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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle, ein auf der Rotorwelle angeordnetes Blechpaket, wobei das Blechpaket drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, und ein Wärmerohr, in welchem ein Kühlmedium aufgenommen ist. Das Wärmerohr ist dazu eingerichtet, Wärme aufzunehmen und an eine Umgebung abzuführen. Hierzu ist das Wärmerohr zumindest teilweise in dem Rotor angeordnet.
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Elektrische Maschinen, wie beispielsweise elektrische Antriebe, mit einer bestimmten Leistungsdichte benötigen gekühlte Rotoren, die meistens mit in den Rotor eingeführten Kühlmedien funktionieren.
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Um im Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Wärme zu reduzieren oder aus dieser abzuführen, ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, die elektrische Maschine mit einem integrierten Kühlkreislauf zu versehen. Der Nachteil eines integrierten Kühlkreislaufes besteht darin, dass bei den eingesetzten Kühlmedien Druckverluste auftreten, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine reduziert. Zudem erhöht ein integrierter Kühlkreislauf die Komplexität, den Montageaufwand und die Kosten der elektrischen Maschine. Beispielsweise bedarf es zusätzlicher Komponenten für die Umsetzung des integrierten Kühlkreislaufs, wie zum Beispiel Kühlmedium fördernde Komponenten und Dichtungen.
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Anstelle einen Kühlkreislauf in die elektrische Maschine zu integrieren, kann auch ein Wärmerohr, eine sogenannte Heatpipe, zur Kühlung der elektrischen Maschine verwendet werden.
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So beschreibt beispielsweise die
US 2014/0306450 A1 eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator mit einer Statorwicklung, einen Rotor, der auf einer Seite eines Innendurchmessers des Stators mit einem Spiel zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist und eine Welle, die an dem Rotor befestigt und mit dem Rotor gekoppelt ist. Ferner weist die elektrische Maschine ein Wärmerohr auf, das von einem inneren Teil bis zu einem äußeren Teil der Welle angeordnet ist.
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In der
US 2014/0368064 A1 ist hierzu ferner ein Elektromotor-Kühlsystem beschrieben. Das Elektromotor-Kühlsystem weist ein Wärmerohr auf, das in einem hohlen Bereich innerhalb einer Rotorwelle des Motors aufgenommen ist. Ein Ende des Wärmerohres, das sich vom Ende der Rotorwelle weg erstreckt, ist mit einem Wärmetauscher gekoppelt. Während des Motorbetriebs wird durch die Erwärmung des Rotors Wärmeenergie vom Wärmerohr innerhalb der Rotorwelle aufgenommen und zur effizienten Abfuhr an den Wärmetauscher abgegeben.
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Aus der
US 2014/0292121 A1 geht ein Elektromotor eines Elektrofahrzeug-Antriebsaggregats hervor. Der Elektromotor besteht aus einem Rotor und einer magnetischen Baugruppe. Der Rotor ist in einem Stator drehbar gelagert. Die magnetische Baugruppe ist für den Drehantrieb des Rotors ausgelegt. Der Rotor ist mit einem Wärmerohr mit mindestens einer Kondensationszone zum Kondensieren einer Wärmeträgerflüssigkeit und mindestens einer Verdampfungszone zum Verdampfen der Wärmeträgerflüssigkeit versehen.
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Der Nachteil derartig in den elektrischen Maschinen verwendeter Heatpipes besteht darin, dass zum einen der Aufbau der elektrischen Maschine besonders komplex und aufwändig gestaltet ist und zum anderen keine ausreichende Wärmeabfuhr im Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Wärmeabfuhr für einen Rotor bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotor, eine elektrische Maschine mit einem Rotor und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Entsprechend schlägt die Erfindung einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vor. Der Rotor weist eine Rotorwelle und ein auf der Rotorwelle angeordnetes Blechpaket auf, wobei das Blechpaket drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist. Mit anderen Worten kann das Blechpaket derart mit der Rotorwelle verbunden oder gekoppelt sein, dass im Betrieb der elektrischen Maschine die Rotorwelle mit dem Blechpaket rotiert. Insbesondere kann das Blechpaket die Rotorwelle zumindest teilweise umgeben. Mit anderen Worten kann die Rotorwelle in dem Blechpaket aufgenommen oder angeordnet sein.
