DE102014212198A1

DE102014212198A1 - Electric machine with a hybrid cooler

Info

Publication number: DE102014212198A1
Application number: DE102014212198.1A
Authority: DE
Inventors: Robert Goraj; Andreas Schröter; Markus Wilke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, welche einen Hybridkühler (1) mit einen um eine Rotationsachse (100) rotierbaren Propeller (2) umfasst, wobei der Propeller (2) eine Mehrzahl von Flügelblättern (4) umfasst, welche Flügelblätter (4) um die Rotationsachse (100) angeordnet und dazu ausgelegt sind einen gerichteten Luftstrom (41) bei einer Rotation des Propellers (2) zu erzeugen. Erfindungsgemäß weist das wenigstens eine Flügelblatt (4) einen sich entlang des Flügelblattes (4) erstreckenden Fluidkanal (6) auf, wobei in einem Endbereich des Flügelblattes (4) wenigstens eine derart ausgerichtete und ausgestalte Öffnung (8) des Fluidkanals (6) vorgesehen ist, so dass ein den Fluidkanal (6) durchströmendes und aus der Öffnung (8) austretendes Fluid (42) eine Rotation des Propellers (2) bewirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung eines Hybridkühlers (1).An electric machine is proposed, which comprises a hybrid cooler (1) with a propeller (2) rotatable about a rotation axis (100), wherein the propeller (2) comprises a plurality of wing blades (4) which surround the blades (4) Rotation axis (100) arranged and adapted to generate a directed air flow (41) during a rotation of the propeller (2). According to the invention, the at least one blade (4) has a fluid channel (6) extending along the blade (4), wherein at least one opening (8) of the fluid channel (6) oriented and configured in an end region of the blade (4) is provided in that a fluid (42) flowing through the fluid channel (6) and leaving the opening (8) causes the propeller (2) to rotate. Furthermore, the invention relates to a method for using a hybrid cooler (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an electrical machine according to the preamble of patent claim 1.

Zur Kühlung von Bauteilen einer elektrischen Maschine, insbesondere von Wickelköpfen eines elektrischen Motors, werden nach dem Stand der Technik Sprühnebelkühlungen oder Jetkühlungen eingesetzt. Hierbei wird ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, mittels einer Kühleinrichtung direkt auf ein zu kühlendes Bauteil der elektrischen Maschine aufgesprüht, wodurch eine Kühlung des Bauteils erfolgt. For cooling components of an electrical machine, in particular windings of an electric motor, spray cooling or jet cooling are used in the prior art. In this case, a cooling fluid, in particular a cooling fluid, is sprayed directly onto a component of the electrical machine to be cooled by means of a cooling device, whereby the component is cooled.

Ein Nachteil der nach dem Stand der Technik eingesetzten Sprüh-, Sprühnebel- oder Jetkühlungen ist, dass die hierfür verwendeten Düsen einen hydrodynamischen Druckabfall bewirken. Insbesondere bei einer Reihenschaltung der genannten Düsen ist der gesamte Druckabfall die Summe der einzelnen Druckabfälle der einzelnen Düsen. Somit ist es für eine große Anzahl von Düsen notwendig, eine entsprechend der benötigten Leistung ausgestaltete Fluidpumpe für die Kühlung zu verwenden. Zudem erfolgt bei einer Reihenschaltung der Düsen aufgrund der einzelnen Druckabfälle an den jeweiligen Düsen eine ungleichmäßige Versorgung der Düsen mit dem Kühlfluid. A disadvantage of the spray, spray or jet cooling used in the prior art is that the nozzles used for this cause a hydrodynamic pressure drop. In particular, in a series connection of said nozzles, the total pressure drop is the sum of the individual pressure drops of the individual nozzles. Thus, it is necessary for a large number of nozzles to use a designed according to the required power fluid pump for cooling. In addition, in a series connection of the nozzles due to the individual pressure drops at the respective nozzles uneven supply of the nozzles with the cooling fluid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung eines Bauteils einer elektrischen Maschine zu verbessern. The invention has for its object to improve the cooling of a component of an electrical machine.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 9 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by an electric machine with the features of the independent claim 1, as well as by a method having the features of the independent claim 9. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Hybridkühler mit einem um eine Rotationsachse rotierbaren Propeller, wobei der Propeller eine Mehrzahl von Flügelblättern umfasst, welche Flügelblätter um die Rotationsachse angeordnet und dazu ausgelegt sind, einen gerichteten Luftstrom bei einer Rotation des Propellers zu erzeugen. Erfindungsgemäß weist wenigstens ein Flügelblatt des Propellers einen sich entlang des Flügelblattes erstreckenden Fluidkanal auf, wobei in einem Endbereich des Flügelblattes wenigstens eine derart ausgerichtete und ausgestaltete Öffnung des Fluidkanals vorgesehen ist, so dass ein den Fluidkanal durchströmendes und aus der Öffnung austretendes Fluid eine Rotation des Propellers bewirkt. The electric machine according to the invention comprises a hybrid cooler with a propeller rotatable about a rotation axis, wherein the propeller comprises a plurality of blades, which blades are arranged around the rotation axis and adapted to generate a directed air flow upon rotation of the propeller. According to the invention, at least one blade of the propeller has a fluid channel extending along the blade, at least one aligned and configured opening of the fluid channel being provided in an end region of the blade, so that a fluid flowing through the fluid channel and emerging from the opening causes rotation of the propeller causes.

