DE102016216083B4 - Fluid-cooled electrical machine - Google Patents
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Abstract
Fluidgekühlte elektrische Asynchronmaschine (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, 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, 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 electrical asynchronous machine (10), comprising - a stator (12), - a rotor (14) rotatably mounted about an axis (A) within the stator (12), a radial air gap between stator (12) and rotor (14) (8), - 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), in which a cooling fluid (24) circulates at least for wetting and cooling the rotor (14), the rotor (14) having a first fluid guide element (25b-d) on one end face (10a) which extends radially on the rotor (14) in the direction of the stator (12) rejects the cooling fluid flow (24a) from the rotor (14) and prevents it from penetrating the air gap (8), the rotor (14) having a cage winding (15) axially in a laminated core (14a) running winding bars (16) and with short-circuit rings (17) arranged thereon on the end face, and wherein the first fluid guide element (25b-d) is designed in one piece with a short-circuit ring (17), characterized in that the first fluid-guide element (25b-d) as an axial extension (17b, c) or as a radial extension (17d) on the short-circuit ring ( 17) is formed.
Description
Die Patentanmeldung betrifft eine fluidgekühlte elektrische Maschine. Mit der
Das US-Patent
Die
Von dem genannten Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer gattungsgemäßen fluidgekühlten elektrischen Asynchronmaschine ein Fluidleitelement zu vereinfachen und die Maschine dadurch einfacher und kostengünstiger darzustellen.On the basis of the prior art mentioned, it is the object of the present invention to simplify a fluid-conducting element in a fluid-cooled electrical asynchronous machine of the generic type and thereby make the machine 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-mentioned object is achieved by an electrical machine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments and developments of the invention are specified in the dependent claims.
Es wird somit eine fluidgekühlte elektrische Asynchronmaschine 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. Weiter weist der Rotor eine Käfigwicklung mit axial in einem Blechpaket verlaufenden Wicklungsstäben und mit stirnseitig daran angeordneten Kurzschlussringen auf, wobei das erste Fluidleitelement einteilig mit einem Kurzschlussring ausgebildet ist. Das Fluidleitelement ist 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.A fluid-cooled electrical asynchronous machine is thus proposed with a stator, a rotor which is rotatably mounted within the stator about an axis, a radial air gap being formed between the stator and the rotor. The electrical machine further comprises a housing in which the rotor and the stator are accommodated and a fluid cooling device with a wet space formed within the housing in which a cooling fluid circulates at least for wetting and cooling the rotor. In this case, the rotor has a first fluid guide element on one end face, which deflects from the rotor a flow of cooling fluid propagating radially on the rotor in the direction of the stator and prevents it from penetrating the air gap. Furthermore, the rotor has a cage winding with winding bars running axially in a laminated core and with short-circuit rings arranged on the end face, the first fluid-conducting element being designed in one piece with a short-circuit ring. The fluid guide element is designed as an integral area of the short-circuit ring, which keeps a fluid flow directed from radially inside to radially outside on the rotor away from entering the air gap and, if necessary, also deflects it in another direction.
Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass das erste Fluidleitelement als ein axialer Fortsatz oder als ein radialer Fortsatz an dem Kurzschlussring ausgebildet ist.According to the invention it is provided that the first fluid guide element is designed as an axial extension or as a radial extension on the short-circuit ring.
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.Fluid can be kept away by a radial covering of the air gap by a short-circuit ring, for which purpose only a correspondingly designed radial collar is to be provided, which is preferably arranged at least slightly radially overlapping the stator core.
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, in addition to their electrical function, the short-circuit rings can take on a fluid-conducting function when the rotor is cooled. The modification of the short-circuit rings can in particular be accompanied by an increase in the cross section, so that the electrically effective cross section is increased and the electrical resistance is reduced. The cross-sectional enlargement can be designed in such a way that a surface to be wetted by a cooling fluid is also enlarged and, as a result, a more effective removal of heat loss from the rotor is made possible. In addition, the one-piece design of a short-circuit ring with a fluid-conducting element eliminates the need for boundary surfaces that impede heat dissipation, so that improved heat dissipation from the heat source, i.e. the winding bars and the laminated core of the rotor, is achieved, which ultimately leads to an increase in the efficiency and performance of the electrical machine .
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 can be designed together at least 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 off the tool. According to a further development, the winding bars and the short-circuit rings provided on both sides of the rotor can be designed with the fluid guide elements as a common cast part.
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 can easily be produced by casting. In order to counteract the Coanda effect, the casting radii can be removed from the outer diameter areas of the axial extensions, for example by making small indentations.
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 stationary to the stator and which, together with the first fluid guide element, forms a fluid guide structure, in particular a sealing arrangement to prevent fluid from penetrating 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 element can also be designed in one piece with a housing wall of the electrical machine. The second fluid guide element can have openings for the fluid circulating in the machine interior to pass through. Alternatively, this can also be made fluid-tight, so that the end windings of the stator winding are not directly covered by the interior cooling and can optionally be cooled by a separate cooling circuit and possibly also with a different cooling medium.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur beispielhaft beschrieben. Diese zeigt eine fluidgekühlte Asynchronmaschine mit Teilbereichen
Die Figur zeigt in ihrer Gesamtheit in einer schematischen Darstellung eine fluidgekühlte elektrische Maschine
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 (
In dem mit Teilbereich (d) dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Kurzschlussring
Grundsätzlich sind bei den behandelten Ausführungen der Teilbereiche
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 an axially as well as radially extending extension on a short-circuit ring.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- (a)-(d)(a) - (d)
- TeilbereichSub-area
- 88th
- LuftspaltAir gap
- 1010
- elektrische Maschineelectric machine
- 10a, b10a, b
- StirnseiteFront side
- 1212th
- Statorstator
- 12a12a
- StatorblechpaketStator laminated core
- 1313th
- StatorwicklungStator winding
- 1414th
- Rotorrotor
- 14a14a
- RotorblechpaketRotor core
- 1515th
- KurzschlusswicklungShort circuit winding
- 1616
- WicklungsstabWinding bar
- 1717th
- KurzschlussringShort-circuit ring
- 17b-d17b-d
- FortsatzAppendix
- 1818th
- Gehäusecasing
- 18a, b18a, b
- LagerschildBearing shield
- 18c18c
- AblauföffnungDrain opening
- 2020th
- FluidkühleinrichtungFluid cooling device
- 2222nd
- NassraumWet room
- 2424
- KühlfluidCooling fluid
- 25b-d25b-d
- FluidleitelementFluid guide element
- 2626th
- RotorwelleRotor shaft
- 26a26a
- AusströmöffnungOutlet opening
- 32b-d32b-d
- DichtungsanordnungSealing arrangement
- AA.
- DrehachseAxis of rotation
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 DE102016216083A1 (en) | 2018-03-01 |
DE102016216083B4 true 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) |
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)
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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 |
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