DE102016216083A1 - Fluid cooled electric machine - Google Patents

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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 US 8,692,425 B2 bekannt ist. The patent application relates to a fluid-cooled electric machine according to the preamble of claim 1, as this example, already from the US 8,692,425 B2 is known.

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 10, insbesondere eine Asynchronmaschine in Innenläuferbauart mit einem Stator 12 und mit einem 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. Weiter ist ein Gehäuse 18 vorgesehen, in dem der Rotor 14 und der Stator 12 aufgenommen sind. Die elektrische Maschine umfasst 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, wie dieses durch die Pfeile angegeben ist. Der Einlass von Kühlfluid in den Nassraum 22 bzw. Maschineninnenraum erfolgt dabei durch Ausströmöffnungen 26a in einer als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle 26, während der Auslass des Kühlfluids über eine in einem zylindrischen Gehäuseteil 18a oder in einem Lagerschild 18b des Gehäuses 18 vorgesehene Ablauföffnungen 18c erfolgt. The figure shows in its entirety a schematic representation of a fluid-cooled electric machine 10 , in particular an asynchronous internal-rotor machine with a stator 12 and with one inside the stator 12 Rotor rotatably mounted about an axis A. 14 where between stator 12 and rotor 14 a radial air gap 8th is trained. Next is a housing 18 provided in which the rotor 14 and the stator 12 are included. The electric machine includes a fluid cooling device 20 with one inside the case 18 trained wet room 22 in which a cooling fluid 24 at least for wetting and cooling of the rotor 14 circulates as indicated by the arrows. The inlet of cooling fluid into the wet room 22 or machine interior takes place through outflow openings 26a in a rotor shaft designed as a hollow shaft 26 while the outlet of the cooling fluid via a in a cylindrical housing part 18a or in a bearing plate 18b of the housing 18 provided drain openings 18c he follows.

In üblicher Weise umfassen bei der Asynchronmaschine 10 sowohl der Rotor 14 als auch der Stator 12 jeweils Blechpakete 12a, 14a, wobei der Stator 12 mit einer Statorwicklung 13 und der Rotor 14 mit einer Kurzschlusswicklung 15 bzw. Käfigwicklung ausgeführt sind, welche axial in Nuten des Rotor-Blechpakets 14a verlaufende Wicklungsstäben 16 und beidseitig stirnseitig daran angeordnete Kurzschlussringe 17 aufweist, welche die Wicklungsstäbe 16 an den Stirnseiten 10a, b der Maschine 10 in Umfangsrichtung elektrisch miteinander verbinden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Wicklungsstäbe 16 und die Kurzschlussringe 17 als ein stofflich zusammenhängender Bereich mittels eines Druckgussprozesses aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt. Alternativ können die Kurzschlussringe 17 auch als separate Elemente auf die Wicklungsstäbe 16 aufgeschoben werden. Conventionally, in the case of the asynchronous machine 10 both the rotor 14 as well as the stator 12 each laminated cores 12a . 14a , where the stator 12 with a stator winding 13 and the rotor 14 with a short circuit winding 15 or cage winding are executed which axially in grooves of the rotor laminated core 14a extending winding bars 16 and on both sides of the front side arranged thereon shorting rings 17 having which the winding bars 16 on the front sides 10a , b of the machine 10 electrically connect together in the circumferential direction. In the present embodiment, the winding bars 16 and the shorting rings 17 as a materially coherent area by means of a die-casting process made of an aluminum material. Alternatively, the short-circuit rings 17 also as separate elements on the winding bars 16 be deferred.