Mit anderen Worten umfasst die elektrische Maschine einen Hybridkühler, der synergetisch die Vorteile einer Luftkühlung mit einer weiteren Fluidkühlung kombiniert. Das Fluid der Fluidkühlung kann flüssig oder gasförmig und insbesondere auch Luft sein. Bevorzugt ist ein von Luft verschiedenes flüssiges Fluid (Kühlflüssigkeit). In other words, the electric machine includes a hybrid radiator that synergistically combines the advantages of air cooling with further fluid cooling. The fluid cooling fluid may be liquid or gaseous and in particular also air. Preference is given to a liquid fluid other than air (cooling fluid).

Erfindungsgemäß wird die Rotation des Propellers durch das ausströmende oder austretende Fluid (Kühlflüssigkeit) wenigstens teilweise bewirkt oder unterstützt, wobei durch die Rotation des Propellers ein gerichteter Luftstrom erzeugt wird. Sowohl der gerichtete Luftstrom als auch das austretende Fluid sind erfindungsgemäß zur Kühlung eines Bauteils der elektrischen Maschine vorgesehen. Der Hybridkühler bildet somit einen Ventilator aus, wobei der Antrieb des Ventilators wenigstens zum Teil durch das ausströmende Fluid erfolgt. Hierbei bewirkt das ausströmende Fluid einen Rückstoß, welcher Rückstoß den Propeller zur Rotation bringt oder diese wenigstens zum Teil aufrecht erhält. Die Öffnung ist hierfür insbesondere so ausgerichtet und ausgestaltet, dass die Rotation des Propellers bewirkt oder unterstützt und das zu kühlende Bauteil der elektrischen Maschine mit dem Fluid besprüht wird. According to the invention, the rotation of the propeller is at least partially effected or assisted by the outflowing or exiting fluid (cooling liquid), whereby a directed air flow is generated by the rotation of the propeller. Both the directed air flow and the exiting fluid are provided according to the invention for cooling a component of the electric machine. The hybrid cooler thus forms a fan, wherein the drive of the fan takes place at least partially by the outflowing fluid. In this case, the outflowing fluid causes a recoil, which recoil causes the propeller to rotate or at least partially maintains it. The opening is for this purpose in particular aligned and designed so that the rotation of the propeller causes or supports and the component to be cooled of the electric machine is sprayed with the fluid.