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Des Weiteren weist der Rotor ein Wärmerohr auf, in welchem ein Kühlmedium aufgenommen ist, und welches dazu eingerichtet ist, Wärme aufzunehmen und an eine Umgebung abzuführen. Bevorzugt ist das Wärmerohr dazu eingerichtet, die im Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Wärme, insbesondere die Wärme im Rotor und/oder in dem Blechpaket, an eine Umgebung der elektrischen Maschine oder des Rotors abzuführen. Hierzu ist das Wärmerohr zumindest teilweise in dem Rotor angeordnet oder aufgenommen. Dabei kann das Wärmerohr beispielsweise innerhalb der Rotorwelle und/oder dem Blechpaket angeordnet oder aufgenommen sein. Beispielsweise kann die Rotorwelle einen Hohlraum aufweisen, in dem das Wärmerohr zumindest teilweise aufgenommen ist, oder die Rotorwelle kann zumindest teilweise als eine Hohlwelle ausgebildet sein. Bevorzugt erstreckt sich das Wärmerohr in Richtung einer Rotationsachse der Rotorwelle. Bevorzugt ist das Wärmerohr aus einem wärm leitfähigen Material, insbesondere aus Aluminium und/oder Kupfer, gebildet.
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Mit „Wärmerohr“ ist insbesondere ein Wärmeübertrager gemeint. Das Wärmerohr weist insbesondere einen Verdampfungsbereich oder eine Verdampfungszone und einen Kondensationsbereich oder eine Kondensationszone auf. Bezogen auf den Rotor liegt der Verdampfungsbereich bevorzugt im Bereich oder innerhalb des Blechpakets des Rotors und der Kondensationsbereich bevorzugt außerhalb des Rotors oder des Blechpakets des Rotors. Bei Wärmeeintrag beginnt das Kühlmedium zu verdampfen. Dadurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Druck im Dampfraum lokal erhöht, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohrs führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen zu einer Stelle - dem Kondensationsbereich - mit niedrigerer Temperatur, wo der Dampf oder das verdampfte Kühlmedium kondensiert. An dieser Stelle erhöht sich die Temperatur durch die frei werdende Kondensationswärme. Die zuvor aufgenommene Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Das nun flüssige Kühlmedium kehrt anschließend wieder zurück zu der Stelle, an der die Wärme eingeleitet oder eingetragen wird, dem Verdampfungsbereich.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Wärmerohr an einem Ende, welches außerhalb des Blechpakets oder Rotors angeordnet ist, zumindest zwei Endsegmente aufweist. Mit anderen Worten teilt sich das Wärmerohr an dem Ende oder Endbereich oder Endabschnitt des Wärmerohres, welches oder welcher außerhalb des Blechpakets angeordnet ist, in zumindest zwei Endsegmente auf. Dabei umgibt ein erstes Endsegment der zumindest zwei Endsegmente ein zweites Endsegment der zumindest zwei Endsegmente des Wärmerohres zumindest teilweise. Mit „Endsegment“ ist insbesondere ein Teilstück oder ein Teil des Wärmerohres gemeint. Hierbei kann das äußere Teilstück - das erste Endsegment - das innere Teilstück - das zweite Endsegment - umgeben oder ummanteln oder einfassen. Das Ende des Wärmerohres, welches außerhalb des Blechpakets angeordnet ist, weist bevorzugt den Kondensationsbereich oder die Kondensationszone des Wärmerohres auf. Bevorzugt fassen das erste Endsegment und das zweite Endsegment des Wärmerohres und übrige Teil oder Abschnitt des Wärmerohres ein geschlossenes Volumen ein, innerhalb dessen das Kühlmedium aufgenommen ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Wärmerohr auch weitere Endsegmente aufweisen, welche durch das erste Endsegment zumindest teilweise, also vollständig oder teilweise, umgeben sind.
