DE102018220810A1

DE102018220810A1 - Fluid-cooled rotor for an electrical machine

Info

Publication number: DE102018220810A1
Application number: DE102018220810.7A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Chernogorski
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen fluidgekühlten Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine fremderregte Synchronmaschine (FSM) mit direkt oder verlustnah gekühlter Rotorwicklung.The invention relates to a fluid-cooled rotor for an electrical machine and an externally excited synchronous machine (FSM) with a rotor winding cooled directly or close to loss.

Description

Bei der fremderregten Synchronmaschine (FSM) ist die Temperatur der Rotorwicklung der Faktor, der die Dauerleistung der Maschine limitiert. Heutiger Stand ist, dass die Rotorwicklung indirekt durch eine Wellenkühlung gekühlt wird. Die Wärme muss von der Rotorwicklung an das Blechpaket, dann an die Welle und erst dann an das Fluid übergeben werden, was die Kühlleistung limitiert.With the externally excited synchronous machine (FSM), the temperature of the rotor winding is the factor that limits the continuous output of the machine. The current status is that the rotor winding is cooled indirectly by shaft cooling. The heat must be transferred from the rotor winding to the laminated core, then to the shaft and only then to the fluid, which limits the cooling capacity.

Aus der DE 10 2014 107 843 B3 ist eine Hohlwelle für den Rotor einer elektrischen Maschine bekannt. Die Hohlwelle enthält ein Durchflusselement, durch welches ein flüssiges oder gasförmiges Medium geleitet wird.From the DE 10 2014 107 843 B3 a hollow shaft for the rotor of an electrical machine is known. The hollow shaft contains a flow element through which a liquid or gaseous medium is passed.

Aus der DE 10 2016 208 770 A1 geht eine als Asynchronmaschine ausgeführte elektrische Maschine hervor, die über eine Hohlwelle mit einem Kühlmedium versorgt wird, das über radiale Öffnungen in der Welle austritt und Kurzschlussringe an den Stirnseiten des Rotors und Wicklungsköpfe an den Stirnseiten des Stators kühlt.From the DE 10 2016 208 770 A1 is an electrical machine designed as an asynchronous machine, which is supplied via a hollow shaft with a cooling medium which exits through radial openings in the shaft and cools short-circuit rings on the end faces of the rotor and winding heads on the end faces of the stator.

Es gibt auch Varianten, bei denen die Rotorwicklung direkt durch Luft gekühlt wird. Die Luft zirkuliert innerhalb des EM-Gehäuses und kühlt sich an den mit Wasser durchströmten Teilen des Gehäuses ab. Diese Variante benötigt relativ viel Platz und ist mit höheren Luftreibungsverlusten verbunden.There are also variants in which the rotor winding is cooled directly by air. The air circulates within the EM housing and cools down on the parts of the housing through which water flows. This variant requires a relatively large amount of space and is associated with higher air friction losses.

Die DE 10 2008 020 426 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Rotor, in dem Kühlkanäle für eine direkte Kühlung der Rotorwicklungen angeordnet sind. Die Kühlkanäle sind so gestaltet, dass sich die Eigengeschwindigkeit des Kühlmittels und die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors weitgehend kompensieren.The DE 10 2008 020 426 A1 discloses an electrical machine with a rotor in which cooling channels for direct cooling of the rotor windings are arranged. The cooling channels are designed in such a way that the intrinsic speed of the coolant and the rotational speed of the rotor largely compensate.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise beseitigt.Against this background, the object of the invention is to provide a device which at least partially eliminates the disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1 and a device with the features of claim 10. Embodiments of the invention result from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird der Weg zwischen Wärmequelle und Wärmesenke minimiert, indem das Fluid sehr nah an der Rotorwicklung geführt wird. In einer Variante hat die Rotorwicklung direkten Kontakt mit dem Kühlfluid. Somit kann die Wärme direkt von der Wicklung ins Kühlfluid übergehen. Um dies zu ermöglichen, ist der Rotor zur Abdichtung und Fluidführung von einem Zylinder umgeben. In der fremderregten Synchronmaschine befindet sich der Zylinder in dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator.According to the invention, the path between the heat source and the heat sink is minimized in that the fluid is guided very close to the rotor winding. In one variant, the rotor winding is in direct contact with the cooling fluid. This allows the heat to pass directly from the winding into the cooling fluid. To make this possible, the rotor for sealing and fluid guidance is surrounded by a cylinder. In the separately excited synchronous machine, the cylinder is located in the air gap between the rotor and the stator.

