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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse und einem bezüglich des Gehäuses um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor.
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Die elektrische Maschine weist das Gehäuse auf, bezüglich welchem der Rotor drehbar gelagert ist. Dabei ist der Rotor wenigstens bereichsweise in dem Gehäuse angeordnet. Beispielsweise weist das Gehäuse mehrere, insbesondere zwei, voneinander beabstandete Lager für den Rotor auf. Diese dienen der drehbaren Lagerung des Rotors um die Drehachse. Die Drehachse kann mit einer Längsmittelachse des Rotors beziehungsweise einer Welle des Rotors zusammenfallen. Das der Lagerung des Rotors dienende Lager ist vorzugsweise einem Lagerschild des Gehäuses zugeordnet. Das Lagerschild dient dem endseitigen Abschluss des Gehäuses. Besonders bevorzugt verfügt das Gehäuse über zwei gegenüberliegende Lagerschilde, in welchen jeweils ein Lager zur Lagerung des Rotors angeordnet ist.
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Während eines Betriebs der elektrischen Maschine entsteht Wärme, welche abgeführt werden muss, beispielsweise in Richtung einer Außenumgebung der elektrischen Maschine. Das Abführen der Wärme ist insbesondere über das Gehäuse vorgesehen. Beispielsweise kann das Gehäuse zur konvektiven Kühlung der elektrischen Maschine ausgestaltet sein, also beispielsweise oberflächenvergrößernde Elemente, insbesondere Kühlrippen, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die elektrische Maschine aktiv gekühlt und zu diesem Zweck an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sein. In dem Kühlmittelkreislauf zirkuliert ein Fluid, insbesondere ein Kühlmittel, welches zur Kühlung des Gehäuses herangezogen wird. Beispielsweise verfügt das Gehäuse hierzu über wenigstens einen Kühlmittelkanal, welcher zumindest zeitweise von dem Kühlmittel durchströmt wird.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
EP 2 445 090 A1 bekannt. Diese betrifft eine dynamoelektrische Maschine, mit einem aus axial geschichteten Blechen gebildeten Blechpaket eines Stators, wobei in axial verlaufenden Nuten dieses Blechpakets ein Wicklungssystem angeordnet ist, das an den Stirnseiten des Blechpakets Wickelköpfe ausbildet, mit einem aus axial geschichteten Blechen aufgebauten Rotor, der an einer seiner Stirnseiten eine Haltebremsvorrichtung aufweist, die radial innerhalb des Wickelkopfs des Stators angeordnet ist, wobei die Haltebremsvorrichtung einen axial beweglichen Magnetanker, eine Magnetwicklung und einen Magnetkörper aufweist, mit einer Welle, die drehfest mit dem Rotor verbunden ist, mit zumindest einem Lager, dessen Außenring in einem Lagerschild angeordnet ist und dessen Innenring auf der Welle angeordnet ist, wobei die Bremsvorrichtung zwischen Lager und Rotor positioniert ist, und mit einem gemeinsamen Kühlsystem für zumindest Lager und Haltebremsvorrichtung, wobei der Rotor eine dem Magnetanker gegenüberliegende Bremsfläche aufweist.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten elektrischen Maschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine effiziente Kühlung und zudem eine lange Lebensdauer aufweist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotor wenigstens einen dem Gehäuse in axialer Richtung entgegentretenden Rotorvorsprung und das Gehäuse wenigstens einen dem Rotor in axialer Richtung entgegentretenden Gehäusevorsprung aufweist, wobei der Rotorvorsprung und der Gehäusevorsprung im Längsschnitt bezüglich der Drehachse gesehen überlappend angeordnet sind und zur Abdichtung eines zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vorliegenden Fluidraums zumindest einen Dichtring zwischen sich aufnehmen.
