DE102016216083A1 - Fluid cooled electric machine - Google Patents
Fluid cooled electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016216083A1 DE102016216083A1 DE102016216083.4A DE102016216083A DE102016216083A1 DE 102016216083 A1 DE102016216083 A1 DE 102016216083A1 DE 102016216083 A DE102016216083 A DE 102016216083A DE 102016216083 A1 DE102016216083 A1 DE 102016216083A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rotor
- fluid
- stator
- electric machine
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Es wird eine fluidgekühlte elektrische Maschine (10) beschrieben mit einem Stator (12), einen innerhalb des Stators (12) um eine Achse (A) drehbar gelagerten Rotor (14), wobei zwischen Stator (12) und Rotor (14) ein radialer Luftspalt (8) ausgebildet ist. Die elektrische Maschine (10) umfasst weiter ein Gehäuse (18), in dem der Rotor (14) und der Stator (12) aufgenommen sind und eine Fluidkühleinrichtung (20) mit einem innerhalb des Gehäuses (18) ausgebildeten Nassraum (22), in welchem ein Kühlfluid (24) zumindest zur Benetzung und Kühlung des Rotors (14) zirkuliert. Dabei weist der Rotor (14) an einer Stirnseite (10a) ein erstes Fluidleitelement (25b–d) auf, welches einen sich radial am Rotor (14) in Richtung des Stators (12) ausbreitenden Kühlfluidstrom (24a) vom Rotor (14) abweist und an einem Eindringen in den Luftspalt (8) hindert. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Maschine (10) als Asynchronmaschine ausgeführt ist, wobei der Rotor (14) eine Käfigwicklung (15) mit axial in einem Blechpaket (14a) verlaufenden Wicklungsstäben (16) und mit stirnseitig daran angeordneten Kurzschlussringen (17) aufweist und wobei das erste Fluidleitelement (25b–d) einteilig mit einem Kurzschlussring (17) ausgebildet ist.The invention relates to a fluid-cooled electric machine (10) having a stator (12), a rotor (14) rotatably mounted within the stator (12) about an axis (A), wherein a radial one between stator (12) and rotor (14) Air gap (8) is formed. The electric machine (10) further comprises a housing (18) in which the rotor (14) and the stator (12) are accommodated and a fluid cooling device (20) with a wet space (22) formed inside the housing (18) which a cooling fluid (24) at least for wetting and cooling of the rotor (14) circulates. In this case, the rotor (14) on a front side (10a) on a first Fluidleitelement (25b-d), which deflects a radially on the rotor (14) in the direction of the stator (12) propagating cooling fluid flow (24a) from the rotor (14) and prevents it from entering the air gap (8). The arrangement is characterized in that the electric machine (10) is designed as an asynchronous machine, wherein the rotor (14) has a cage winding (15) with winding bars (16) extending axially in a laminated core (14a) and with short-circuiting rings ( 17) and wherein the first Fluidleitelement (25b-d) is formed integrally with a short-circuit ring (17).