Für die nachfolgenden Erläuterungen wird die Asynchronmaschine 10 in vier Teilbereiche (a)–(d) unterteilt, welche sich bezüglich der gezielten Einstellung einer Strömung des Kühlfluids 24 hinsichtlich der Ausgestaltung der Kurzschlussringe 17 unterscheiden. Die vorgenommene Aufteilung dient lediglich zu Erläuterungszwecken. Es ist verständlich, dass aufgrund der Rotationssymmetrie von Rotor 14 und Stator 12 um die Drehachse A eine, in einem Teilbereich (a)–(d) jeweils gezeigte Ausführungsform zumindest an einer Stirnseite 10a oder 10b oder auch an beiden Stirnseiten 10a, b von Rotor 14 und Stator 12 realisiert werden kann. For the following explanations, the asynchronous machine 10 divided into four sub-areas (a) - (d), which with respect to the targeted adjustment of a flow of the cooling fluid 24 with regard to the design of the short-circuit rings 17 differ. The division made is for illustrative purposes only. It is understandable that due to the rotational symmetry of rotor 14 and stator 12 about the axis of rotation A a, in a partial area (a) - (d) respectively shown embodiment at least on one end face 10a or 10b or on both ends 10a , b of rotor 14 and stator 12 can be realized.

Im Teilbereich (a) kann das Kühlfluid 24 zunächst radial aus der Rotorwelle 26 austreten und sich entlang des Rotors 14 in Richtung des Stators 12 und der Statorwicklung 13, insbesondere an den stirnseitigen Wickelköpfen ausbreiten. Dabei kann ein gewisser Anteil des Kühlfluids 24 in den Luftspalt 8 eintreten, was einerseits zu unerwünschten Schleppverlusten der elektrischen Maschine 10 führen und andererseits das Kühlfluid 24, insbesondere ein Kühlöl thermisch degradieren und zerstören kann. In section (a), the cooling fluid 24 initially radially out of the rotor shaft 26 exit and move along the rotor 14 in the direction of the stator 12 and the stator winding 13 , in particular spread on the end windings. In this case, a certain proportion of the cooling fluid 24 in the air gap 8th occur, which on the one hand to unwanted drag losses of the electric machine 10 lead and on the other hand, the cooling fluid 24 , in particular thermally degrade and destroy a cooling oil.

Zur Vermeidung eines Eintretens von Kühlfluid 24 in den Luftspalt 8 weist der Rotor 14, wie dieses exemplarisch anhand der Teilbereiche (b)–(d) dargestellt ist, an den Stirnseiten 10a, 10b jeweils ein erstes, einteilig mit einem Kurzschlussring 17 ausgebildetes Fluidleitelement 25b–d auf. Insbesondere sind der Kurzschlussring 17 und das jeweilige Fluidleitelement 25b–d gemeinsam als Gussteil ausgebildet, was hier auf alle Ausführungsbeispiele zutrifft. To prevent the entry of cooling fluid 24 in the air gap 8th points the rotor 14 , as this is exemplified by the partial regions (b) - (d), at the end faces 10a . 10b in each case a first, one-piece with a short-circuit ring 17 formed fluid guide 25b -D up. In particular, the short-circuit ring 17 and the respective fluid guiding element 25b -D jointly formed as a casting, which applies here to all embodiments.

Wie erkennbar, ist das Fluidleitelement 25b im Teilbereich (b) als ein axialer Fortsatz 17b an dem Kurzschlussring 17 ausgebildet und weist nach radial außen ansteigende bzw. sich öffnende Kegelmantelflächen auf. Dadurch wird ein von radial innen auf den Fortsatz 17b auftreffender Kühlfluidstrom sowohl in radialer als auch in axialer Richtung vom Rotor 14 abgelenkt bzw. abgewiesen. Weiterhin ist ein zweites Fluidleitelement 19b vorgesehen, welches ortsfest zum Stator 12 angeordnet ist und welches gemeinsam mit dem ersten Fluidleitelement 25b eine Fluidleitstruktur 32b, insbesondere eine Dichtungsanordnung 32b zur Vermeidung eines Eindringens von Fluid in den Luftspalt 8 ausbildet. Das zweite Fluidleitelement 19b ist als eine zwischen dem Gehäuse 18 und dem Stator 12 eingesetzte und die Achse A umschließende ringförmige Kappe vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgeführt, wobei ein an dieser vorgesehener offener Bodenbereich axial und gegebenenfalls auch radial überdeckend zu dem Fortsatz 25b angeordnet ist. Ein sich radial über den Fortsatz 25b ausbreitender Kühlfluidstrom wird somit durch das zweite Fluidleitelement 19b vom Luftspalt 8 ferngehalten und kann somit im Bereich des Lagerschildes 18b zurückfließen und durch die dort vorgesehene Ablauföffnung 18c die elektrische Maschine 10 verlassen. As can be seen, the fluid guide element 25b in section (b) as an axial extension 17b on the short-circuit ring 17 formed and has radially outwardly rising or opening conical surface areas. This will be a radially inward on the extension 17b impinging cooling fluid flow in both the radial and axial directions of the rotor 14 distracted or rejected. Furthermore, a second fluid guide element 19b provided, which is stationary to the stator 12 is arranged and which together with the first fluid guide 25b a Fluidleitstruktur 32b , in particular a sealing arrangement 32b to prevent fluid from entering the air gap 8th formed. The second fluid guide 19b is as one between the case 18 and the stator 12 inserted and the axis A enclosing annular cap preferably made of a plastic, wherein an open bottom area provided on this axially and optionally also radially overlapping to the extension 25b is arranged. A radially over the extension 25b spreading cooling fluid flow is thus through the second fluid guide 19b from the air gap 8th kept away and can thus in the range of the bearing plate 18b flow back and through the drain opening provided there 18c the electric machine 10 leave.