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Die elektrische Maschine weist den Fluidraum auf, welcher zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vorliegt. In dem Fluidraum liegt vorzugsweise ein Wärmeübertragungsfluid vor, besonders bevorzugt ist der Fluidraum mit diesem vollständig gefüllt. Der Fluidraum ist unmittelbar zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet. Das bedeutet, dass er wenigstens bereichsweise von dem Rotor und wenigstens bereichsweise von dem Gehäuse begrenzt ist. Über das in dem Fluidraum vorgesehene Wärmeübertragungsfluid kann insoweit eine effiziente Kühlung auch des Rotors gewährleistet werden. Die an dem Rotor anfallende beziehungsweise vorliegende Wärme wird über das Wärmeübertragungsfluid an das Gehäuse abgegeben und von diesem abgeführt. Mithilfe einer derartigen Ausgestaltung der elektrischen Maschine kann die zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vorliegende Temperaturdifferenz beziehungsweise der zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vorliegende Temperaturgradient verringert werden. Aufgrund dieser Verringerung kann eine längere Lebensdauer, insbesondere des zur Lagerung des Rotors verwendeten Lagers, sichergestellt werden.
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Zum Abdichten des Fluidraums von weiteren Bereichen der elektrischen Maschine ist der wenigstens eine Dichtring vorgesehen. Dieser liegt zwischen dem Rotorvorsprung und dem Gehäusevorsprung vor. Das bedeutet, dass er einerseits an dem Rotorvorsprung anliegt beziehungsweise an diesem befestigt ist und andererseits an dem Gehäusevorsprung anliegt beziehungsweise an diesem befestigt ist. Beispielsweise besteht der Dichtring aus einem Befestigungsring sowie einer flexiblen Dichtlippe, welche sich ausgehend von dem Befestigungsring von diesem fort erstreckt. Beispielsweise ist nun der Befestigungsring an dem Rotorvorsprung befestigt, während die flexible Dichtlippe dichtend an dem Gehäusevorsprung anliegt. Umgekehrt kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass der Befestigungsring an dem Gehäusevorsprung befestigt ist, während die flexible Dichtlippe dichtend an dem Rotorvorsprung anliegt. Die Dichtlippe ist vorzugsweise einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Befestigungsring ausgestaltet.
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Mithilfe der beschriebenen Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist eine besonders platzsparende Anordnung des Dichtrings bei gleichzeitig hervorragender Dichtwirkung und Lebensdauer realisiert. Der Rotorvorsprung ist dabei dem Rotor zugeordnet und erstreckt sich in axialer Richtung in Richtung des Gehäuses. Umgekehrt ist der Gehäusevorsprung an dem Gehäusevorsprung vorgesehen und erstreckt sich in axialer Richtung in Richtung des Rotors. Darunter ist zu verstehen, dass der Rotorvorsprung und/oder der Gehäusevorsprung im Längsschnitt gesehen eine Haupterstreckungsrichtung aufweisen, welche eine axiale Komponente aufweist, welche größer ist als eine radiale Komponente. Besonders bevorzugt verläuft die Haupterstreckungsrichtung des Rotorvorsprungs und/oder des Gehäusevorsprungs genau in axialer Richtung, liegt also parallel zu der Drehachse. Der Rotorvorsprung und der Gehäusevorsprung sind in radialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet, wobei sie im Längsschnitt bezüglich der Drehachse gesehen einander überlappen. Aufgrund dieser Überlappung kann mithilfe des Dichtrings die Abdichtung des Fluidraums sichergestellt werden.
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Es kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Rotorvorsprung an einem Wärmeübertragungselement ausgebildet ist, welches an einem Kurzschlussläufer des Rotors wärmeübertragend befestigt ist. Grundsätzlich kann die elektrische Maschine beliebig ausgestaltet sein beziehungsweise eine beliebige Bauart aufweisen. Besonders bevorzugt ist die elektrische Maschine jedoch als Induktionsmaschine beziehungsweise als Asynchronmaschine ausgestaltet. Entsprechend verfügt der Rotor über den Kurzschlussläufer beziehungsweise ist als ein solcher ausgestaltet. Das Wärmeübertragungselement ist nun wärmeübertragend mit dem Kurzschlussläufer verbunden, vorzugsweise liegt er flächig an diesem an und ist an ihm befestigt. Besonders bevorzugt weist das Wärmeübertragungselement eine Erstreckung in radialer Richtung auf, die derart bemessen ist, dass der Kurzschlussläufer im Längsschnitt gesehen vollständig überdeckt beziehungsweise übergriffen ist.