Vorteilhafterweise erfolgt die Kühlung des Bauteils durch einen Luftstrom und durch eine Kühlung mittels eines Fluids (Kühlflüssigkeit). Dadurch können hydrodynamische Druckverluste durch das aus der Öffnung austretende Fluid reduziert werden. Zudem kann die Anzahl der Düsen bei gleichbleibender Kühlung im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden. Dadurch kann eine mit dem Hybridkühler fluidisch gekoppelte Pumpeinrichtung entsprechend kleiner ausfallen und somit die Effizienz der Kühlung des Bauteils gesteigert werden. Advantageously, the cooling of the component takes place by an air flow and by cooling by means of a fluid (cooling liquid). As a result, hydrodynamic pressure losses can be reduced by the fluid emerging from the opening. In addition, the number of nozzles can be reduced with constant cooling compared to the prior art. As a result, a pump device fluidly coupled to the hybrid cooler can correspondingly be smaller and thus the efficiency of the cooling of the component can be increased.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Rotation des Propellers durch einen weiteren Antrieb, beispielsweise durch einen elektrischen Antrieb, unterstützt wird. Furthermore, it can be provided that the rotation of the propeller is supported by a further drive, for example by an electric drive.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung eines Bauteils einer elektrischen Maschine wird ein Hybridkühler gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche verwendet, wobei das Bauteil mittels eines durch den Hybridkühler erzeugten gerichteten Luftstroms und mittels eines durch den Hybridkühler aufgetragenen weiteren Fluids gekühlt wird. In the method according to the invention for cooling a component of an electrical machine, a hybrid cooler according to one of the preceding claims is used, wherein the component is cooled by means of a directed air flow generated by the hybrid cooler and by means of a further fluid applied by the hybrid cooler.

Mit anderen Worten kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren mittels des erfindungsgemäßen Hybridkühlers eine Luftkühlung mit einer weiteren Fluidkühlung synergetisch. Es ergeben sich zur bereits genannten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gleichartige und gleichwertige Vorteile. In other words, the method according to the invention by means of the hybrid cooler according to the invention combines an air cooling with a further fluid cooling synergistically. This results in the already mentioned inventive electric machine similar and equivalent advantages.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Hybridkühler derart angeordnet, dass ein Wickelkopf der elektrischen Maschine vom Luftstrom und von dem aus der Öffnung des Fluidkanals austretenden Fluid wenigstens teilweise erfasst wird. According to an advantageous embodiment of the invention, the hybrid cooler is arranged such a winding head of the electric machine is at least partly detected by the air flow and by the fluid emerging from the opening of the fluid channel.

Vorteilhafterweise wird dadurch der Wickelkopf der elektrischen Maschine mittels des Luftstroms und mittels des aufgetragenen weiteren Fluids (Kühlflüssigkeit) gekühlt. Dadurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Wickelkopfs, wobei durch die Aufteilung der Kühlung in eine Luftkühlung und eine Fluidkühlung die Anzahl der Düsen der Fluidkühlung sowie die Pumpleistung der Fluidkühlung reduziert werden kann. Advantageously, thereby the winding head of the electric machine by means of the air flow and by means of the applied further fluid (cooling liquid) is cooled. This results in a particularly advantageous cooling of the winding head, wherein the number of nozzles of the fluid cooling and the pump power of the fluid cooling can be reduced by dividing the cooling into an air cooling and a fluid cooling.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb eines Endbereiches des Fluidkanals eine von dem Fluid durchströmbare Düse vorgesehen, wobei die Öffnung des Fluidkanals durch eine Austrittsöffnung der Düse gebildet wird. In an advantageous embodiment of the invention, a nozzle through which the fluid can flow is provided within an end region of the fluid channel, wherein the opening of the fluid channel is formed by an outlet opening of the nozzle.

Mit anderen Worten strömt das Fluid an einem Ende des Fluidkanals aus einer am Ende des Fluidkanals angeordneten Düse aus. Vorteilhafterweise kann durch die Düse die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsrichtung, sowie die räumliche Verteilung des austretenden Fluids, angepasst werden. Insbesondere wird mittels der Düse ein gerichteter Fluidstrahl oder ein Sprühnebel des Fluids gebildet. Liegt ein gerichteter Fluidstrahl vor, so ist dieser in Richtung des zu kühlenden Bauteils gerichtet, so dass das Bauteil von dem austretenden Fluidstrahl wenigstens teilweise erfasst wird. In other words, the fluid at one end of the fluid channel flows out of a nozzle arranged at the end of the fluid channel. Advantageously, the flow velocity and / or flow direction as well as the spatial distribution of the exiting fluid can be adapted by the nozzle. In particular, a directed fluid jet or a spray of the fluid is formed by means of the nozzle. If there is a directed fluid jet, this is directed in the direction of the component to be cooled, so that the component is at least partially detected by the exiting fluid jet.