Gegenstand der Erfindung ist ein fluidgekühlter Rotor für eine elektrische Maschine. Der Rotor umfasst eine Hohlwelle zur Durchleitung eines Kühlfluids, die mindestens einen radiale Austrittskanal und mindestens einen radialen Eintrittskanal für das Kühlfluid aufweist. In einer Ausführungsform umfasst die Hohlwelle jeweils mehrere Austritts- und Eintrittskanäle für das Kühlfluid. Ein radialer Kanal im Sinne der Erfindung ist ein Kanal in der Wand der Hohlwelle, durch den ein Kühlfluid in einer nicht mit der Drehachse der Hohlwelle zusammenfallenden Richtung strömen kann. In einer speziellen Variante ist die Strömungsrichtung senkrecht zur Drehachse.The invention relates to a fluid-cooled rotor for an electrical machine. The rotor comprises a hollow shaft for the passage of a cooling fluid, which has at least one radial outlet channel and at least one radial inlet channel for the cooling fluid. In one embodiment, the hollow shaft in each case comprises a plurality of outlet and inlet channels for the cooling fluid. A radial channel in the sense of the invention is a channel in the wall of the hollow shaft through which a cooling fluid can flow in a direction that does not coincide with the axis of rotation of the hollow shaft. In a special variant, the direction of flow is perpendicular to the axis of rotation.

Auf der Hohlwelle ist ein Blechpaket montiert. Das Blechpaket ist aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Lamellen aus dünnem Blech aufgebaut. Jede Lamelle weist eine Anzahl von in radialer Richtung verlaufenden Polschuhen auf, deren Enden auf einem Kreisumfang liegen. Die Polschuhe der einzelnen Lamellen sind deckungsgleich übereinander angeordnet und bilden die Polschuhe des Blechpakets. Auf den Polschuhen ist mindestens eine Rotorwicklung angeordnet. In einer Ausführungsform des Rotors sind an den Stirnseiten des Blechpakets Wickelköpfe angeordnet, über welche die mindestens eine Rotorwicklung verläuft. Die Wickelköpfe erleichtern das Aufwickeln der Rotorwicklung auf das Blechpaket und verhindern ein Abrutschen der Wicklungen vom Blechpaket.A laminated core is mounted on the hollow shaft. The laminated core is made up of a plurality of laminations made of thin sheet metal arranged one above the other. Each lamella has a number of pole pieces running in the radial direction, the ends of which lie on a circumference. The pole pieces of the individual lamellae are arranged congruently one above the other and form the pole pieces of the sheet stack. At least one rotor winding is arranged on the pole pieces. In one embodiment of the rotor, winding heads are arranged on the end faces of the laminated core, over which the at least one rotor winding runs. The winding heads make it easier to wind up the rotor winding on the laminated core and prevent the windings from slipping off the laminated core.

Erfindungsgemäß ist das Blechpaket von einem Luftspaltzylinder umgeben, der den Rotor in radialer Richtung nach außen abdichtet und einen Abfluss des Kühlfluids aus dem Rotor in radialer Richtung verhindert. In einer Ausführungsform besteht der Luftspaltzylinder aus einem nichtmagnetischen Werkstoff. Der Luftspaltzylinder dient der Fluidführung im Rotor und der Abdichtung des Rotors. Soll die Rotorwicklung direkt oder verlustnah mit einem Kühlfluid gekühlt werden, ist es erforderlich, das Kühlfluid entlang der Wicklung zu leiten. Das Blechpaket ist aus vielen dünnen Lamellen zusammengebaut. Deswegen ist das Blechpaket nicht dicht und bei hohen Drehzahlen (Umfangsgeschwindigkeiten) dringt das Kühlfluid zwischen die Lamellen des Blechpakets in den Luftspalt der elektrischen Maschine. Der Luftspalt ist der Luftraum zwischen dem Stator und dem Rotor. Das hat zwei Folgen. Da der Luftspalt sehr schmal ist, etwa 0,6 bis 1,2 mm, entstehen dort auf Grund der hohen Scherkräfte zwischen Stator (stehend) und Rotor (drehend) hohe hydraulische Verluste. Je höher die Dichte des Kühlfluids ist, desto höher sind die hydraulischen Verluste - bei Luft niedrig, bei Flüssigkeiten hoch. Verluste bedeuten Wärme, die wieder abgeführt werden muss, aber auch Energieverbrauch, was sich z.B. bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen negativ auf die Reichweite auswirkt. Das Fluid, das zwischen den Blechen durchsickert, steht zudem nicht zur Kühlung der Wicklung zur Verfügung. Deswegen muss vermieden werden, dass Flüssigkeiten in den Luftspalt gelangen. Dies wird durch den Luftspaltzylinder gewährleistet, der sicherstellt, dass das Fluid nur innerhalb des Rotorraums bleibt und nicht in den Innenraum der E-Maschine gelangt. Somit können auch Kühlfluide verwendet werden, die keinen Kontakt mit Strom führenden Teilen wie der Statorwicklung haben dürfen.According to the invention, the laminated core is surrounded by an air gap cylinder which seals the rotor outward in the radial direction and prevents the cooling fluid from flowing out of the rotor in the radial direction. In one embodiment, the air gap cylinder consists of a non-magnetic material. The air gap cylinder is used to guide the fluid in the rotor and to seal the rotor. If the rotor winding is to be cooled directly or with loss using a cooling fluid, it is necessary to conduct the cooling fluid along the winding. The laminated core is assembled from many thin slats. For this reason, the laminated core is not tight and at high speeds (peripheral speeds) the cooling fluid penetrates between the fins of the laminated core into the air gap of the electrical machine. The air gap is the air space between the stator and the rotor. This has two consequences. Since the air gap is very narrow, about 0.6 to 1.2 mm, there are high hydraulic losses due to the high shear forces between the stator (standing) and the rotor (rotating). The higher the density of the cooling fluid, the more The hydraulic losses are higher - low for air, high for liquids. Losses mean heat, which has to be dissipated again, but also energy consumption, which has a negative effect on the range, for example in electrically powered vehicles. The fluid that seeps between the sheets is also not available to cool the winding. Therefore it must be avoided that liquids get into the air gap. This is ensured by the air gap cylinder, which ensures that the fluid only stays inside the rotor space and does not get into the interior of the electric machine. This means that cooling fluids can also be used that must not come into contact with live parts such as the stator winding.