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Beispielsweise ist das Wärmeübertragungselement von einem Fliehkraftsicherungselement, insbesondere des Kurzschlussläufers, ausgebildet. Dem Rotor, bevorzugt dem Kurzschlussläufer, ist insoweit das Fliehkraftsicherungselement zugeordnet. Das Fliehkraftsicherungselement ist derart ausgestaltet, dass sich der Rotor zumindest bereichsweise, insbesondere der Kurzschlussläufer, in radialer Richtung nach außen an dem Fliehkraftsicherungselement abstützen kann. Dies ist insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine von Bedeutung, bei welchen ansonsten eine zentrifugalkraftbedingte Aufweitung des Rotors beziehungsweise des Kurzschlussläufers auftreten könnte. Mithilfe des Fliehkraftsicherungselements wird eine derartige Aufweitung verhindert. Zu diesem Zweck ist das Fliehkraftsicherungselement vorzugsweise starr und/oder massiv ausgebildet. Das Wärmeübertragungselement bildet nun einen Bestandteil des Fliehkraftsicherungselements beziehungsweise wird von diesem ausgebildet. Das bedeutet, dass der wenigstens eine Rotorvorsprung von dem Fliehkraftsicherungselement ausgeht, insbesondere materialeinheitlich und/oder einstückig mit diesem ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine den Fluidraum begrenzende Wand des Rotors und/oder des Gehäuses eine oberflächenvergrößernde Struktur aufweist. Mithilfe der oberflächenvergrößernden Struktur wird die von dem Wärmeübertragungsfluid benetzte Fläche der Wand des Rotors beziehungsweise des Gehäuses gegenüber einer glatten Wand vergrößert. Entsprechend steigt die übertragbare Wärmemenge, welche von der jeweiligen Wand auf das Wärmeübertragungsfluid oder umgekehrt übergeht. Die oberflächenvergrößernde Struktur weist beispielsweise wenigstens eine Rippe, besonders bevorzugt eine Vielzahl von Rippen auf. Beispielsweise sind die Rippen konzentrisch angeordnet, insbesondere zu der Drehachse. Aufgrund der konzentrischen Anordnung der Rippen wird der aufgrund des Wärmeübertragungsfluids und der oberflächenvergrößernden Struktur auftretende Reibungsverlust verringert und gleichzeitig die für eine Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert.
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Besonders bevorzugt ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens einen Kühlmittelkanal eines Kühlmittelkreislaufs aufweist. Vorstehend wurde bereits darauf eingegangen, dass die elektrische Maschine vorzugsweise aktiv gekühlt ist. Zu diesem Zweck ist der Kühlmittelkreislauf vorgesehen, über welchen der elektrischen Maschine ein Kühlmittel zuführbar ist. In dem Gehäuse ist der wenigstens eine Kühlmittelkanal ausgebildet, welcher vorzugsweise während des Betriebs der elektrischen Maschine von dem Kühlmittel durchströmt ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Dichtung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Abdichtung des Fluidraums einerseits mittels des Dichtrings und andererseits mittels der Dichtung erfolgt. Neben dem vorstehend bereits erwähnten Dichtring ist die Dichtung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet. Diese dient ebenso wie der Dichtring der Abdichtung des Fluidraums. Der Dichtring und die Dichtung sind vorzugsweise beabstandet voneinander angeordnet, insbesondere in axialer und/oder radialer Richtung. Der Fluidraum wird entsprechend einerseits mittels des Dichtrings und andererseits mittels der Dichtung abgedichtet. Auch die Dichtung liegt sowohl an dem Rotor als auch dem Gehäuse an. Auf diese Art und Weise kann die Dichtung den Fluidraum gegenüber benachbarten Bereichen der elektrischen Maschine abdichten.