Desweiteren kann durch die Düse die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers geregelt werden. Mit anderen Worten erfolgt eine Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Propellers mittels einer Veränderung der Austrittsgeschwindigkeit des austretenden Fluids, wobei die Austrittsgeschwindigkeit mittels einer entsprechend ausgestalteten Düse gewählt und angepasst werden kann. Furthermore, the speed of rotation of the propeller can be regulated by the nozzle. In other words, a control of the rotational speed of the propeller by means of a change in the exit velocity of the exiting fluid, wherein the exit velocity can be selected and adjusted by means of a correspondingly configured nozzle.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Düse vorgesehen, die eine Düsenachse mit einer azimutalen und radialen Komponente aufweist, wobei die azimutale Komponente einer Rotationsrichtung des Propellers entgegengesetzt ist und die axiale Komponente im Wesentlichen in Richtung des gerichteten Luftstromes verläuft. According to an advantageous embodiment of the invention, a nozzle is provided which has a nozzle axis with an azimuthal and radial component, wherein the azimuthal component is opposite to a direction of rotation of the propeller and the axial component extends substantially in the direction of the directed air flow.

Durch die räumliche Ausrichtung der Düse wird folglich die Richtung der Austrittsgeschwindigkeit des aus der Düse austretenden Fluids, insbesondere eines Fluidstrahls, im Wesentlichen bestimmt. Hierbei ist die Richtung der Austrittsgeschwindigkeit im Wesentlich durch die Düsenachse festgelegt. As a result of the spatial orientation of the nozzle, the direction of the exit velocity of the fluid emerging from the nozzle, in particular of a fluid jet, is essentially determined. Here, the direction of the exit velocity is essentially determined by the nozzle axis.

Mit anderen Worten weist die Richtung der Austrittsgeschwindigkeit des aus der Düse austretenden Fluidstrahls eine azimutale und axiale Komponente auf, wobei die Rotation des Propellers durch die azimutale Komponente bewirkt wird. Mittels der axialen Komponente, welche in Richtung des gerichteten Luftstromes verläuft, wird das Fluid auf das Bauteil der elektrischen Maschine zur Kühlung aufgetragen. In other words, the direction of the exit velocity of the jet of fluid exiting the nozzle has an azimuthal and axial component, the rotation of the propeller being effected by the azimuthal component. By means of the axial component, which extends in the direction of the directed air flow, the fluid is applied to the component of the electric machine for cooling.

Die relativen Begriffe axial, radial und azimutal beziehen sich auf ein zylindrisches Koordinatensystem, dessen Symmetrieachse mittels der Rotationsachse gebildet ist. The relative terms axial, radial and azimuthal refer to a cylindrical coordinate system whose axis of symmetry is formed by means of the axis of rotation.

Bevorzugt weist der Propeller eine Nabe auf, wobei die Nabe dazu ausgestaltet ist, die Zuleitung des Fluids zum Fluidkanal zu bewirken. Preferably, the propeller has a hub, wherein the hub is configured to cause the supply of the fluid to the fluid channel.

Hierfür ist die Nabe mit einer Pumpeinrichtung und/oder einer Kühleinrichtung fluidisch gekoppelt. Mit anderen Worten tritt das Fluid zunächst in die Nabe des Propellers ein und wird anschließend von der Nabe zum Fluidkanal des wenigstens einen Flügelblattes geleitet. For this purpose, the hub is fluidically coupled to a pumping device and / or a cooling device. In other words, the fluid first enters the hub of the propeller and is then directed from the hub to the fluid channel of the at least one blade.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das wenigstens eine Flügelblatt einen Vorderkantenbereich und einen Hinterkantenbereich auf, wobei der Fluidkanal im Hinterkantenbereich angeordnet ist. According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one blade has a leading edge region and a trailing edge region, wherein the fluid channel is arranged in the trailing edge region.