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In dem Bereich oder Abschnitt des Wärmerohres, welcher innerhalb des Blechpakets angeordnet ist, wird bevorzugt die im Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Wärme aufgenommen, wodurch insbesondere das Kühlmedium in dem Wärmerohr verdampft. Anschließend wird das verdampfte Kühlmedium bevorzugt zu dem Ende des Wärmerohres, welches außerhalb des Blechpakets angeordnet ist, geleitet. Dabei gelangt das verdampfte Kühlmedium insbesondere in die zumindest zwei Endsegmente - das erste Endsegment und das zweite Endsegment - des Wärmerohres. Bevorzugt sind die zumindest zwei Endsegmente fluidisch miteinander verbunden. Bevorzugt ist der Rest oder der übrige oder andere Teil des Wärmerohres mit dem ersten Endsegment und dem zweiten Endsegment, insbesondere fluidisch, gekoppelt oder verbunden. Bevorzugt ergibt das Innere des Wärmerohres ein geschlossenes Volumen. Innerhalb der zumindest zwei Endsegmente kondensiert das Kühlmedium und fließt anschließend zurück in den Bereich des Wärmerohres innerhalb des Blechpakets.
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Durch die zumindest zwei Endsegmente wird die Kondensationsoberfläche des Wärmerohres erhöht, wodurch mehr aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr aus dem Rotor oder der elektrischen Maschine wird die Effizienz und dadurch die Dauerleistung der elektrischen Maschine erhöht. Durch die konstruktive Gestaltung des Wärmerohres mit den zumindest zwei Endsegmenten kann die Dimensionierung des Wärmerohres erhalten bleiben. Es sind keine geschlossene Kühlkreisläufe zur Wärmeabfuhr erforderlich. Durch eine verbesserte Effizienz kann entweder die Dauerleistung der elektrischen Maschine bei gleichem Bauraum erhöht werden oder bei gleicher Leistung der Bauraum der elektrischen Maschine verkleinert oder reduziert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das erste Endsegment und das zweite Endsegment koaxial, insbesondere in einem vorbestimmten Abstand zueinander, angeordnet sind. Mit anderen Worten können das erste Endsegment und das zweite Endsegment koaxial und beabstandet zueinander angeordnet sein. Mit „koaxial“ ist insbesondere gemeint, dass das erste Endsegment und das zweite Endsegment eine gemeinsame Achse aufweisen. Bei der Achse kann es sich insbesondere um eine Drehachse der Rotorwelle handeln. Besonders bevorzugt sind das erste Endsegment und das zweite Endsegment des Wärmerohres rotationssymmetrisch ausgebildet und/oder zueinander angeordnet. Durch eine derartige Anordnung des ersten Endsegments und des zweiten Endsegments zueinander wird die Oberfläche des Wärmerohres erhöht. Über die Oberfläche des ersten Endsegments und über die Oberfläche des zweiten Endsegments kann Wärme abgeführt oder abgegeben werden.
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In vorteilhafter Weise ist das erste Endsegment als ein doppelwandiges Rohr ausgebildet. Mit anderen Worten kann das erste Endsegment insbesondere einen Ringraum aufweisen. Dabei weist das erste Endsegment bevorzugt eine innere Wand und eine äußere Wand auf, welche insbesondere koaxial zueinander angeordnet sind. Die äußere Wand umgibt insbesondere die innere Wand oder Wandung des ersten Endsegments. Das Kühlmedium strömt oder befindet sich insbesondere zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand des ersten Endsegments. Bevorzugt ist das als doppelwandiges Rohr ausgebildete erste Endsegment einseitig geschlossen ausgebildet. Durch die Ausbildung des ersten Endsegments als ein doppelwandiges Rohr kann die Oberfläche des Wärmerohres auf besonders einfache Art und Weise erhöht werden, wodurch die Wärmeabfuhr in diesem Bereich weiter verbessert werden kann. Ferner ergibt sich durch die Ausgestaltung des ersten Endsegments als doppelwandiges Rohr der Vorteil, dass das erste Endsegment eine besonders einfache zu fertigende Form aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das zweite Endsegment rohrförmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann das zweite Endsegment die Form eines Rohres aufweisen. Besonders bevorzugt wird das rohrförmige zweite Endsegment durch das als doppelwandiges Rohr ausgebildete erste Endsegment umgeben. Hierbei kann die innere Wand des ersten Endsegments dem zweiten Endsegment zugewandt sein. Die innere Wand des ersten Endsegments kann in einem vorbestimmten, insbesondere gleichmäßigen, Abstand zu dem zweiten Endsegment, insbesondere einer Wand des zweiten Endsegments, angeordnet sein. Hierbei kann bevorzugt ein Ringspalt zwischen dem ersten Endsegment und dem zweiten Endsegment ausgebildet sein. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die innere Wand des ersten Endsegments die Wand oder Wandung des zweiten Endsegments bildet. Bevorzugt ist das als Rohr ausgebildete zweite Endsegment einseitig geschlossen ausgebildet. Besonders bevorzugt bilden die geschlossenen Enden des ersten Endsegments und des zweiten Endsegments eine Stirnseite oder Stirnfläche des Wärmerohres. Durch die rohrförmige Ausgestaltung des zweiten Endsegments ergibt sich der Vorteil, dass das zweite Endsegment eine besonders einfache zu fertigende Form aufweist.
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Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das zweite Endsegment buchsenförmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann das zweite Endsegment die Form einer Buchse aufweisen. Besonders bevorzugt kann das zweite Endsegment im Querschnitt eine T-Form aufweisen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das zweite Endsegment eine besonders einfache zu fertigende Form aufweist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Wärmerohr, insbesondere die zumindest zwei Endsegmente, einstückig ausgebildet ist. Mit „einstückig“ ist insbesondere gemeint, dass das Wärmerohr, insbesondere das Wärmerohr mit dem ersten Endsegment und dem zweiten Endsegment, einteilig, also als ein Teil oder Stück, ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Wärmerohr besonders stabil aufgebaut ist. Ferner können durch die einstückige Ausgestaltung Prozessschritte bei der Herstellung des Wärmerohres eingespart werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wärmerohr, insbesondere die zumindest zwei Endsegmente, mehrteilig, besonders bevorzugt zweiteilig, ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann das Wärmerohr, insbesondere das erste Endsegment und das zweite Endsegment des Wärmerohres, aus mehreren Teilen oder Stücken, bevorzugt aus zwei Teilen, gebildet sein. Besonders bevorzugt kann das erste Endsegment einteilig mit dem restlichen Wärmerohr ein Teil und das zweite Endsegment ein weiteres Teil des Wärmerohres bilden. Zur Bildung des Wärmerohres, insbesondere des Endes des Wärmerohres, kann das zweite Endsegment mit dem ersten Endsegment oder dem anderen Teil des Wärmerohres formschlüssig, beispielsweise durch Einpressen, oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Einkleben oder Schweißen, verbunden werden.
