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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche elektrische Maschine, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise der
DE 10 2014 018 223 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor sowie einen Stator, welche zumindest eine Wicklung aufweist. Beispielsweise ist durch die Wicklung wenigstens ein Wickelkopf gebildet. Der Rotor ist dabei um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar. Die Wicklung weist wenigstens eine dem Rotor zugewandte Fläche auf, welche mit einer von dem Rotor in radialer Richtung nach außen durch Drehen des Rotors abgesprühten Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Wicklung beaufschlagbar ist. Mit anderen Worten, wird der Rotor, beispielsweise über den Stator, angetrieben und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Stator gedreht, so wird eine Kühlflüssigkeit, insbesondere in Form von Öl, von dem Rotor abgeschleudert beziehungsweise abgesprüht. Durch die infolge des Drehens des Rotors auf die Kühlflüssigkeit wirkende Fliehkraft, welche insbesondere in radialer Richtung nach außen gerichtet ist, wird die Kühlflüssigkeit von dem Rotor in Richtung des Stators abgeschleudert und somit abgesprüht, so dass die Kühlflüssigkeit insbesondere auf die genannte Fläche der Wicklung trifft. Dadurch kann die Wicklung, auf deren Fläche die Kühlflüssigkeit auftrifft, mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt werden.
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Ferner offenbart die
DE 10 2011 121 042 A1 eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine mit einem Rotor mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten, welche jeweils in einer Magnettasche angeordnet sind. Dabei ist der Rotor ölgekühlt. Am Innenumfang eines Rotorkerns ist eine Mehrzahl von axial verlaufenden ersten Kühlkanälen angeordnet, wobei einer jeden Magnettasche ein separater erster Kühlkanal zugeordnet ist und an dem Rotorträger jeweils zumindest eine Durchtrittsöffnung zwischen einem Innenraum des Rotors und einem ersten Kühlkanal angeordnet ist. Endseitig des Rotorkerns ist jeweils ein Ölleitring angeordnet, in welchem Kanäle zur fluidischen Kopplung von erstem Kühlkanal und Magnettasche oder stirnseitige Öffnungen der Magnettasche angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden ist es, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung der Wicklung realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung der Wicklung realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Fläche zumindest in einem Teilbereich schräg zur axialen Richtung des Rotors verläuft. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Fläche zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Rotors verläuft. Hierdurch kann die Wicklung auf besonders effektive Weise durch eine Sprühkühlung gekühlt werden. Unter einer solchen Sprühkühlung ist eine Kühlung zu verstehen, bei welcher die Kühlflüssigkeit – wenn der Rotor relativ zum Stator gedreht wird – von dem Rotor insbesondere in radialer Richtung nach außen und somit in Richtung der Fläche abgeschleudert und dadurch abgesprüht wird. Die von dem Rotor abgeschleuderte beziehungsweise abgesprühte Kühlflüssigkeit, welche beispielsweise als Öl beziehungsweise Kühlöl ausgebildet ist, kann auf die Fläche auftreffen, wodurch die Wicklung gekühlt wird. Da die Fläche schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verläuft, ist die Fläche besonders groß, so dass eine besonders hohe Menge an von dem Rotor abgesprühter Kühlflüssigkeit auf die Wicklung auftreffen kann.
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Die Fläche ist beispielsweise durch einen durch die Wicklung gebildeten Wickelkopf gebildet, so dass der Wickelkopf mittels der Kühlflüssigkeit besonders effektiv gekühlt werden kann. Hierdurch ist eine gute thermische Anbindung des Wickelkopfes realisiert. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine gute thermische Anbindung des Wickelkopfes beziehungsweise von Wickelköpfen der elektrischen Maschine deren Dauerleistung gegenüber herkömmlichen elektrischen Maschinen deutlich gesteigert werden kann. Somit ist es beispielsweise möglich, bei gegebenen, äußeren Abmessungen der elektrischen Maschine eine besonders hohe Leistung dieser zu realisieren. Alternativ ist es denkbar, bei gegebener Leistung der elektrischen Maschine deren Bauraumbedarf zu reduzieren. Dadurch können Bauraumkonflikte in dem Kraftwagen gelöst werden. Darüber hinaus können das Gewicht und die Materialkosten im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Maschinen reduziert werden.