Dadurch wird vorteilhafterweise die Luftkühlung mittels des durch den Propeller erzeugten Luftstroms verbessert. Als Vorderkantenbereich wird der Kantenbereich oder die Kante des Flügelblattes bezeichnet, die bezüglich der Rotationsbewegung des Flügelblattes vorne liegt. As a result, the air cooling is advantageously improved by means of the air flow generated by the propeller. The leading edge region is the edge region or the edge of the blade which lies forward with respect to the rotational movement of the blade.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft der Fluidkanal in einem an der Nabe anliegenden ersten Teilbereich im Wesentlichen radial. In einem an den ersten Teilbereich radial anschließenden zweiten Teilbereich weist der Fluidkanal eine Krümmung auf, so dass sich der Fluidkanal im zweiten Teilbereich radial, axial und azimutal erstreckt, wobei die azimutale Erstreckung des Fluidkanals einer Rotationsrichtung des Propellers entgegengesetzt ist und die axiale Erstreckung im Wesentlichen in Richtung des gerichteten Luftstroms verläuft. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the fluid channel extends substantially radially in a first partial region bearing against the hub. In a second partial area radially adjoining the first partial area, the fluid channel has a curvature, so that the fluid channel extends radially, axially and azimuthally in the second partial area, wherein the azimuthal extent of the fluid channel is opposite to a rotational direction of the propeller and the axial extent substantially in the direction of the directed air flow.

Mit anderen Worten erfolgt die Rotation des Propellers durch die der Rotationsrichtung entgegengesetzte azimutale Erstreckung des Fluidkanals. Das heißt, dass das aus der Öffnung ausströmende oder austretende Fluid bezüglich seiner Strömungsrichtung eine azimutale Komponente aufweist. Die dadurch bewirkte Rotationsrichtung des Propellers ist der genannten azimutalen Komponente der Strömungsrichtung des austretenden Fluid entgegengesetzt. In other words, the rotation of the propeller is effected by the azimuthal extent of the fluid channel opposite the direction of rotation. This means that the fluid flowing out or emerging from the opening has an azimuthal component with regard to its flow direction. The rotation direction of the propeller caused thereby is opposite to the said azimuthal component of the flow direction of the exiting fluid.

Weiterhin wird durch die axiale Erstreckung, welche sich in Richtung des gerichteten Luftstroms erstreckt, das ausströmende Fluid wenigstens zu einem Teil in Richtung des gerichteten Luftstroms geführt. Dadurch weist die Strömungsrichtung des austretenden Fluids eine Komponente in Richtung des gerichteten Luftstromes auf. Vorteilhafterweise wird dadurch, dass ausströmende Fluid wenigstens zu einem Teil durch den gerichteten Luftstrom in seiner axialen Strömungsrichtung unterstützt. Dadurch ergibt sich insgesamt eine weiter verbesserte Kühlung des mit dem Fluid und dem Luftstrom gekühlten Bauteils. Furthermore, the outflowing fluid is guided at least in part in the direction of the directed air flow through the axial extension, which extends in the direction of the directed air flow. As a result, the flow direction of the exiting fluid has a component in the direction of the directed air flow. Advantageously, the fact that outflowing fluid supports at least in part by the directed air flow in its axial flow direction. This results in a total of a further improved cooling of the cooled with the fluid and the air flow component.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Hybridkühler wenigstens drei Flügelblätter, wobei die Flügelblätter sternartig um die Rotationsachse angeordnet sind und jeweils einen sich entlang des jeweiligen Flügelblattes erstreckenden Fluidkanal aufweisen. According to an advantageous embodiment of the invention, the hybrid cooler comprises at least three blades, wherein the blades are arranged in a star-like manner about the axis of rotation and in each case have a fluid channel extending along the respective blade.

Vorteilhafterweise weist jedes Flügelblatt wenigstens einen Fluidkanal auf, der entsprechend den vorangegangenen Ansprüchen ausgestaltet ist. Dadurch wird die Kühlung des Bauteils weiter verbessert. Advantageously, each blade has at least one fluid channel, which is designed according to the preceding claims. As a result, the cooling of the component is further improved.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:

1 eine dreidimensionale, schematische Darstellung eines Hybridkühlers mit drei sternartig angeordneten Flügelblättern; 1 a three-dimensional, schematic representation of a hybrid cooler with three star-like arranged wing blades;

2 eine schematische vordere Draufsicht eines Hybridkühlers; und 2 a schematic front view of a hybrid radiator; and

3 eine schematische hintere Draufsicht eines Hybridkühlers. 3 a schematic rear plan view of a hybrid refrigerator.