Description
Die Patentanmeldung betrifft eine fluidgekühlte elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, wie diese beispielsweise bereits aus der
Zur gerichteten Verteilung eines Kühlfluids im Innenraum der elektrischen Maschineninne sind dort an beiden Stirnseiten des Rotors Fluidleitelemente in Form von Ölabweisern angeordnet, welche einen am Rotor nach radial außen gerichteten Sprühölstrom auf Wickelköpfe der Statorwicklung lenken und dabei ein Eintreten von Kühlfluid in den radialen Luftspalt zwischen Rotor und Stator weitgehend verhindern. Die Ölabweiser sind dabei als separate Elemente ausgeführt und werden unter Zuhilfenahme von Befestigungsmitteln gesondert am Rotor befestigt. For directed distribution of a cooling fluid in the interior of the electrical machine inside there are arranged on both faces of the rotor Fluidleitelemente in the form of Ölabweisern, which direct a radially outwardly directed spray on the rotor on winding heads of the stator winding and thereby entering cooling fluid in the radial air gap between the rotor and prevent stator largely. The oil deflectors are designed as separate elements and are fastened separately with the aid of fasteners on the rotor.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer gattungsgemäßen fluidgekühlten elektrischen Maschine die Teilevielfalt zu reduzieren und diese dadurch einfacher und kostengünstiger darzustellen. On this basis, it is an object of the present invention to reduce the variety of parts in a generic fluid-cooled electric machine and thereby represent this simpler and more cost-effective.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The above object is achieved by an electric machine with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
Es wird somit eine fluidgekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen mit einem Stator, einen innerhalb des Stators um eine Achse drehbar gelagerten Rotor, wobei zwischen Stator und Rotor ein radialer Luftspalt ausgebildet ist. Die elektrische Maschine umfasst weiter ein Gehäuse, in dem der Rotor und der Stator aufgenommen sind und eine Fluidkühleinrichtung mit einem innerhalb des Gehäuses ausgebildeten Nassraum, in welchem ein Kühlfluid zumindest zur Benetzung und Kühlung des Rotors zirkuliert. Dabei weist der Rotor an einer Stirnseite ein erstes Fluidleitelement auf, welches einen sich radial am Rotor in Richtung des Stators ausbreitenden Kühlfluidstrom vom Rotor abweist und an einem Eindringen in den Luftspalt hindert. It is thus proposed a fluid-cooled electric machine with a stator, a rotor rotatably mounted within the stator about an axis, wherein between the stator and the rotor, a radial air gap is formed. The electric machine further comprises a housing, in which the rotor and the stator are accommodated, and a fluid cooling device with a wet space formed inside the housing, in which a cooling fluid circulates at least for wetting and cooling the rotor. In this case, the rotor has on one end face a first fluid guide element, which deflects a radially on the rotor in the direction of the stator propagating cooling fluid flow from the rotor and prevents it from penetrating into the air gap.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die elektrische Maschine als Asynchronmaschine auszuführen, wobei der Rotor eine Käfigwicklung mit axial in einem Blechpaket verlaufenden Wicklungsstäben und mit stirnseitig daran angeordneten Kurzschlussringen aufweist und wobei das erste Fluidleitelement einteilig mit einem Kurzschlussring ausgebildet ist. According to the invention, it is proposed to design the electrical machine as an asynchronous machine, wherein the rotor has a cage winding with winding bars running axially in a laminated core and with short-circuit rings arranged on the end side thereof, and wherein the first fluid-conducting element is formed integrally with a short-circuiting ring.
Durch die vorgesehene Ausgestaltung des Fluidleitelements ist dieses nunmehr als ein integraler Bereich des Kurzschlussrings ausgebildet, welcher einen von radial innen nach radial außen am Rotor gerichteten Fluidstrom vom Eintreten in den Luftspalt fernhält und diesen gegebenenfalls auch in eine andere Richtung ablenkt. Ein Fernhalten von Fluid kann bereits durch eine radiale Überdeckung des Luftspaltes durch einen Kurzschlussring erfolgen, wozu an diesem lediglich ein entsprechend ausgeführter Radialkragen vorzusehen ist, welcher vorzugsweise zumindest geringfügig radial überlappend zum Statorblechpaket angeordnet ist. Due to the intended design of the Fluidleitelements this is now formed as an integral region of the shorting ring, which keeps away from radially inward radially outward on the rotor fluid flow from entering the air gap and this optionally deflects in a different direction. A remote fluid can already be done by a radial overlap of the air gap by a short-circuit ring, to which only a correspondingly executed radial collar is to be provided, which is preferably at least slightly radially overlapping arranged to the stator lamination.