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In elektrischen Antrieben erzeugen die Wicklungen den höchsten Anteil an entstehenden Verlusten, wobei diese Verluste in Wärme umgesetzt werden. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine ist die Verbesserung der thermischen Anbindung, das heißt der Kühlung der elektrischen Maschine und insbesondere deren Wicklungen erforderlich. In einer solchen elektrischen Maschine wird beispielsweise Wärme von der Wicklung an einen Kühlmantel übertragen. Dort muss die Wärme aus der Wicklung über mehrere Kontaktwiderstände und durch ein Statorblech geleitet werden. Beim Einsatz eines solchen Kühlmantels muss der Durchmesser eines Gehäuses der elektrischen Maschine vergrößert werden, was zu einer Gewichtszunahme führt.
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Im Gegensatz dazu kann durch die zuvor beschriebene Sprühkühlung eine Vergrößerung des Gehäuses vermieden werden. Durch die Sprühkühlung kann eine direkte Kühlung der Wicklung realisiert werden, da die Kühlflüssigkeit die Wicklung, insbesondere den Wickelkopf, direkt berühren kann. Dabei existiert eine besonders große Temperaturdifferenz für eine Wärmeübergabe von der Wicklung an die Kühlflüssigkeit, da die Kühlflüssigkeit direkt sogenannte Hotspots, an denen die Wicklung besonders warm wird, kontaktieren kann. Durch eine vorteilhafte geführte Strömung der Kühlflüssigkeit, welche ein Kühlmedium darstellt, kann eine besonders große Fläche hinter dem Wickelkopf direkt gekühlt werden. Im Vergleich mit einer freien Konvektion, insbesondere mit Luft, kann der Wärmeübergangskoeffizient um ein Vielfaches gesteigert werden. Der Wärmeübergang wird insbesondere mit Q . bezeichnet und ergibt sich zu: Q . = α × A × (TW – T∞)
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Dabei bezeichnet Q . den Wärmestrom beziehungsweise den Wärmeübergang, α den Wärmeübergangskoeffizienten, A die Kühlfläche und (TW – T∞) die Temperaturdifferenz zwischen der Wicklung und der Kühlflüssigkeit.
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Da die Fläche schräg zur axialen Richtung verläuft, ist die Fläche besonders groß, so dass in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von der Wicklung, insbesondere dem Wickelkopf, an die Kühlflüssigkeit übergehen kann. Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte thermische Anbindung der Wicklung, insbesondere des Wickelkopfes, realisiert, so dass eine hohe Dauerleistung der elektrischen Maschine realisiert werden kann. Die Fläche ist insbesondere auf einer in radialer Richtung nach innen weisenden Innenseite der Wicklung angeordnet, so dass die Fläche besonders gut mit der Kühlflüssigkeit besprüht werden kann. Durch den schrägen Verlauf der Fläche ist eine Schrägung an der Innenseite realisiert, wobei die Innenseite auch als Unterseite bezeichnet wird. Durch diese Schrägung an der Unterseite kann die Kühlflüssigkeit um den Wickelkopf geleitet werden, so dass eine besonders große Fläche insgesamt für den Wärmetransport zur Verfügung steht. Dadurch kann die Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite beziehungsweise Unterseite und einer in radialer Richtung nach außen weisenden Außenseite der Wicklung gering gehalten werden, da die Wicklung, insbesondere der Wickelkopf, besonders vorteilhaft von der Kühlflüssigkeit umströmt werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Dauerleistung der elektrischen Maschine realisiert werden.
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Die zuvor genannte Sprühkühlung der Wicklung ist eine Flüssigkeitskühlung, welche auch als offene Flüssigkeitskühlung bezeichnet wird. Durch diese offene Flüssigkeitskühlung kann eine besonders kompakte Bauweise der elektrischen Maschine realisiert werden bei gleichzeitiger Realisierung einer besonders guten Wärmeabfuhr von Verlustwärme im Betrieb der elektrischen Maschine. Dadurch ist eine besonders hohe Leistungsdichte darstellbar.
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Bei der offenen Flüssigkeitskühlung wird die Kühlflüssigkeit zentral über den Rotor, insbesondere eine Rotorwelle, eingespeist, wobei die Kühlflüssigkeit durch infolge der Drehung des Rotors entstehende Fliehkräfte in radialer Richtung nach außen gelangt. Insbesondere ist es denkbar, die Kühlflüssigkeit in radialer Richtung nach außen durch den Rotor in Richtung des Stators zu führen, wobei hierzu von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Kanäle vorgesehen sein können. Diese Kanäle können in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung verlaufen. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die Kühlflüssigkeit infolge der Fliehkraft über wenigstens einen axialen Kanal und/oder wenigstens einen radialen Kanal aus dem Rotor austreten und gegen die Fläche gesprüht werden kann. Dadurch können die Wicklung und somit der Stator insgesamt gekühlt werden. Durch den schrägen Verlauf der Fläche kann sich die auf die Fläche gesprühte Kühlflüssigkeit besonders gut auf der Fläche verteilen sowie besonders gut um die Wicklung, insbesondere den Wickelkopf, herum fließen. Durch einen rein axialen Verlauf der Fläche träfe die Kühlflüssigkeit fast senkrecht auf die Fläche auf und die Sprühbewegung der Kühlflüssigkeit verpuffte, so dass die Kühlflüssigkeit nicht oder zumindest nicht viel weiter nach außen an dem Wickelkopf des stehenden Stators flösse. Dies ist vor allem für obere Wickelköpfe ein Problem, da dann die Schwerkraft die Kühlflüssigkeit wieder nach unten, das heißt in radialer Richtung nach innen zieht, so dass die Kühlflüssigkeit nicht den gesamten Wickelkopf kühlen kann, bevor sie wieder in radialer Richtung nach innen beziehungsweise nach unten läuft.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Fläche in axialer Richtung von außen nach innen und dabei in radialer Richtung von innen nach außen verläuft, so dass die Fläche zu einem axialen Ende des Stators hin radial nach außen verläuft. Hierdurch wird die Sprühbewegung der auf die Fläche auftreffenden Kühlflüssigkeit nicht vollständig abgebremst, da die Kühlflüssigkeit nicht streng senkrecht in radialer Richtung nach außen auf die Fläche trifft, sondern die Kühlflüssigkeit beziehungsweise die Sprühbewegung bekommt zumindest noch einen Teil der Bewegungsenergie mit, wodurch die Kühlflüssigkeit weiter am Wickelkopf nach außen getrieben wird. In der Folge kann die Kühlflüssigkeit den Wickelkopf umfließen und dadurch besonders gut kühlen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden. Insbesondere können obere Wickelköpfe besonders gut gekühlt werden. Unter einem solchen oberen Wickelkopf ist ein Wickelkopf zu verstehen, welcher bezogen auf eine Einbaulage der elektrischen Maschine in Fahrzeughochrichtung oberhalb des Rotors angeordnet ist.
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Die Abschrägung der Innenseite beziehungsweise Unterseite der Wicklung, insbesondere des Wickelkopfes, kann dabei durch die Wicklung selbst erfolgen und dabei beispielsweise durch die Wicklungsreihenfolge eingestellt werden. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass der Teilbereich durch Wickeln der Wicklung ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass der Teilbereich durch ein sich an ein Wickeln der Wicklung anschließendes Verformen ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Abschrägung der Unterseite durch ein nachträgliches Verformen der Wicklung, insbesondere des gewickelten Wickelkopfes, realisiert ist.
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Die schräge Fläche beziehungsweise der schräge Teilbereich kann eine ebene, insbesondere vollständig ebene, Fläche sein oder als gekrümmte Oberfläche ausgebildet sein. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die Fläche zumindest in einem Teilbereich gekrümmt oder eben ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass die Fläche einen sich an den Teilbereich anschließenden, weiteren Teilbereich aufweist, welcher streng in axialer Richtung verlaufen kann. Dieser weitere Teilbereich ist vorzugsweise ein nur geringer Teilbereich, der insbesondere kleiner als der erste Teilbereich ist, wobei der weitere Teilbereich vorzugsweise nicht direkt im Bereich einer Trefffläche der Sprühkühlung liegt und dann über einen Staudruck der sich ansammelnden Kühlflüssigkeit am Wickelkopf beflutet wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass der schräge Teilbereich einen Winkel von 30 Grad mit der axialen Richtung einschließt. Dieser Winkel ist ein Neigungswinkel der schrägen Fläche. Selbstverständlich sind andere Winkel denkbar.
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Bei den Wickelköpfen kann es sich um eine verteilte Wicklung einer insbesondere als Asynchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine handeln. Herkömmlicherweise sind diese Wickelköpfe meist flach beziehungsweise eben oder axial ausgerichtet, da die Krümmung nicht durch die Wicklung in Nuten erfolgt, sondern durch einen Statorkern. Erfindungsgemäß ist es nun jedoch vorgesehen, dass die Fläche zumindest in einem Teilbereich schräg verläuft, um eine vorteilhafte Kühlung zu realisieren. Alternativ ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße elektrische Maschine als Synchronmaschine, insbesondere mit Einzelzahnwicklungen, ausgebildet ist.
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Eine besonders vorteilhafte Kühlung mittels der schrägen Fläche kann durch den Einsatz der zuvor beschriebenen Sprühkühlung realisiert werden. Durch den schrägen Teilbereich ist es möglich, das Umfließen des zumindest nahezu gesamten Wickelkopfes mit der Kühlflüssigkeit zu unterstützen oder zu bewirken, so dass eine besonders hohe Wärmemenge von dem Wickelkopf an die Kühlflüssigkeit übergehen und mittels der Kühlflüssigkeit von der Wicklung beziehungsweise dem Wickelkopf abtransportiert werden kann. Die Fläche kann vollständig eben oder vollständig gekrümmt ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die Fläche abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist, wobei in einem Auftreffbereich, in welchem die Kühlflüssigkeit auf die Fläche auftrifft, eine Winkelkomponente der Auftreffgeschwindigkeit erhalten bleibt, die in Richtung des zu umfließenden Wickelkopfes zeigt und ausreichend groß ist, um durch die Winkelkomponente beziehungsweise Geschwindigkeitskomponente die Kühlflüssigkeit auch entgegen der Schwerkraft weiter um den Wickelkopf fließen zu lassen.
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Auf der der Unterseite in radialer Richtung abgewandten Außenseite beziehungsweise Oberseite genügt dann die Schwerkraft, um die sich dort ansammelnde Kühlflüssigkeit über die Oberfläche der Wicklung, insbesondere des Wickelkopfes, zu verteilen. Die als Sprühöl ausgebildete Kühlflüssigkeit kann dann, insbesondere nach dem Kühlen des Wickelkopfes, durch die Schwerkraft von der Wicklung abtropfen und sich beispielsweise in einem unteren Bereich der elektrischen Maschine, insbesondere deren Gehäuse, sammeln. Von diesem unteren Bereich kann dann die Kühlflüssigkeit beispielsweise abgepumpt und zu einer Kühleinrichtung insbesondere in Form eines Kühlers gefördert werden. Mittels des beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildeten Kühlers kann die Kühlflüssigkeit, welche durch das Kühlen der Wicklung erwärmt wird beziehungsweise erwärmt wurde, wieder gekühlt werden, woraufhin die Kühlflüssigkeit wieder als Kühlöl dem Rotor, insbesondere der Rotorwelle, zugeführt werden kann.
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Die elektrische Maschine kann insbesondere als Synchronmaschine, Asynchronmaschine, Kurzschlussläufer, permanenterregte elektrische Maschine oder andere elektrische Maschine ausgebildet sein. Ferner können alle Wickelformen wie Einzelzahlwicklungen, verteilte Wicklungen etc. zum Einsatz kommen.
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Die Form des Wickelkopfes kann dabei direkt beim Wickeln beziehungsweise beim Verschweißen von Hairpins von verteilten Wicklungen erzeugt beziehungsweise vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, den Wickelkopf, insbesondere den schrägen Teilbereich, durch eine entsprechende Wicklungsreihenfolge auszugestalten. Ferner ist es möglich, den schrägen Teilbereich durch einen Umformschritt nachträglich, das heißt nach dem Wickeln des Wickelkopfes, auszubilden, um dadurch den Wickelkopf in eine gewünschte Form zu bringen. Dabei ist es möglich, die Wicklung, insbesondere den Wickelkopf, zu pressen und/oder zu biegen, um dadurch den schrägen Verlauf des Teilbereiches herzustellen.
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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 der einzigen Figur 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.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit einem Rotor, und mit einem Stator, welcher zumindest eine Wicklung umfasst, die wenigstens eine dem Rotor zugewandte Fläche aufweist, welche mit einer von dem Rotor in radialer Richtung nach außen durch Drehen des Rotors abgesprühten Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Wicklung beaufschlagbar ist, wobei die Fläche zumindest in einem Teilbereich schräg zur axialen Richtung des Rotors verläuft.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete elektrische Maschine, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die elektrische Maschine ist beispielsweise als Traktionsmaschine ausgebildet und dient somit dem Antreiben des Kraftwagens. Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Stator 12 sowie einen Rotor 14, welcher um eine Drehachse 16 relativ zu dem Stator 12 drehbar ist. Der Rotor 14 umfasst eine Welle 18, welche auch als Rotorwelle bezeichnet wird. Ferner umfasst der Rotor 14 ein Blechpaket 20, welches auf der Welle 18 angeordnet und beispielsweise drehfest mit der Welle 18 verbunden ist. Ferner umfasst der Rotor 14 wenigstens eine Endscheibe 22, welche sich in axialer Richtung an das Blechpaket 20 anschließt.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Welle 18 zumindest in einem Längenbereich als Hohlwelle ausgebildet ist und demzufolge einen geschlossenen Hohlquerschnitt 24 aufweist. Der Stator 12 weist wenigstens eine Wicklung auf, durch welche eine Mehrzahl von Wickelköpfen des Stators 12 gebildet ist. Von diesen Wickelköpfen ist ein in der Fig. mit 26 bezeichneter Wickelkopf erkennbar. Der Wickelkopf 26 ist somit beispielsweise ein Teil der genannten Wicklung. Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Rotor 14, insbesondere die Welle 18, in radialer Richtung nach außen zumindest teilweise durch den Wickelkopf 26 überdeckt ist. Die Fig. zeigt die elektrische Maschine 10 in einer Einbaulage, die die elektrische Maschine 10 in fertig hergestelltem Zustand des Kraftwagens einnimmt. Dabei ist der Wickelkopf 26 ein oberer Wickelkopf. Darunter ist zu verstehen, dass der Wickelkopf 26 bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeughochrichtung oberhalb der Rotorwelle (Welle 18) angeordnet ist.
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Die elektrische Maschine 10 umfasst eine Kühlung zum Kühlen der Wickelköpfe, wobei diese Kühlung als Sprühkühlung ausgebildet ist. Die Sprühkühlung wird im Folgenden am Beispiel des Wickelkopfes 26 beschrieben. Dabei ist die Sprühölkühlung eine Sprühölkühlung, da zum Kühlen der Wicklung beziehungsweise des Wickelkopfes 26 eine Kühlflüssigkeit in Form von Öl zum Einsatz kommt. Das Öl wird auch als Kühlöl bezeichnet und durch Drehen des Rotors 18 auf den Wickelkopf 26 gesprüht.
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Die Sprühkühlung umfasst zumindest einen Längenbereich des Hohlquerschnitts 24 als ersten Kühlkanal. Dieser erste Kühlkanal verläuft somit zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Rotors 14. Ferner umfasst die Sprühkühlung wenigstens einen zweiten Kühlkanal 28, welcher zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Rotors 14 verläuft. Vorliegend ist eine Mehrzahl von zweiten Kühlkanälen 28 vorgesehen. Der jeweilige zweite Kühlkanal 28 ist fluidisch mit dem ersten Kühlkanal beziehungsweise dem Hohlquerschnitt 24 verbunden, so dass die den Hohlquerschnitt 24 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung durchströmende Kühlflüssigkeit vom ersten Kühlkanal (Hohlquerschnitt 24) in den jeweiligen zweiten Kühlkanal 28 strömen kann. Werden der Rotor 14 und somit die Rotorwelle um die Drehachse 16 relativ zum Stator 12 gedreht, so resultiert daraus eine auf die Kühlflüssigkeit (Kühlöl) wirkende Fliehkraft, welche in radialer Richtung nach außen und somit in Richtung des Stators 12 und insbesondere in Richtung des Wickelkopfs 26 gerichtet ist. Infolge dieser Fliehkraft kann die Kühlflüssigkeit aus dem ersten Kühlkanal in den jeweiligen zweiten Kühlkanal 28 strömen. Die Kühlflüssigkeit kann den jeweiligen zweiten Kühlkanal 28 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung nach außen durchströmen.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass der zweite Kühlkanal 28 an die Umgebung der Rotorwelle mündet, so dass das den jeweiligen zweiten Kühlkanal 28 durchströmende Kühlöl aus dem jeweiligen zweiten Kühlkanal 28 austreten kann. Infolge der auf die Kühlflüssigkeit wirkenden Fliehkraft wird die Kühlflüssigkeit von dem sich um die Drehachse 16 relativ zum Stator 12 drehenden Rotor 14 in radialer Richtung nach außen abgeschleudert und dadurch abgesprüht, was in der Fig. durch einen Richtungspfeil 30 veranschaulicht ist.
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Der Wickelkopf 26 und somit die Wicklung weisen wenigstens eine dem Rotor 14, insbesondere der Rotorwelle, zugewandte Fläche 32 auf, welche auf einer in radialer Richtung nach innen weisenden und somit dem Rotor 14 zugewandten Seite 34 des Stators 12 angeordnet ist. Die Seite 34 wird auch als Unterseite oder Innenseite bezeichnet. Ferner weist der Wickelkopf 26 eine in radialer Richtung nach außen weisende und somit der Fläche 32 und dem Rotor 14 abgewandte Seite 36 auf, welche auch als Oberseite oder Außenseite bezeichnet wird. Die Fläche 32 ist mit der von dem Rotor 14 in radialer Richtung nach außen abgesprühten Kühlflüssigkeit beaufschlagbar. Dies bedeutet, dass die Kühlflüssigkeit, welche durch Drehen des Rotors 14 von diesem in radialer Richtung nach außen abgesprüht wird, auf die Fläche 32 auftreffen kann, so dass die Fläche 32 auch als Auftrefffläche bezeichnet wird.
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Um nun eine besonders vorteilhafte und effektive Kühlung des Wickelkopfes 26 zu realisieren, verläuft die Fläche 32 zumindest in einem Teilbereich schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Rotors 14. Vorliegend verläuft zumindest ein überwiegender Teil der Fläche 32 schräg zur axialen Richtung, wobei sich an diesen schräg zur axialen Richtung verlaufenden Teilbereich ein in axialer Richtung beziehungsweise parallel zur axialen Richtung verlaufender, weiterer Teilbereich der Fläche 32 anschließen kann.
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Aus der Fig. ist ferner erkennbar, dass der zweite Kühlkanal 28 in radialer Richtung nach außen hin durch die Fläche 32, insbesondere den schräg zur axialen Richtung verlaufenden Teilbereich, überdeckt ist, so dass das Kühlöl besonders gut auf den schräg zur axialen Richtung verlaufenden Teilbereich auftreffen kann. Dadurch, dass der Teilbereich schräg zur axialen Richtung verläuft, kann das auf den Teilbereich beziehungsweise auf die Fläche 32 auftreffende Kühlöl den Wickelkopf 32 besonders gut umströmen, was in der Fig. durch Richtungspfeile 38 veranschaulicht ist. Mit anderen Worten veranschaulichen die Richtungspfeile 38 eine Strömung der auf den schrägen Teilbereich auftreffenden Kühlflüssigkeit um den Wickelkopf 26. Hierdurch kann eine besonders hohe Wärmemenge von dem Wickelkopf 26 mittels der Kühlflüssigkeit abtransportiert werden.
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In der Fig. ist darüber hinaus ein sogenannter Hotspot 40 gezeigt. Bei diesem Hotspot 40 handelt es sich um einen Bereich beziehungsweise um eine Stelle des Wickelkopfes 26, wobei der Wickelkopf 26 an dieser Stelle eine wesentlich höhere Temperatur als in sich an die Stelle anschließenden, weiteren Teilbereichen aufweist. Der Hotspot 40 ist insbesondere auf der Seite 36 angeordnet. Da bei der Sprühkühlung die Kühlflüssigkeit nicht nur gegen die Innenseite geschleudert wird, sondern die Kühlflüssigkeit auch um den zumindest nahezu gesamten Wickelkopf 26 und somit auf der Seite 36 strömen kann, kann auch der Hotspot 40 effektiv gekühlt werden, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite vermieden oder zumindest besonders gering gehalten werden kann. Insgesamt kann eine effektive Kühlung der Wicklung beziehungsweise der Wickelköpfe realisiert werden, so dass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 10 realisiert werden kann bei gleichzeitiger Realisierung eines nur geringen Bauraumbedarfs der elektrischen Maschine 10.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Stator
- 14
- Rotor
- 16
- Drehachse
- 18
- Welle
- 20
- Blechpaket
- 22
- Endscheibe
- 24
- Hohlquerschnitt
- 26
- Wickelkopf
- 28
- zweiter Kühlkanal
- 30
- Richtungspfeil
- 32
- Fläche
- 34
- Seite
- 36
- Seite
- 38
- Richtungspfeil
- 40
- Hotspot
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014018223 A1 [0002]
- DE 102011121042 A1 [0003]