Gleichartige Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar elements may be provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine dreidimensionale schematische Darstellung eines Hybridkühlers 1 einer elektrischen Maschine. Hierbei weist der Hybridkühler 1 einen Propeller 2 auf, welcher drei sternartig angeordnete Flügelblätter 4 umfasst. Die sternartig angeordneten Flügelblätter 4 sind an und um eine Nabe 12 des Hybridkühlers 1 angeordnet und an dieser drehmomentschlüssig befestigt. Weiterhin weist jedes Flügelblatt 4 einen Fluidkanal 6 auf, der jeweils an einer Hinterkante beziehungsweise in einem Hinterkantenbereich 31 des jeweiligen Flügelblattes 4 verläuft. Ferner weist jedes Flügelblatt 4 einen Vorderkantenbereich 30 auf. 1 shows a three-dimensional schematic representation of a hybrid refrigerator 1 an electric machine. This shows the hybrid cooler 1 a propeller 2 on which three star-like arranged blades 4 includes. The star-like arranged fan blades 4 are on and around a hub 12 of the hybrid cooler 1 arranged and attached to this torque-locking. Furthermore, each blade shows 4 a fluid channel 6 on, each at a trailing edge or in a trailing edge region 31 of the respective blade 4 runs. Furthermore, each blade shows 4 a leading edge area 30 on.

Die Flügelblätter 4 sind schaufelartig ausgebildet und weisen eine Verdrehung auf. Die Verdrehung der Flügelblätter 4 ist derart ausgestaltet, dass der Fluidkanal 6 zunächst radial und anschließend eine radiale, axiale und azimutale Erstreckung aufweist, wobei die axiale Erstreckung in Richtung einer Rotationsachse 100 und die azimutale Erstreckung einer Rotationsrichtung 101 des Propellers 2 entgegengerichtet verläuft. The wings 4 are formed scoop-like and have a twist. The twisting of the blades 4 is configured such that the fluid channel 6 initially radially and then having a radial, axial and azimuthal extent, wherein the axial extent in the direction of an axis of rotation 100 and the azimuthal extent of a rotational direction 101 of the propeller 2 runs in opposite directions.

Der durch die Nabe 12 und die Flügelblätter 4 ausgebildete Propeller 2 weist die Rotationsachse 100 auf, die eine Symmetrieachse der Nabe 12 bildet. The one by the hub 12 and the wings 4 trained propellers 2 indicates the axis of rotation 100 on, which is a symmetry axis of the hub 12 forms.

Über die Nabe 12 wird ein Fluid 42 zur Kühlung eines Bauteils 20 der elektrischen Maschine eingeleitet. Innerhalb der Nabe 12 wird das eingeleitete Fluid 42 auf die Fluidkanäle 6 der Flügelblätter 4 verteilt. Hierbei wird die Verteilung des Fluids 42 durch die Rotationsbewegung des Propellers 2 unterstützt. Das in die Fluidkanäle 6 eingeleitete Fluid 42 tritt jeweils über Düsen 10 mittels einer Düsenöffnung 8 aus dem Fluidkanal 6 aus. Die Düsen 10 sind hierbei in einem Endbereich oder am Ende des jeweiligen Flügelblattes 4 angeordnet. Durch das durch die Düsen 10 beziehungsweise durch die Öffnungen 8 ausströmende Fluid 42 wird ein Drehmoment erzeugt, welches eine Rotation des Propellers 2 um die Rotationsrichtung 100 in azimutaler Rotationsrichtung 101 bewirkt. About the hub 12 becomes a fluid 42 for cooling a component 20 initiated the electrical machine. Inside the hub 12 becomes the introduced fluid 42 on the fluid channels 6 the wings 4 distributed. Here, the distribution of the fluid 42 by the rotational movement of the propeller 2 supported. That in the fluid channels 6 introduced fluid 42 occurs in each case via nozzles 10 by means of a nozzle opening 8th from the fluid channel 6 out. The nozzles 10 are here in an end region or at the end of the respective blade 4 arranged. Through the through the nozzles 10 or through the openings 8th outflowing fluid 42 a torque is generated, which is a rotation of the propeller 2 around the direction of rotation 100 in azimuthal direction of rotation 101 causes.