Auf diese Weise können die Kurschlussringe neben deren elektrischen Funktion eine Fluidleitfunktion beim Kühlen des Rotors übernehmen. Die Modifikation der Kurzschlussringe kann insbesondere mit einer Vergrößerung des Querschnitts einhergehen, so dass dadurch der elektrisch wirksame Querschnitt vergrößert und der elektrische Widerstand verkleinert werden. Die Querschnittsvergrößerung kann so ausgeführt sein, dass dabei auch eine von einem Kühlfluid zu benetzende Oberfläche vergrößert wird und dadurch ein effektiverer Abtransport von Verlustwärme vom Rotor ermöglicht wird. Zudem entfallen durch die einteilige Ausführung eines Kurzschlussrings mit einem Fluidleitelement den Wärmeabtransport behindernde Grenzflächen, so dass nunmehr ein verbesserter Wärmeabtransport von der Wärmequelle, also den Wicklungsstäben und dem Blechpaket des Rotors erzielt wird, was im Ergebnis zu einer Effizienz- und Leistungssteigerung der elektrischen Maschine führt. In this way, the Kurschlussringe next to their electrical function can take over a Fluidleitfunktion when cooling the rotor. The modification of the short-circuit rings may in particular be accompanied by an enlargement of the cross-section, thereby increasing the electrically effective cross-section and reducing the electrical resistance. The cross-sectional enlargement can be carried out so that in this case also a surface to be wetted by a cooling fluid is increased, thereby enabling a more effective removal of heat loss from the rotor. In addition, by the one-piece design of a short-circuit ring with a Fluidleitelement the heat dissipation obstructing interfaces, so that now an improved heat dissipation from the heat source, ie the winding bars and the laminated core of the rotor is achieved, which leads to an increase in efficiency and performance of the electric machine ,
Zur Erzielung eines insbesondere axialen Ablenkens des Fluidstroms aus dem Eintrittsbereich des Luftspalts kann das Fluidleitelement als ein axialer Fortsatz an dem Kurzschlussring ausgebildet werden. Alternativ kann wie bereits angesprochen ebenso ein radialer Fortsatz vorgesehen sein, welcher den Luftspalt radial überbrückt. To achieve a particular axial deflection of the fluid flow from the inlet region of the air gap, the fluid guide can be formed as an axial extension of the short-circuit ring. Alternatively, as already mentioned, a radial extension can also be provided which radially bridges the air gap.
Gemäß einer vorteilhaften Variante kann ein Kurzschlussring zumindest mit einem einteiligen Fluidleitelement gemeinsam als Gussteil aus einem Aluminium- oder einem Kupferwerkstoff, insbesondere auch als ein werkzeugfallendes Gussteil ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung können die Wicklungsstäbe und die beidseitig am Rotor vorgesehenen Kurzschlussringe mit den Fluidleitelementen als ein gemeinsames Gussteil ausgebildet sein. According to an advantageous variant, a short-circuit ring may be formed at least in common with a one-piece fluid-conducting element as a cast part made of an aluminum or a copper material, in particular also as a cast part falling from the mold. According to a further development, the winding rods and the short-circuit rings provided on both sides of the rotor can be formed with the fluid-conducting elements as a common casting.
Ein solcher vorgeschlagener Axialfortsatz oder Radialfortsatz ist gusstechnisch leicht herstellbar. Um dem Coanda-Effekt entgegenzuwirken können die Gussradien an den äußeren Durchmesserbereichen der Axialfortsätze beispielsweise durch kleine Eindrehungen entfernt werden. Such a proposed axial extension or radial extension is easy to produce by casting. To counteract the Coanda effect, the casting radii can be removed at the outer diameter regions of the axial processes, for example by small grooves.