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 17 vorgesehene Fortsatz 17c zur Ausbildung des Fluidleitelements 25c mit Zylinderflächen ausgeführt und das zweite Fluidleitelement 19c ist lediglich am Stator festgelegt. Auch durch diese, gegenüber dem Teilbereich (b) modifizierte Ausgestaltung kann das Kühlfluid 24 sicher von einem Eindringen in den Luftspalt 8 abgehalten werden. The exemplary embodiment illustrated in subsection (c) is based on the above explanations for subsection (b) and merely represents a modification, with only differences being named below. Here it is on the short-circuit ring 17 provided extension 17c for forming the fluid guide element 25c executed with cylindrical surfaces and the second fluid guide 19c is only fixed on the stator. Also by this, compared to the portion (b) modified embodiment, the cooling fluid 24 sure of a penetration into the air gap 8th be held.

In dem mit Teilbereich (d) dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Kurzschlussring 17 nunmehr ein radialer Fortsatz 17d zur Ausbildung des Fluidleitelements 25d ausgeführt. Der Fortsatz 17d überbrückt den Luftspalt 8 und ist auch nahe an den dort befindlichen Wickelkopf der Statorwicklung 13 herangeführt, so dass ein an dieser Position verbleibender Eintrittsspalt zwischen Rotor 14 und Stator 12 möglichst klein dimensioniert ist. Auch hierbei kann bei Bedarf ein zweites ringförmiges Fluidleitelement 19d vorgesehen werden, welches, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen auch, jedoch nicht zwingend ist. Vorliegend ist im Teilbereich (d) hierzu ein im Querschnitt U-förmiger Ring eingesetzt, welcher sich mit einem radialen Schenkel am Lagerschild 18b und mit einem zylindrischen Abschnitt am Wickelkopf 13 abstützt und wobei ein weiterer Schenkel den Fortsatz 25d axial hintergreift und diesen radial überlappt. Zum Durchtritt des Kühlfluids 24 in Richtung der Ablauföffnungen 18c sind in dem Fluidleitelement 19d entsprechende Durchgangsöffnungen vorgesehen. In the embodiment shown with partial area (d) is on the short-circuit ring 17 now a radial extension 17d for forming the fluid guide element 25d executed. The extension 17d bridges the air gap 8th and is also close to the winding head of the stator winding located there 13 introduced, so that a remaining at this position entrance gap between the rotor 14 and stator 12 as small as possible. Again, if necessary, a second annular fluid guide 19d be provided, which, as in the other embodiments, but not mandatory. In the present case, in the partial region (d), a U-shaped ring is used for this purpose, which is connected to a radial leg on the end shield 18b and with a cylindrical portion on the winding head 13 supports and wherein another leg of the extension 25d axially engages behind and overlaps this radially. For the passage of the cooling fluid 24 in the direction of the drainage holes 18c are in the fluid guide 19d provided corresponding through holes.