Mittels der Rotation des Propellers 2 wird ein Luftstrom 41 generiert, der in Richtung des zu kühlenden Bauteils 20 gerichtet ist. Vorteilhafterweise wird durch die axiale Komponente der Strömungsrichtung des ausströmenden Fluids 42 auch das ausströmende Fluid 42 auf das zu kühlende Bauteil 20 aufgetragen. Mit anderen Worten wird das Bauteil 20 durch den gerichteten Luftstrom 41 und durch das ausströmende (weitere) Fluid 42 gekühlt, wobei der gerichtete Luftstrom 41 durch eine Rotation des Propellers 2 erzeugt und die Rotation des Propellers wiederum durch das ausströmende Fluid 42 wenigstens teilweise bewirkt wird. Es wird folglich erfindungsgemäß eine Luftkühlung mit einer weiteren Fluidkühlung synergetisch kombiniert. By means of the rotation of the propeller 2 becomes an airflow 41 generated in the direction of the component to be cooled 20 is directed. Advantageously, by the axial component of the flow direction of the outflowing fluid 42 also the outflowing fluid 42 on the component to be cooled 20 applied. In other words, the component becomes 20 through the directed airflow 41 and through the outflowing (further) fluid 42 cooled, with the directed air flow 41 by a rotation of the propeller 2 generated and the rotation of the propeller in turn by the outflowing fluid 42 is at least partially effected. Consequently, according to the invention, air cooling is synergistically combined with further fluid cooling.

Ein zusätzlicher elektrischer Antrieb, der die Rotation des Propellers 2 unterstützt und/oder aufrechterhält, kann vorgesehen sein. An additional electric drive that controls the rotation of the propeller 2 supports and / or maintains may be provided.

2 zeigt eine schematische vordere Draufsicht des Hybridkühlers 1. Hierbei zeigt 2 dieselben Elemente wie bereits 1. 2 shows a schematic front view of the hybrid radiator 1 , This shows 2 the same elements as already 1 ,

Der durch die Rotation des Propellers 2 erzeugte Luftstrom 41 tritt in 2 aus der Blattebene heraus. Die Flügelblätter 4 sind wiederum sternartig um die Nabe 12 des Propellers 2 angeordnet und weisen in einem Endbereich eine Krümmung auf. Mittels der genannten Krümmung wird der jeweilige Fluidkanal 6 derartig gekrümmt, so dass eine Rotation des Propellers 2 in Rotationsrichtung 101 durch das durch die Öffnungen 8 ausströmende Fluid 42 bewirkt wird. The by the rotation of the propeller 2 generated airflow 41 enters 2 out of the leaf level. The wings 4 are again star-like around the hub 12 of the propeller 2 arranged and have a curvature in an end region. By means of said curvature of the respective fluid channel 6 curved so that a rotation of the propeller 2 in the direction of rotation 101 through that through the openings 8th outflowing fluid 42 is effected.

In 3 ist eine schematische hintere Draufsicht des Hybridkühlers 1 dargestellt. Hierbei weist der Hybridkühler 1 dieselben Elemente wie bereits in 1 und/oder 2 auf. In 3 ist die Nabe 12 als eine Hohlnabe ausgebildet, das heißt die Nabe 12 weist einen Hohlraum auf, in welchem das Fluid 42 eingeleitet und anschließend zu den Fluidkanälen 6 in den Flügelblättern 4 geleitet wird. In 3 is a schematic rear plan view of the hybrid refrigerator 1 shown. This shows the hybrid cooler 1 the same elements as in 1 and or 2 on. In 3 is the hub 12 formed as a hollow hub, that is, the hub 12 has a cavity in which the fluid 42 introduced and then to the fluid channels 6 in the wings 4 is directed.

Weiterhin ist in 3 ein Wickelkopf 20 der elektrischen Maschine dargestellt, der mittels des ausströmenden Fluids 42 und des Luftstroms 41 gekühlt wird. Der Luftstrom 41 zeigt im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Blattebene hinein. Die Flügelblätter 4 des Propellers 2 sind derart ausgestaltet, dass die Öffnungen 8 der Fluidkanäle 6 beziehungsweise die Düsen 10 der Fluidkanäle 6 sich in unmittelbarer Nähe des Wickelkopfs 20 befinden, wobei die Öffnungen 8 bei Rotation des Propellers 2 um die Rotationsachse 100 in Rotationsrichtung 101 eine annähernde Kreisbahn beschreiben, welche Kreisbahn annähernd deckungsgleich mit dem kreisförmigen Wickelkopf 20 ist. Dadurch wird die Kühlung des Wickelkopfes 20 verbessert, da das ausströmende Fluid 42 direkt und unmittelbar zum Wickelkopf 20 der elektrischen Maschine geleitet wird. Furthermore, in 3 a winding head 20 represented by the electrical machine, by means of the outflowing fluid 42 and the airflow 41 is cooled. The airflow 41 shows in the illustrated embodiment in the leaf level. The wings 4 of the propeller 2 are designed such that the openings 8th the fluid channels 6 or the nozzles 10 the fluid channels 6 in the immediate vicinity of the winding head 20 are located, with the openings 8th during rotation of the propeller 2 around the axis of rotation 100 in the direction of rotation 101 describe an approximate circular path, which circular path approximately congruent with the circular winding head 20 is. This will cool the winding head 20 improves, as the outflowing fluid 42 directly and directly to the winding head 20 the electrical machine is passed.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst folglich einen Hybridkühler, der erfindungsgemäß synergetisch die Vorteile einer Luftkühlung mit einer weiteren Fluidkühlung kombiniert. The electric machine according to the invention consequently comprises a hybrid cooler which, according to the invention, synergistically combines the advantages of air cooling with further fluid cooling.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Electric machine comprising a hybrid cooler ( 1 ) with one about an axis of rotation ( 100 ) rotatable propeller ( 2 ), whereby the propeller ( 2 ) a plurality of wing blades ( 4 ), which wing blades ( 4 ) around the axis of rotation ( 100 ) are arranged and adapted to a directed air flow ( 41 ) during a rotation of the propeller ( 2 ), characterized in that at least one blade ( 4 ) along the wing blade ( 4 ) extending fluid channel ( 6 ), wherein in an end region of the blade ( 4 ) at least one such aligned and ausgestalte opening ( 8th ) of the fluid channel is provided so that a fluid channel ( 6 ) flowing through and out of the opening ( 8th ) escaping fluid ( 42 ) a rotation of the propeller ( 2 ) causes.

Electric machine according to claim 1, with at least one winding head ( 20 ), wherein the hybrid cooler ( 1 ) is arranged such that the winding head ( 20 ) from the airflow ( 41 ) and from the opening ( 8th ) of the fluid channel ( 6 ) leaking fluid ( 42 ) is at least partially detected.

Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that (in the end region of the fluid channel 6 ) a nozzle through which fluid can flow ( 10 ) is provided, wherein the opening ( 8th ) through an outlet opening ( 8th ) of the nozzle ( 10 ) is formed.

Electrical machine according to claim 3, characterized in that the nozzle ( 10 ) has a nozzle axis with an azimuthal and radial component, wherein the azimuthal component of a rotational direction ( 101 ) of the propeller ( 2 ) is opposite and the axial component is substantially in the direction of the directed air flow ( 41 ) runs.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the propeller ( 2 ) a hub ( 12 ), wherein the hub ( 12 ) is adapted to the supply of the fluid ( 42 ) to the fluid channel ( 6 ) to effect.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one blade ( 6 ) a leading edge region ( 30 ) and a trailing edge region ( 31 ), wherein the fluid channel ( 6 ) in the trailing edge region ( 31 ) is arranged.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid channel ( 6 ) in one at the hub ( 12 ) adjoining the first partial region extends essentially radially and has a curvature in a second partial region radially adjoining the first partial region, so that the fluid channel ( 6 ) extends radially, axially and azimuthally in the second partial region, wherein the azimuthal extent of the fluid channel ( 6 ) the direction of rotation ( 101 ) of the propeller ( 2 ) is opposite and the axial extent substantially in the direction of the directed air flow ( 41 ) runs.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the propeller ( 2 ) of the hybrid cooler ( 1 ) at least three blades ( 4 ), the wing blades ( 4 ) star-like around the axis of rotation ( 100 ) are arranged and each one along the respective wing blade extending fluid channel ( 6 ) exhibit.

Method for cooling a component ( 20 ) of an electric machine in which a hybrid cooler ( 1 ) is used according to one of the preceding claims, wherein the component ( 20 ) by means of a hybrid cooler ( 1 ) generated directed air flow ( 41 ) and by means of the hybrid cooler ( 1 ) applied further fluid ( 42 ) is cooled.

Method according to Claim 9, in which a winding head ( 20 ) of the electric machine is cooled.