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein zweites Fluidleitelement vorgesehen sein, welches ortsfest zum Stator angeordnet ist und welches gemeinsam mit dem ersten Fluidleitelement eine Fluidleitstruktur, insbesondere eine Dichtungsanordnung zur Vermeidung eines Eindringens von Fluid in den Luftspalt ausbildet. Das zweite Fluidleitelement kann als separates Element vorgesehen sein und mittelbar oder unmittelbar am Stator oder am Gehäuse der elektrischen Maschine festgelegt werden. Alternativ kann das zweite Fluidleitelement auch einteilig mit einer Gehäusewandung der elektrischen Maschine ausgebildet sein. Das zweite Fluidleitelement kann Öffnungen zum Durchtritt des im Maschineninnenraum zirkulierenden Fluids aufweisen. Alternativ kann dieses auch fluiddicht ausgeführt sein, so dass die Wickelköpfe der Statorwicklung nicht unmittelbar von der Innenraumkühlung erfasst werden und gegebenenfalls durch einen separaten Kühlkreislauf und gegebenenfalls auch mit einem anderen Kühlmedium gekühlt werden können. According to an advantageous development, a second fluid guide element can be provided, which is arranged stationarily relative to the stator and which forms together with the first Fluidleitelement a Fluidleitstruktur, in particular a seal assembly to prevent ingress of fluid into the air gap. The second fluid guide element can be provided as a separate element and can be fixed directly or indirectly on the stator or on the housing of the electrical machine. Alternatively, the second fluid guide can also be integrally formed with a housing wall of the electric machine. The second fluid guide element can have openings for the passage of the fluid circulating in the interior of the machine. Alternatively, this can also be designed to be fluid-tight, so that the winding heads of the stator winding are not detected directly by the interior cooling and can optionally be cooled by a separate cooling circuit and possibly also with another cooling medium.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur beispielhaft beschrieben. Diese zeigt eine fluidgekühlte Asynchronmaschine mit Teilbereichen (a)–(d), welche sich in insbesondere in der Ausgestaltung des Kurzschlussrings unterscheiden. The invention will be described by way of example with reference to the attached FIGURE. This shows a fluid-cooled asynchronous machine with sections (a) - (d), which differ in particular in the design of the short-circuit ring.
Die Figur zeigt in ihrer Gesamtheit in einer schematischen Darstellung eine fluidgekühlte elektrische Maschine
In üblicher Weise umfassen bei der Asynchronmaschine
Für die nachfolgenden Erläuterungen wird die Asynchronmaschine
Im Teilbereich (a) kann das Kühlfluid
Zur Vermeidung eines Eintretens von Kühlfluid
Wie erkennbar, ist das Fluidleitelement
Das im Teilbereich (c) dargestellte Ausführungsbeispiel basiert auf den vorstehenden Erläuterungen zu Teilbereich (b) und stellt lediglich eine Abwandlung dar, wobei nachfolgend lediglich Unterschiede benannt werden. Dabei ist der am Kurzschlussring
In dem mit Teilbereich (d) dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Kurzschlussring
Grundsätzlich sind bei den behandelten Ausführungen der Teilbereiche (a)–(d) die Lage der Einlass- und Ablauföffnungen
Es ist selbstverständlich auch möglich, an einem Kurzschlussring einen sich sowohl axial als auch radial erstreckenden Fortsatz vorzusehen. It is of course also possible to provide on a short-circuit ring both axially and radially extending extension.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- (a)–(d)(A) - (d)
- Teilbereich subregion
- 8 8th
- Luftspalt air gap
- 10 10
- elektrische Maschine electric machine
- 10a, b10a, b
- Stirnseite front
- 12 12
- Stator stator
- 12a 12a
- Statorblechpaket stator lamination
- 13 13
- Statorwicklung stator
- 14 14
- Rotor rotor
- 14a 14a
- Rotorblechpaket Laminated core
- 15 15
- Kurzschlusswicklung Short circuit winding
- 16 16
- Wicklungsstab winding bar
- 17 17
- Kurzschlussring Shorting ring
- 17b–d17b-d
- Fortsatz extension
- 18 18
- Gehäuse casing
- 18a, b18a, b
- Lagerschild end shield
- 18c 18c
- Ablauföffnung drain hole
- 20 20
- Fluidkühleinrichtung Fluid cooling system
- 22 22
- Nassraum wet room
- 24 24
- Kühlfluid cooling fluid
- 25b–d25b-d
- Fluidleitelement fluid guide
- 26 26
- Rotorwelle rotor shaft
- 26a 26a
- Ausströmöffnung outflow
- 32b–d32b-d
- Dichtungsanordnung sealing arrangement
- A A
- Drehachse axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 8692425 B2 [0001] US 8692425 B2 [0001]
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016216083.4A DE102016216083B4 (en) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | Fluid-cooled electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016216083.4A DE102016216083B4 (en) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | Fluid-cooled electrical machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016216083A1 true DE102016216083A1 (en) | 2018-03-01 |
DE102016216083B4 DE102016216083B4 (en) | 2021-06-24 |
Family