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In vorteilhafter Weise weist eine erste Oberfläche des ersten Endsegments und/oder eine zweite Oberfläche des zweiten Endsegments eine vorbestimmte Steigung, insbesondere eine Steigung von 0,25° bis 5°, bevorzugt von 1° bis 3°, auf. Bevorzugt weist die äußere Wand des ersten Endsegments und/oder die Wand des ersten Endsegments die Steigung von 0,25° bis 5°, bevorzugt von 1° bis 3°, auf. Mit Steigung ist insbesondere gemeint, dass die Wand oder Wandung des ersten Endsegments und/oder des zweiten Endsegments eine Schräge aufweist. Die jeweilige Steigung der ersten Oberfläche des ersten Endsegments und/oder der zweiten Oberfläche des zweiten Endsegments ist in Richtung von dem Blechpaket von der Rotorwelle weg geneigt. In Richtung des Blechpakets wird durch die Steigung insbesondere der Durchmesser des ersten Endsegments und/oder des zweiten Endsegments, insbesondere der innere Durchmesser, größer. Durch die jeweilige Steigung kann das erste Endsegment und/oder das zweite Endsegment die Form eines Kegels aufweisen. Bei der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche handelt es sich insbesondere um die Fläche oder innere Oberfläche des ersten Endsegments und/oder zweiten Endsegments, welche einem Innenraum des Wärmerohres zugewandt ist. Durch die Steigung kann gewährleistet werden, dass das kondensierte Kühlmedium innerhalb des Wärmerohres zurück in den Teil des Wärmerohres innerhalb der elektrischen Maschine strömt oder fließt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Wärmerohr Kühlrippen aufweist, welche an dem Ende des Wärmerohres, welches außerhalb des Blechpakets angeordnet ist, angeordnet sind. Die Kühlrippen erstrecken sich insbesondere senkrecht zur Rotorwelle. Die einzelnen Kühlrippen können in Richtung der Rotationsachse in einem vorbestimmten, insbesondere gleichmäßigen, Abstand zueinander angeordnet sein. Hierbei können die Kühlrippen mit dem ersten Endsegment und/oder dem zweiten Endsegment gekoppelt sein. Die Kühlrippen dienen insbesondere zur Vergrößerung der Oberfläche des Wärmerohres, insbesondere im Bereich der Kondensation, um die Wärmeübertragung an die Umgebung und damit die Kühlung zu verbessern.
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Zu der Erfindung gehört auch eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Motor, insbesondere als Elektromotor für ein Kraftfahrzeug, ausgebildet sein.
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Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine, welche einen Stator, einen Rotor und ein Wärmerohr umfasst;
- 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Wärmerohres von 1; und
- 3 eine schematische Darstellung des Rotors von 1 mit einer weiteren Ausführungsform des Wärmerohrs.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elektrische Maschine 10. Bei der elektrischen Maschine 10 kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, besonders bevorzugt für ein Elektrofahrzeug, handeln. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 und einen Rotor 14 auf. Der Rotor 14 weist ferner eine Rotorwelle 16 auf. Der Stator 12 umgibt den Rotor 14. Mit anderen Worten kann der Rotor 14 in dem Stator 12 zumindest teilweise aufgenommen sein. Der Rotor 14 weist ferner ein Blechpaket und einen Kurzschlussring (in Figuren nicht dargestellt) auf. Entsprechend kann der Rotor 14 als ein Kurzschlussläufer oder Käfigläufer ausgebildet sein. Des Weiteren ist der Rotor 14 derart an der Rotorwelle 16 angeordnet, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 10 der Rotor 14 mit der Rotorwelle 16 dreht. Mit anderen Worten befindet sich in einem Inneren des Stators 12 der Rotor 14 der drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden ist. Die Rotorwelle 16 ist um eine Rotationsachse drehbar in dem Stator 12 gelagert.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine 10 entsteht Wärme im Inneren der elektrischen Maschine 10, welche an eine Umgebung 18 der elektrischen Maschine 10 abzuführen ist, um Effizienzeinbußen oder gar Beschädigungen der elektrischen Maschine zu vermeiden. Hierzu weist die elektrische Maschine 10 oder der Rotor 14 ein Wärmerohr 20 auf, welches insbesondere auch als Heatpipe bezeichnet werden kann. Das Wärmerohr 10 ist zumindest teilweise innerhalb der elektrischen Maschine 10 aufgenommen. Dabei kann das Wärmerohr 20 in dem Rotor, insbesondere der Rotorwelle 16 oder dem Blechpaket aufgenommen oder angeordnet sein. Wie 1 zu entnehmen ist, ist ein Ende 22 oder ein Abschnitt des Wärmerohres 20 außerhalb Blechpakets des Rotors 14 angeordnet. Mit anderen Worten ragt das Ende 22 des Wärmerohres 20 aus der elektrischen Maschine 10, insbesondere dem Blechpaket des Rotors 14, heraus. Das Wärmerohr 20 ist insbesondere in oder an der Rotorwelle 16 der elektrischen Maschine 10 angeordnet oder daran gehalten. Bevorzugt weist die Rotorwelle 16 einen Hohlraum auf, in dem das Wärmerohr 20 aufgenommen ist.