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung als weiterer Dichtring oder als Lager, insbesondere als Rotorlager zur Lagerung des Rotors bezüglich des Gehäuses, vorliegt. Einerseits kann die Dichtung als Dichtring ausgestaltet sein und insoweit analog zu den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich des Dichtrings aus einem Befestigungsring sowie einer von diesem ausgehenden Dichtlippe bestehen. Beispielsweise unterscheidet sich der weitere Dichtring von dem Dichtring hinsichtlich seines Durchmessers. Bei einer derartigen Ausgestaltung können die Dichtringe in radialer Richtung beabstandet voneinander angeordnet, jedoch axial überlappend vorliegen. Alternativ kann die Dichtung auch als Lager vorliegen. Das Lager kann beispielsweise ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Besonders bevorzugt dient das Lager zur Lagerung des Rotors bezüglich des Gehäuses und kann insoweit als Rotorlager bezeichnet werden. Beispielsweise wird mit dem Lager eine Welle des Rotors bezüglich des Gehäuses drehbar gelagert. Das Lager ist dabei fluiddicht oder zumindest nahezu fluiddicht ausgestaltet, sodass das Wärmeübertragungsfluid nicht durch das Lager hindurch gelangen kann, sondern in dem Fluidraum gehalten wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Dichtring und der weitere Dichtring in axialer Richtung überlappend angeordnet sind. Auf eine derartige Ausgestaltung wurde vorstehend bereits hingewiesen. Üblicherweise weisen die Dichtringe bei einer derartigen Ausgestaltung unterschiedliche Durchmesser auf, sodass sie in radialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sind, jedoch in axialer Richtung überlappen und/oder an derselben Axialposition vorgesehen sind.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der weitere Dichtring einem weiteren Gehäusevorsprung und/oder einem weiteren Rotorvorsprung zugeordnet ist. Der weitere Dichtring liegt insoweit dichtend an dem weiteren Gehäusevorsprung und/oder dem weiteren Rotorvorsprung an. Beispielsweise ist er zwischen dem weiteren Gehäusevorsprung und dem weiteren Rotorvorsprung angeordnet. Der weitere Gehäusevorsprung ist dem Gehäuse zugeordnet und tritt dem Rotor in axialer Richtung entgegen. Analog dazu ist der weitere Rotorvorsprung dem Rotor zugeordnet beziehungsweise bildet einen Bestandteil von diesem und tritt dem Gehäuse in axialer Richtung entgegen. Besonders bevorzugt ist der weitere Gehäusevorsprung parallel zu dem Gehäusevorsprung und/oder der weitere Rotorvorsprung parallel zu dem Rotorvorsprung angeordnet. Insbesondere ist der weitere Gehäusevorsprung dabei im Längsschnitt gesehen überlappend mit dem Gehäusevorsprung und der weitere Rotorvorsprung im Längsschnitt gesehen überlappend mit dem Rotorvorsprung angeordnet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rotorvorsprung und der weitere Rotorvorsprung den Gehäusevorsprung – im Längsschnitt gesehen – zwischen sich aufnehmen. Der Rotor weist insoweit den Rotorvorsprung sowie den weiteren Rotorvorsprung auf, welche sich in Richtung des Gehäuses erstrecken und dabei vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind. Insbesondere liegen der Rotorvorsprung und der weitere Rotorvorsprung an derselben Axialposition vor und weisen zudem dieselbe Erstreckung in axialer Richtung auf. Zwischen dem Rotorvorsprung und dem weiteren Rotorvorsprung liegt ein Hohlraum vor, in welchen der Gehäusevorsprung hineinragt. Der Fluidraum wird insoweit von dem Gehäusevorsprung, dem Rotorvorsprung und dem weiteren Rotorvorsprung begrenzt. Beispielsweise liegt nun zwischen dem Gehäusevorsprung und dem Rotorvorsprung der Dichtring und zwischen dem Gehäusevorsprung und dem weiteren Rotorvorsprung der weitere Dichtring vor, sodass der Gehäusevorsprung beidseitig dichtend umgriffen ist.
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Es kann zudem in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Fluidraum bereichsweise von einer Welle des Rotors begrenzt ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung steht die Welle zumindest zeitweise in Kontakt mit dem Wärmeübertragungsfluid, welches in dem Fluidraum vorliegt. Entsprechend kann Wärme unmittelbar von der Welle abgeführt werden. Auf diese Art und Weise wird die Kühlung des Rotors weiter verbessert.