ID=61166384
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016216083.4A Active DE102016216083B4 (en) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | Fluid-cooled electrical machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016216083B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111953138A (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | 法雷奥西门子电动汽车德国有限公司 | Guiding device for a cooling fluid flowing around a winding head of an electric machine, and electric machine |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4600848A (en) | 1985-05-24 | 1986-07-15 | Sundstrand Corporation | Cooling of dynamoelectric machines |
US8692425B2 (en) | 2011-05-10 | 2014-04-08 | Remy Technologies, Llc | Cooling combinations for electric machines |
DE102013020331A1 (en) | 2013-12-04 | 2014-07-31 | Daimler Ag | Electric machine e.g. asynchronous motor for hybrid vehicles, has short-circuiting ring that is provided with coolant channel which is obliquely extended in radial direction of rotor |
-
2016
- 2016-08-26 DE DE102016216083.4A patent/DE102016216083B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4600848A (en) | 1985-05-24 | 1986-07-15 | Sundstrand Corporation | Cooling of dynamoelectric machines |
US8692425B2 (en) | 2011-05-10 | 2014-04-08 | Remy Technologies, Llc | Cooling combinations for electric machines |
DE102013020331A1 (en) | 2013-12-04 | 2014-07-31 | Daimler Ag | Electric machine e.g. asynchronous motor for hybrid vehicles, has short-circuiting ring that is provided with coolant channel which is obliquely extended in radial direction of rotor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111953138A (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | 法雷奥西门子电动汽车德国有限公司 | Guiding device for a cooling fluid flowing around a winding head of an electric machine, and electric machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102016216083B4 (en) | 2021-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112016002202B4 (en) | Electric rotary machine | |
EP3433921A1 (en) | Electric machine having a cooling device | |
DE102013020332A1 (en) | Electric machine i.e. asynchronous machine, for use in drive train of e.g. hybrid vehicle, has shaft comprising outlet opening for guiding coolant from channel of shaft to surrounding of shaft, and duct element comprising flow opening | |
DE2005802A1 (en) | Induction motor | |
DE102013020331A1 (en) | Electric machine e.g. asynchronous motor for hybrid vehicles, has short-circuiting ring that is provided with coolant channel which is obliquely extended in radial direction of rotor | |
DE102014219724A1 (en) | Electric machine with cooling | |
DE102014018223A1 (en) | Electrical machine, in particular asynchronous machine | |
WO2015018575A1 (en) | Cooling system for a hybrid drive arrangement | |
DE102016205653A1 (en) | Fluid-cooled electric machine, in particular asynchronous machine | |
DE102013020324A1 (en) | Electric machine i.e. asynchronous machine, for use in drive train of e.g. electric vehicle, has duct element comprising channel running diagonal to axial direction of shaft for guiding coolant from channel of shaft to environment of shaft | |
DE102011078791B4 (en) | Closed electric machine with rotor shaft ventilation | |
EP3127223B2 (en) | Electric machine | |
DE102016215428A1 (en) | Electric rotary machine | |
DE102016218819A1 (en) | cooling system | |
DE102015007588A1 (en) | Electric machine | |
DE112016004371T5 (en) | Rotating electrical machine | |
DE102004050645A1 (en) | Housing an electrical machine with running in a housing wall cooling channels | |
WO2018115357A1 (en) | Stator support for a stator of a wind turbine generator, stator, generator, and wind turbine comprising the stator support | |
DE102017122908A1 (en) | Segmented switched reluctance motor for force-current electrification | |
DE102016216083A1 (en) | Fluid cooled electric machine | |
DE102017103631A1 (en) | Electrical machine of high power density and motor vehicle | |
DE102017201390A1 (en) | Rotor for an electric machine, electric machine, in particular asynchronous machine, for a motor vehicle and motor vehicle | |
DE102019113091A1 (en) | Guide device for a winding head of an electrical machine, cooling fluid flowing around and electrical machine | |
DE102020206773A1 (en) | Device for cooling a stator | |
DE102013007706A1 (en) | Electric machine, in particular for a motor vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |