DE102016216083B4 - Fluid-cooled electrical machine - Google Patents

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    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors

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 US 8 692 425 B2 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei welcher zur gerichteten Verteilung eines Kühlfluids im Innenraum der Maschinen an beiden Stirnseiten des Rotors Fluidleitelemente in Form von Ölabweisern angeordnet sind, 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.The patent application relates to a fluid-cooled electrical machine. With the US 8 692 425 B2 an electrical machine has become known in which, for the directional distribution of a cooling fluid in the interior of the machine, fluid guide elements in the form of oil deflectors are arranged on both end faces of the rotor, which direct a spray oil flow directed radially outward on the rotor onto end windings of the stator winding To a large extent prevent cooling fluid from entering the radial air gap between rotor and stator. The oil deflectors are designed as separate elements and are fastened separately to the rotor with the aid of fastening means.

Das US-Patent US 4 600 848 A betrifft ebenfalls eine fluidgekühlte Maschine, welche zusätzlich zu den Kurzschlussringen weitere Ringe umfasst, die zur Kühlung der Kurzschlussringe auf deren Außenumfangsfläche aufgeschrumpft werden und als axialer Fortsatz der Kurzschlussringe ausgebildet sind. Diese weiteren Ringe hindern das Kühlfluid zudem daran, in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor zu gelangen.The US patent U.S. 4,600,848 A also relates to a fluid-cooled machine which, in addition to the short-circuit rings, comprises further rings which are shrunk onto their outer circumferential surface in order to cool the short-circuit rings and are designed as an axial extension of the short-circuit rings. These additional rings also prevent the cooling fluid from entering the air gap between the stator and rotor.

Die DE 10 2013 020 331 A1 offenbart eine elektrische Asynchronmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Zur definierten Führung eines aus der Rotorwelle austretenden Kühlfluids ist im Kurzschlussring ein Fluidleitelement in Form eines Fluidkanals vorgesehen, welcher sich schräg zur radialen und axialen Richtung des Rotors erstreckt. Dadurch kann die Gefahr, dass das Kühlfluid in den Luftspalt der elektrischen Maschine gelangt, besonders gering gehalten werden.The DE 10 2013 020 331 A1 discloses an electrical asynchronous machine according to the preamble of claim 1. For the defined guidance of a cooling fluid emerging from the rotor shaft, a fluid guide element in the form of a fluid channel is provided in the short-circuit ring, which extends obliquely to the radial and axial direction of the rotor. As a result, the risk of the cooling fluid getting into the air gap of the electrical machine can be kept particularly low.

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 (a) - (d), welche sich in insbesondere in der Ausgestaltung des Kurzschlussrings unterscheiden.The invention is described below by way of example with reference to the accompanying figure. This shows a fluid-cooled asynchronous machine with partial areas (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. 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.The figure shows in its entirety in a schematic representation a fluid-cooled electrical machine 10 , in particular an internal rotor type asynchronous machine with a stator 12th and with one inside the stator 12th around an axis A. rotatable rotor 14th , being between stator 12th and rotor 14th a radial air gap 8th is trained. Next is a housing 18th provided in which the rotor 14th and the stator 12th are included. The electrical machine includes a fluid cooling device 20th with one inside the case 18th trained wet room 22nd , in which a cooling fluid 24 at least for wetting and cooling the rotor 14th circulates as indicated by the arrows. The inlet of cooling fluid into the wet room 22nd or the interior of the machine takes place through outflow openings 26a in a rotor shaft designed as a hollow shaft 26th , while the outlet of the cooling fluid via one in a cylindrical housing part 18a or in a bearing shield 18b of the housing 18th provided drainage openings 18c he follows. In the usual way, include in the asynchronous machine 10 both the rotor 14th as well as the stator 12th each sheet metal stacks 12a , 14a , with the stator 12th with a stator winding 13th and the rotor 14th with a short-circuit winding 15th or cage winding are executed, which axially in grooves of the rotor laminated core 14a running winding bars 16 and short-circuit rings arranged thereon at the front on both sides 17th having which the winding bars 16 on the front sides 10a , b the machine 10 electrically connect to one another in the circumferential direction. In the present embodiment, the winding bars are 16 and the short-circuit rings 17th produced as a materially coherent area by means of a die-casting process from an aluminum material. Alternatively, the short-circuit rings 17th also as separate elements on the winding bars 16 be postponed.

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.The asynchronous machine is used for the following explanations 10 in four sub-areas (a) - (d) divided, which is related to the targeted setting of a flow of the cooling fluid 24 regarding the design of the short-circuit rings 17th distinguish. The division made is for explanatory purposes only. It is understandable that due to the rotational symmetry of the rotor 14th and stator 12th around the axis of rotation A. one, in a sub-area (a) - (d) each embodiment shown at least on one end face 10a or 10b or on both ends 10a , b of rotor 14th and stator 12th 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 sub-area (a), the cooling fluid 24 initially radially out of the rotor shaft 26th exit and move along the rotor 14th towards the stator 12th and the stator winding 13th , especially at the end winding heads. A certain proportion of the cooling fluid can be used 24 in the air gap 8th occur, which on the one hand leads to undesirable drag losses of the electrical machine 10 lead and on the other hand the cooling fluid 24 , in particular a cooling oil can thermally degrade and destroy.