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Beispielsweise ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der weitere Dichtring zwischen dem Gehäuse und der Welle angeordnet ist. Das bedeutet, dass der weitere Dichtring sowohl an dem Gehäuse als auch an der Welle dichtend anliegt. Somit wird das Austreten des Wärmeübertragungsfluids aus der elektrischen Maschine effektiv verhindert.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Fluidraum fluiddicht ist und ein Wärmeübertragungsfluid enthält. Der Fluidraum wird also vorzugsweise lediglich einmalig mit dem Wärmeübertragungsfluid befüllt und anschließend betrieben, ohne dass ein Austausch des Wärmeübertragungsfluids vorgenommen wird. Beispielsweise wird in dem Fluidraum eine Menge des Wärmeübertragungsfluids angeordnet, welche über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Maschine hinweg ausreicht. Somit kann über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Maschine eine effiziente Kühlung sichergestellt werden, auch ohne dass ein Austausch und/oder ein Nachfüllen des Wärmeübertragungsfluids notwendig wäre. Das Wärmeübertragungsfluid ist vorzugsweise ein Öl, insbesondere ein Thermalöl. Als Öl kann beispielsweise ein Mineralöl, ein Synthetiköl oder dergleichen zum Einsatz kommen. Beispielsweise wird ein Silikonöl verwendet.
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Schließlich kann in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Fluidraum fluidtechnisch an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die elektrische Maschine an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen sein kann. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, das Gehäuse mittels des Kühlmittelkreislaufs beziehungsweise des in ihm zirkulierenden Kühlmittels zu kühlen. Darüber hinausgehend soll nun auch dem Fluidraum das Kühlmittel zugeführt werden, welches in diesem als Wärmeübertragungsfluid dient. Bei dieser Ausgestaltung der elektrischen Maschine liegt also das Wärmeübertragungsfluid in Form des Kühlmittels vor. Beispielsweise wird das Kühlmittel dem Fluidraum im Längsschnitt gesehen einerseits der Längsmittelachse zugeführt und andererseits der Längsmittelachse wieder entnommen. Entsprechend umströmt das Kühlmittel beziehungsweise Wärmeübertragungsfluid in dem Fluidraum die Welle, sodass eine gleichmäßige Kühlung über den gesamten Querschnitt der elektrischen Maschine sichergestellt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform einer elektrischen Maschine, wobei zwischen einem Rotor und einem Gehäuse der elektrischen Maschine ein Fluidraum vorgesehen ist,
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2 eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform der elektrischen Maschine,
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3 eine Längsschnittdarstellung durch einen Bereich der elektrischen Maschine in einer dritten Ausführungsform, sowie
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4 eine Längsschnittdarstellung durch eine vierte Ausführungsform der elektrischen Maschine.
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Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Bereich einer elektrischen Maschine 1, wobei ein Bereich eines Gehäuses 2, insbesondere ein Lagerschild 3 des Gehäuses 2, erkennbar ist. Weiterhin verfügt die elektrische Maschine 1 über einen Rotor 4, der um eine Drehachse 5 bezüglich des Gehäuses 2 drehbar gelagert ist. Zu diesem Zweck verfügt der Rotor 4 über eine Welle 6, welche mittels eines Lagers 7, beispielsweise eines Wälzlagers, an dem Gehäuse 2, insbesondere an dem Lagerschild 3 gelagert ist. Das Lager 7 ist dabei in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 5 gesehen vorzugsweise vollständig in dem Lagerschild 3 aufgenommen. Weiterhin verfügt der Rotor 4 über einen Kurzschlussläufer 8, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Welle 6 in Umfangsrichtung vollständig umgreift und entsprechend kreisringförmig ausgebildet ist.
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Unmittelbar zu dem Kurzschlussläufer 8 in axialer Richtung benachbart ist ein Wärmeübertragungselement 9 vorgesehen, welches vorzugsweise flächig an dem Kurzschlussläufer 8 anliegt und an diesem befestigt ist. Der Rotor 4 beziehungsweise das Wärmeübertragungselement 9 weist einen Rotorvorsprung 10 sowie einen weiteren Rotorvorsprung 11 auf. Der Rotorvorsprung 10 und der weitere Rotorvorsprung 11 erstrecken sich in axialer Richtung und treten dabei dem Gehäuse 2, insbesondere dem Lagerschild 3, entgegen. Im Längsschnitt gesehen verlaufen der Rotorvorsprung 10 und der weitere Rotorvorsprung 11 vorzugsweise ausschließlich in axialer Richtung, sind also parallel zueinander und parallel zu der Drehachse 5 ausgerichtet.