Grundsätzlich sind bei den behandelten Ausführungen der Teilbereiche (a)–(d) die Lage der Einlass- und Ablauföffnungen 18c, 26a des Kühlfluids, die Ausgestaltung der zweiten Fluidleitelemente 19 unabhängig von der Ausgestaltung des ersten Fluidleitelements 25 zu sehen, so dass insgesamt zahlreiche, auch hier nicht konkret angesprochene Kombinationen möglich sind und sich dem Fachmann erschließen. Basically, in the treated embodiments of the sub-areas (a) - (d), the position of the inlet and outlet openings 18c . 26a the cooling fluid, the embodiment of the second fluid guide elements 19 independent of the configuration of the first Fluidleitelements 25 to see so that a total of numerous, also not specifically addressed combinations are possible and open up to the expert.

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

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8692425 B2 [0001] US 8692425 B2 [0001]

Claims (4)

Fluidgekühlte elektrische Maschine (10), umfassend – einen 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, – 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, wobei – der Rotor (14) an einer Stirnseite (10a) ein erstes Fluidleitelement (25b–d) aufweist, 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, dadurch gekennzeichnet, 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. Fluid cooled electric machine ( 10 ), comprising - a stator ( 12 ), - one within the stator ( 12 ) about an axis (A) rotatably mounted rotor ( 14 ), whereby between stator ( 12 ) and rotor ( 14 ) a radial air gap ( 8th ), - a housing ( 18 ), in which the rotor ( 14 ) and the stator ( 12 ) and - a fluid cooling device ( 20 ) with one inside the housing ( 18 ) trained wet room ( 22 ), in which a cooling fluid ( 24 ) at least for wetting and cooling of the rotor ( 14 ), wherein - the rotor ( 14 ) on a front side ( 10a ) a first fluid guide element ( 25b -D) which extends radially on the rotor ( 14 ) in the direction of the stator ( 12 ) spreading cooling fluid flow ( 24a ) from the rotor ( 14 ) and at an entrance into the air gap ( 8th ), characterized in that - the electric machine ( 10 ) is designed as an asynchronous machine, wherein - the rotor ( 14 ) a cage winding ( 15 ) with axially in a laminated core ( 14a ) extending winding bars ( 16 ) and with short-circuit rings arranged on the end side ( 17 ) and wherein - the first fluid guide element ( 25b -D) in one piece with a short-circuit ring ( 17 ) is trained. Fluidgekühlte elektrische Maschine 10 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluidleitelement (25b–d) als ein axialer Fortsatz (17b, c) oder als ein radialer Fortsatz (17d) an dem Kurzschlussring (17) ausgebildet ist. Fluid cooled electric machine 10 according to claim 1, characterized in that the first fluid guiding element ( 25b D) as an axial extension ( 17b , c) or as a radial extension ( 17d ) on the short-circuit ring ( 17 ) is trained. Fluidgekühlte elektrische Maschine 10 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzschlussring (17) zumindest mit dem ersten Fluidleitelement (25) gemeinsam als Gussteil ausgebildet ist. Fluid cooled electric machine 10 according to claim 1 or 2, characterized in that a short-circuit ring ( 17 ) at least with the first fluid guiding element ( 25 ) is formed jointly as a casting. Fluidgekühlte elektrische Maschine 10 nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Fluidleitelement (19b–d) vorgesehen ist, welches ortsfest zum Stator (12) angeordnet ist und welches gemeinsam mit dem ersten Fluidleitelement (25b–d) eine Fluidleitstruktur (32b–d), insbesondere eine Dichtungsanordnung zur Vermeidung eines Eindringens von Kühlfluid (24) in den Luftspalt (8) ausbildet. Fluid cooled electric machine 10 according to one of claims 1-3, characterized in that a second fluid guiding element ( 19b D) which is stationary with respect to the stator ( 12 ) is arranged and which together with the first Fluidleitelement ( 25b D) a fluid conducting structure ( 32b -D), in particular a sealing arrangement for preventing the penetration of cooling fluid ( 24 ) in the air gap ( 8th ) trains.
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