pumpengehäuse, welches entweder an dem ersten oder dem zweiten Ende bereitgestellt ist; einen Rotor, welcher drehbar in Bezug auf den Stator getragen wird, wobei der Rotor eine Welle mit einem ersten Endabschnitt aufweist, welcher sich durch einen ununterbrochenen Zwischenabschnitt mit einer Außenfläche bis zu einem zweitem Endabschnitt erstreckt, wobei sich entweder das erste oder das zweit Ende in das Pumpengehäuse erstreckt; und mindestens ein Flügelelement, welches aus der Außenfläche vorsteht und in dem Pumpengehäuse angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Pumpengehäuse eine Mittenachse aufweist, wobei die Rotorwelle, welche sich in das Pumpengehäuse erstreckt, von der Mittenachse versetzt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Pumpengehäuse an dem zweiten Ende bereitgestellt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, weiterhin Folgendes umfassend: eine Abdeckung, welche sich über das Pumpengehäuse hinweg erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Pumpengehäuse einen Einlass aufweist, welcher für Flüssigkeiten an dem Inneren des elektrischen Maschinengehäuses freiliegend ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Pumpengehäuse einen Auslass aufweist, welcher für Flüssigkeiten an dem Inneren des elektrischen Maschinengehäuses freiliegend ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Flügelelement mehrere Flügelelemente umfasst.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Rotorwelle einen Schlitz aufweist, welcher sich durch den Zwischenabschnitt erstreckt, wobei das mindestens eine Flügelelement in dem Schlitz angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Flügelelement verschiebbar von dem Schlitz aufgenommen wird.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei das mindestens eine Flügelelement ein erstes Flügelelement, welches verschiebbar von dem Schlitz aufgenommen wird, und ein zweites Flügelelement umfasst, welches verschiebbar von dem Schlitz aufgenommen wird.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, weiterhin Folgendes umfassend: ein Vorspannglied, welches zwischen dem ersten Flügelelement und dem zweiten Flügelelement angeordnet ist.
Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit in eine elektrische Maschine, das Verfahren Folgendes umfassend: Antreiben einer Rotorwelle mit einem ersten Endabschnitt, welcher sich über einen ununterbrochenen Zwischenabschnitt bis zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt. Drehen mindestens eines Flügelelements, welches von der ununterbrochenen Außenfläche in einem Pumpengehäuse nach außen vorsteht, welches in einem elektrischen Maschinengehäuse bereitgestellt ist; Erzeugen eines Flüssigkeitsdrucks in dem Pumpengehäuse; und Herausdrücken der Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Drehen des mindestens einen Flügelelements Drehen der Rotorwelle entlang einer Wellenachse aufweist, welche von einer zentralen Achse des Pumpengehäuses versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Drehen des mindestens einen Flügelelements Drehen mindestens eines Flügelelements aufweist, welches sich durch einen Schlitz erstreckt, welcher sich durch den Zwischenabschnitt der Rotorwelle erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin Folgendes umfassend: Verschieben des mindestens einen Flügelelements entlang des Schlitzes in einen Kontakt mit einer Innenwand des Pumpengehäuses.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Verschieben des mindestens einen Flügelelements entlang des Schlitzes Verschieben eines ersten Flügelelements entlang des Schlitzes und eines zweiten Flügelelements entlang des Schlitzes aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin Folgendes umfassend: Vorspannen des ersten Flügelelements in Bezug auf das zweite Flügelelement.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Drehen des mindestens einen Flügelelements Drehen mehrerer Flügelelemente in dem Pumpengehäuse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Herausdrücken einer Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse Leiten einer Flüssigkeit in das elektrische Maschinengehäuse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin Folgendes umfassend: Durchlassen einer Flüssigkeit aus dem elektrischen Maschinengehäuse in das Pumpengehäuse.