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Das Gehäuse 2 verfügt über einen Gehäusevorsprung 12, der im Längsschnitt gesehen zwischen den Rotorvorsprung 10 und den weiteren Rotorvorsprung 11 eingreift. Der Rotorvorsprung 10 und der weitere Rotorvorsprung 11 nehmen den Gehäusevorsprung 12 insoweit – im Längsschnitt gesehen – zwischen sich auf. Der Gehäusevorsprung 12 ist beispielsweise Bestandteil des Lagerschilds 3 und insoweit einstückig und/oder materialeinheitlich mit diesem ausgestaltet. Alternativ kann er jedoch auch an einem separaten Kühlelement 13 vorliegen, welcher an dem Gehäuse 2, insbesondere an dem Lagerschild 3, flächig anliegt und an diesem befestigt ist.
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Dem Rotorvorsprung 10 ist nun ein Dichtring 14 und dem weiteren Rotorvorsprung 11 eine Dichtung 15 zugeordnet, wobei die Dichtung 15 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als weiterer Dichtring ausgestaltet ist. Der Dichtring 14 liegt dichtend an dem Gehäusevorsprung 12 sowie dem Rotorvorsprung 10 an. Der weitere Dichtring 15 dagegen liegt dichtend sowohl an dem Gehäusevorsprung 12 als auch an dem weiteren Rotorvorsprung 11 an. Insoweit nehmen der Rotorvorsprung und der Gehäusevorsprung 12 den Dichtring 14 und der weitere Rotorvorsprung 11 und der Gehäusevorsprung 12 den weiteren Dichtring 15 zwischen sich auf. Hierdurch ist ein zwischen dem Rotor 4 und dem Gehäuse 2 vorliegender Fluidraum 16 abgedichtet. In dem Fluidraum 16 ist vorzugsweise ein Wärmeübertragungsfluid angeordnet. Insbesondere ist der Fluidraum 16 vollständig mit dem Wärmeübertragungsfluid gefüllt. Als Wärmeübertragungsfluid kann beispielsweise Öl, insbesondere ein Thermalöl, oder dergleichen verwendet werden.
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Der Fluidraum ist in der hier dargestellten Ausführungsform fluiddicht und wird dabei von dem Gehäuse 2 in Form des Kühlelements 13, dem Rotor 4 in Form des Wärmeübertragungselements 9 sowie den Dichtringen 14 und 15 begrenzt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass eine Wand 17 des Gehäusevorsprungs 12, welche den Fluidraum 16 begrenzt, eine oberflächenvergrößernde Struktur 18 aufweist. Diese verfügt beispielsweise über eine Vielzahl von Rippen 19, von welchen hier lediglich einige beispielhaft gekennzeichnet sind. Die Rippen 19 sind vorzugsweise konzentrisch zu der Drehachse 5 angeordnet. Mit einer derartigen Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1 kann eine besonders effiziente Kühlung des Rotors 4, insbesondere des Kurzschlussläufers 8, realisiert sein.
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Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Auf die vorstehenden Ausführungen wird verwiesen, wobei nachfolgend auf die Unterschiede eingegangen wird. Der Lagerschild 3 ist in der hier gewählten Darstellung abgesetzt von dem Kühlelement 13 dargestellt. Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform liegt darin, dass der Fluidraum 16 fluidtechnisch an einen Kühlmittelkreislauf 20 angeschlossen ist. Der Kühlmittelkreislauf 20 weist wenigstens einen Kühlmittelkanal 21 auf, welcher das Gehäuse 2, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel den Lagerschild 3, durchgreift. Der Kühlmittelkanal 21 steht über Durchbrüche 22, welche in dem Kühlelement 13 ausgebildet sind, in Fluidverbindung mit dem Fluidraum 16.