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 avoid the ingress of cooling fluid 24 in the air gap 8th points the rotor 14th How this is exemplarily based on the sub-areas ( b ) - (d) is shown on the end faces 10a , 10b each a first, one-piece with a short-circuit ring 17th formed fluid guide element 25b-d on. In particular, the short-circuit ring 17th and the respective fluid guide element 25b-d formed together as a cast part, which applies here to all exemplary 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 is 25b in the sub-area ( b ) as an axial extension 17b on the short-circuit ring 17th formed and has radially outwardly rising or opening conical lateral surfaces. This causes a radially inside on the extension 17b impinging cooling fluid flow in both radial and axial directions from the rotor 14th distracted or rejected. Furthermore, a second fluid guide element 19b is provided, which is fixed to the stator 12th is arranged and which is shared with the first fluid guide element 25b a fluid guide structure 32b , in particular a sealing arrangement 32b to avoid the penetration of fluid into the air gap 8th trains. The second fluid guide member 19b is as one between the housing 18th and the stator 12th inserted and the axis A. enclosing annular cap preferably made of a plastic, with an open bottom area provided on this axially and optionally also radially overlapping the extension 25b is arranged. One extending radially over the process 25b propagating cooling fluid flow is thus removed from the air gap through the second fluid guide element 19b 8th kept away and can therefore be in the area of the end shield 18b flow back and through the drainage 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 shown in sub-area (c) is based on the above explanations on sub-area ( b ) and is only a modification, with only differences being named below. Here is the one on the short-circuit ring 17th provided extension 17c designed to form the fluid guide element 25c with cylindrical surfaces and the second fluid guide element 19c is only fixed on the stator. Also through this, compared to the sub-area ( b ) modified configuration can use the cooling fluid 24 safe from 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 sub-area (d) is on the short-circuit ring 17th now a radial extension 17d for forming the fluid guide element 25d executed. The appendix 17d bridges the air gap 8th and is also close to the end winding of the stator winding located there 13th brought up, so that an entry gap remaining at this position between the rotor 14th and stator 12th is dimensioned as small as possible. Here, too, a second ring-shaped fluid guide element 19d can be provided if necessary, which, as in the other exemplary embodiments, is, however, not mandatory. In the present case, a ring with a U-shaped cross-section is used for this purpose in sub-area (d), which ring is located on the end shield with a radial leg 18b and with a cylindrical section on the end winding 13th supports and with another leg the extension 25d axially engages behind and overlaps this radially. For the passage of the cooling fluid 24 in the direction of the drainage openings 18c Corresponding through openings are provided in the fluid guide element 19d.

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 explanations covered, the sub-areas (a) - (d) the location of the inlet and outlet openings 18c , 26a of the cooling fluid, the configuration of the second fluid guide elements 19 can be seen independently of the configuration of the first fluid guide element 25, so that a total of numerous combinations, also not specifically addressed here, are possible and accessible to the person skilled in the art.

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)

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), wherein - the rotor (14) has a first fluid guide element (25b-d) on one end face (10a), which deflects a cooling fluid flow (24a) spreading radially on the rotor (14) in the direction of the stator (12) from the rotor (14) and on prevents penetration into the air gap (8), wherein - the rotor (14) has a cage winding (15) with winding bars (16) running axially in a laminated core (14a) and with short-circuit rings (17) arranged on the end face and wherein - the first The 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 trained. Fluidgekühlte elektrische Maschine 10 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzschlussring (17) zumindest mit dem ersten Fluidleitelement (25) gemeinsam als Gussteil ausgebildet ist.Fluid-cooled electrical machine 10 after Claim 1 , characterized in that a short-circuit ring (17) is formed together as a cast part at least with the first fluid guide element (25). Fluidgekühlte elektrische Maschine 10 nach Anspruch 1 oder 2, 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 electrical machine 10 after Claim 1 or 2 , characterized in that a second fluid guide element (19b-d) is provided, which is arranged in a stationary manner to the stator (12) and which, together with the first fluid guide element (25b-d), has a fluid guide structure (32b-d), in particular a sealing arrangement, to avoid a penetration of cooling fluid (24) into the air gap (8) forms. Fluidgekühlte elektrische Maschine 10 nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitstruktur (32b-d) eine Dichtungsanordnung ausbildet, bei der sich der Kurzschlussring (17) mit dem ersten Fluidleitelement (25b-d) und das zweite Fluidleitelement (19b-d) radial und axial überdecken.Fluid-cooled electrical machine 10 according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that the fluid guide structure (32b-d) forms a sealing arrangement in which the short-circuit ring (17) with the first fluid guide element (25b-d) and the second fluid guide element (19b-d) overlap radially and axially.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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