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Das Wärmerohr 20 weist in der Regel eine Hülle oder Wand auf, welche insbesondere aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist. Beispielsweise kann die Wand des Wärmerohres 20 aus Kupfer oder Aluminium oder Edelstahl oder Keramik oder Glas gebildet sein. In dem Wärmerohr 20 ist ein Kühlmedium, welches auch als Arbeitsmedium bezeichnet werden kann, aufgenommen. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Wasser.
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Im Folgenden soll auf die Funktion des Wärmerohres 20 näher eingegangen werden. Nimmt das Wärmerohr 20 durch Wärmeeintrag, also im Betrieb der elektrischen Maschine 10 entstehende Wärme, eine höhere Temperatur an, steigt der Druck, insbesondere entsprechend der Dampfdruckkurve des Kühlmediums. Wenn nun an einer anderen beliebigen Stelle in dem Wärmerohr 20 durch Wärmeabfuhr eine niedrigere Temperatur entsteht, führt dies an dieser Stelle zu einer sogenannten Taupunktunterschreitung mit sofortigem Kondensatanfall. Der Druck an dieser Stelle sinkt entsprechend der Temperatur ab. Der Dampf in dem Wärmerohr 20 strömt, dem Druckgefälle folgend, zu der kälteren Stelle. Das Kondensat fließt durch Schwerkraft angetrieben und/oder durch die Kapillarkräfte des Wärmerohres 20 zurück zum Ort des Verdampfens. Da sich die dampfförmige Phase und die flüssige Phase des Arbeitsmediums im gleichen Raum oder geschlossenen Volumen befinden, ergibt sich ein Nassdampfgebiet. Das hat zur Folge, dass sich bei einer bestimmten Temperatur im Wärmerohr 20 immer eine bestimmte dazugehörige Temperatur einstellt. Der Ort des Verdampfens, also der Verdampfungsbereich oder die Verdampfungszone, befindet sich insbesondere innerhalb der elektrischen Maschine 10 oder des Rotors 14, insbesondere der Rotorwelle 16 und/oder dem Blechpaket. Der Ort des Kondensierens, also der Kondensationsbereich, befindet sich bevorzugt an dem Ende 22 des Wärmerohres 20, also außerhalb des Blechpakets des Rotors 14.
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In der Regel weisen Wärmerohre eine rohrförmige Form auf. Um jedoch den Wärmeabtransport oder den Wärmeaustrag an dem Kondensationsbereich, also dem Ende 22 des Wärmerohres 20 zu vergrößern oder zu verbessern, kann eine Oberfläche des Wärmerohres 20, über welche die Wärme an die Umgebung 18 abgegeben wird, vergrößert werden. In Zusammenhang von 1 und 2 soll die Vergrößerung der Oberfläche des Endes 22 des Wärmerohres 20 genauer erläutert werden.
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Um die Oberfläche des Wärmerohres 20, insbesondere die innere Oberfläche oder Kondensationsoberfläche, an dem Ende 22 zu vergrößern, weist das Wärmerohr 20 an dem Ende 22 zumindest zwei Endsegmente 24, 26 - erstes Endsegment 24 und zweites Endsegment 26 - auf. Mit anderen Worten ist das Ende 22 des Wärmerohres 20 in zumindest zwei Endsegmente 24, 26 unterteilt. Insbesondere sind das erste Endsegment 24 und das zweite Endsegment 26 rotationssymmetrisch ausgebildet. Dabei ist das erste, insbesondere äußere, Endsegment 24 als ein doppelwandiges Rohr ausgebildet. Das erste Endsegment 24 weist als doppelwandiges Rohr eine innere Wand 28 und eine äußere Wand 30 auf, welche insbesondere koaxial zueinander angeordnet sind. Die äußere Wand 30 umgibt die innere Wand 28, insbesondere radial. Das Kühlmedium strömt oder befindet sich insbesondere zwischen der inneren Wand 28 und der äußeren Wand 30 des ersten Endsegments 24.