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Ein weiterer Kühlmittelkanal 23, der ebenfalls in dem Gehäuse 2 beziehungsweise dem Lagerschild 3 ausgebildet ist, kommuniziert über Durchbrüche 24 fluidtechnisch mit dem Fluidraum 16. Über den Kühlmittelkanal 21 sowie die Durchbrüche 22 kann nun dem Fluidraum 16 ein Kühlmittel zugeführt werden, welches in dem Kühlmittelkreislauf vorliegt beziehungsweise zirkuliert. Durch die Durchbrüche 24 und den Kühlmittelkanal 23 kann anschließend das Kühlmittel wieder aus dem Fluidraum 16 entnommen werden. Entsprechend kann bei Bedarf eine ständige Zirkulation des Kühlmittels in dem Fluidraum 16 bewirkt werden. Das Wärmeübertragungsfluid liegt bei einer derartigen Ausgestaltung in Form des Kühlmittels vor.
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Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der elektrischen Maschine im Längsschnitt. Hier ist nun das Wärmeübertragungselement 9 als Fliehkraftsicherungselement für den Kurzschlussläufer 8 ausgestaltet. Eine derartige Ausgestaltung kann selbstverständlich auch bei den weiteren Ausführungsformen, insbesondere der ersten Ausführungsform sowie der zweiten Ausführungsform, vorgesehen sein. Auf die vorstehenden Ausführungen wird grundsätzlich hingewiesen, wobei nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen wird. Der Dichtring 14 liegt weiterhin dichtend zwischen dem Gehäusevorsprung 12 sowie dem Rotorvorsprung 10 vor. Die Dichtung 15 beziehungsweise der Dichtring 15 ist allerdings zwischen dem Gehäuse 2 sowie der Welle 6 angeordnet. Das bedeutet, dass der weitere Dichtring 15 dichtend sowohl an dem Gehäuse, insbesondere dem Lagerschild 3 oder dem Kühlelement 13, sowie an der Welle 6 anliegt. Insoweit wird der Fluidraum 16 wenigstens bereichsweise von der Welle 6 begrenzt.
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Dargestellt ist hier eine Ausführungsform mit Durchbrüchen 22 und 24. Selbstverständlich sind diese jedoch rein optional, sodass auch eine Ausführungsform ohne diese Durchbrüche 22 und 24 realisierbar ist. In diesem Fall steht der Fluidraum 16 nicht in Fluidverbindung mit den Kühlmittelkanälen 21 und 23, sondern ist vielmehr fluiddicht. Die Kühlmittelkanäle 21 und 23 können nichtsdestotrotz vorhanden sein, um eine Kühlung des Gehäuses 2 zu realisieren. Auch hier ist jedoch eine Ausführungsform ohne Kühlmittelkanäle 21 und 23 möglich. Der weitere Dichtring 15 liegt dabei an einem weiteren Gehäusevorsprung 25 dichtend an, welcher bevorzugt ebenfalls dem Kühlelement 13 zugeordnet ist. Der weitere Gehäusevorsprung 25 erstreckt sich in axialer Richtung hin zu dem Rotor 4. Beispielsweise ist er dabei auf Stoß zu dem Rotorvorsprung 10 angeordnet.
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Die 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Diese ähnelt der dritten Ausführungsform, sodass auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird. Der Unterschied zu der dritten Ausführungsform liegt darin, dass der weitere Dichtring 15 nicht notwendig ist. Entsprechend kann auch der weitere Gehäusevorsprung 25 entfallen. Dies wird durch die Verwendung eines fluiddichten Lagers 7 realisiert. Der Fluidraum 16 wird insoweit wenigstens bereichsweise von dem Lager 7 begrenzt. Auch hier ist selbstverständlich eine Ausführungsform ohne die Durchbrüche 22 und 24 realisierbar.
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Die vorstehend beschriebene elektrische Maschine 1 zeichnet sich durch eine hervorragende Kühlbarkeit des Rotors 4, insbesondere des Kurzschlussläufers 8, auf. Die an dem Rotor 4 anfallende Wärme wird mittels des Wärmeübertragungsfluids in Richtung des Gehäuses 2, vorzugsweise in Richtung des Lagerschilds 3, geleitet. Ausgehend von dem Gehäuse 2 beziehungsweise dem Lagerschild 3 kann die Wärme anschließend in eine Außenumgebung der elektrischen Maschine 1 abgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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