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Das zweite Endsegment 26 ist rohrförmig ausgebildet. Mit anderen Worten kann das zweite Endsegment 26 die Form eines Rohres aufweisen. Besonders bevorzugt wird das rohrförmige zweite Endsegment 26 durch das als doppelwandiges Rohr ausgebildete erste Endsegment 24 umgeben. Hierbei kann die innere Wand des ersten Endsegments 24 dem zweiten Endsegment 26 zugewandt sein. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die innere Wand 28 des ersten Endsegments 24 die Wand oder Wandung des zweiten Endsegments 26 bildet.
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Ferner weist eine erste Oberfläche 32 des ersten Endsegments 24 oder die der ersten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche des ersten Endsegments 24 und eine zweite Oberfläche 34 des zweiten Endsegments 26 eine vorbestimmte Steigung, insbesondere eine Steigung von 0,25° bis 5°, bevorzugt von 1° bis 3°, auf. Dabei kann die innere Wand 28 und/oder die äußere Wand 30 die Steigung aufweisen. Mit Steigung ist insbesondere gemeint, dass die Wand oder Wandung des ersten Endsegments 24 und des zweiten Endsegments 26 eine Schräge aufweist. Die Steigung erstreckt sich entlang einer Erstreckungsrichtung der elektrischen Maschine 10. Die jeweilige Steigung der ersten Oberfläche 32 des ersten Endsegments 24 und der zweiten Oberfläche 34 des zweiten Endsegments 26 verläuft von der elektrischen Maschine 10, insbesondere vom Rotor 14, weg. Mit anderen Worten verläuft die jeweilige Wand durch die Steigung in Richtung des Blechpakets von der Rotorwelle 16 weg. Durch die Steigung kann gewährleistet werden, dass das kondensierte Kühlmedium innerhalb des Wärmerohres 20 zurück in den Teil des Wärmerohres 20 innerhalb der elektrischen Maschine 10 oder des Rotors 14 strömt oder fließt.
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Um die Oberfläche des Wärmerohres 20 im Bereich des Endes 22 weiter zu vergrößern, weist das Wärmerohr 22 Kühlrippen 36 auf. Hierbei können die Kühlrippen 36 mit dem ersten Endsegment 24 und/oder dem zweiten Endsegment 26 gekoppelt sein.
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Gemäß der Ausführungsform des Wärmerohres 20 in 1 und 2 ist das Wärmerohr 20 einteilig oder einstückig ausgebildet. In 3 weist das Wärmerohr 20 den gleichen oder denselben Aufbau auf, wie das Wärmerohr 20 in 1 und 2. Dabei ist das Wärmerohr 20, insbesondere im Bereich des Endes 22 des Wärmerohres 20, mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet. Hierbei das erste Endsegment 24 mit dem übrigen oder restlichen Wärmerohr 20 einteilig ausgebildet. Das das zweite Endsegment 26 bildende Teil 26' oder Stück des Wärmerohres 20 ist buchsenförmig ausgebildet oder weist im Querschnitt eine T-Form auf. Das das zweite Endsegment 26 bildende Teil 26` kann derart an oder in das Wärmerohr 20 eingebracht werden, dass sich das zweite Endsegment 26 des Wärmerohres bildet. Hierbei kann das das zweite Endsegment 26 bildende Teil 26` in das Wärmerohr 20, insbesondere das erste Endsegmente, gepresst oder eingepresst oder stoffschlüssig, insbesondere eingeklebt oder geschweißt oder gelötet, werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Heatpipe mit einer vergrößerten inneren Oberfläche oder Kondensationsoberfläche bereitgestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0306450 A1 [0005]
- US 2014/0368064 A1 [0006]
- US 2014/0292121 A1 [0007]