Weil kein Kühlfluid in den Innenraum der elektrischen Maschine gelangt, können unterschiedliche Kühlfluide verwendet werden. Beispiele umfassen Luft, Wasser-Glykol-Gemische, Getriebeöle wie MTF (Manual Transmission Fluid - Getriebeöl für manuell geschaltete Getriebe) oder ATF (Automatic Transmission Fluid - Getriebeöl für Automatikgetriebe), ohne dass spezielle Maßnahmen zum Schutz der Statorwicklung oder anderer Achskomponenten unternommen werden müssen. In einer Ausführungsform ist das Kühlfluid ein Wasser-Glykol Gemisch. In einer anderen Ausführungsform ist das Kühlfluid ein Getriebeöl.Because no cooling fluid gets into the interior of the electrical machine, different cooling fluids can be used. Examples include air, water-glycol mixtures, gear oils such as MTF (Manual Transmission Fluid - gear oil for manual gearbox) or ATF (Automatic Transmission Fluid - gear oil for automatic gearbox) without special measures to protect the stator winding or other axle components . In one embodiment, the cooling fluid is a water-glycol mixture. In another embodiment, the cooling fluid is a transmission oil.

In einer Ausführungsform sind an den Stirnseiten des Luftspaltzylinders Abdichtscheiben mit Dichtungen zwischen der Hohlwelle und dem Luftspaltzylinder angeordnet. Die Abdichtscheiben verhindern einen Abfluss des Kühlfluids aus dem Rotor in axialer Richtung. Der Luftspaltzylinder und die Abdichtscheiben definieren gemeinsam mit der Hohlwelle einen geschlossenen Raum, in dem sich die zu kühlende mindestens eine Rotorwicklung befindet. Aus diesem Raum kann Kühlfluid lediglich über das Innere der Hohlwelle entweichen, ein Austritt in den Bereich außerhalb der Hohlwelle wird verhindert. Auf diese Weise wird ein abgedichteter Raum ausgebildet.In one embodiment, sealing washers with seals are arranged on the end faces of the air gap cylinder between the hollow shaft and the air gap cylinder. The sealing washers prevent the cooling fluid from flowing out of the rotor in the axial direction. The air gap cylinder and the sealing disks, together with the hollow shaft, define a closed space in which the at least one rotor winding to be cooled is located. Cooling fluid can only escape from this space via the interior of the hollow shaft; an escape into the area outside the hollow shaft is prevented. In this way, a sealed space is formed.

Durch Bohrungen in der Hohlwelle wird Kühlfluid in den die Rotorwicklung enthaltenden Aktivteil des Rotors geführt. Das Fluid fließt axial entlang der Wicklung und kühlt sie. An dem anderen Ende des Rotors wird das Kühlfluid zurück in die Hohlwelle geführt. Das Kühlfluid wird zurück auf einen kleinen Durchmesser geführt und somit kann die Energie, die zur Beschleunigung des Kühlfluids verwendet wurde, zurückgewonnen werden und die Verluste werden minimiert.Cooling fluid is guided through bores in the hollow shaft into the active part of the rotor containing the rotor winding. The fluid flows axially along the winding and cools it. At the other end of the rotor, the cooling fluid is fed back into the hollow shaft. The cooling fluid is returned to a small diameter and thus the energy used to accelerate the cooling fluid can be recovered and losses are minimized.

In einer Ausführungsform sind der mindestens eine radiale Austrittskanal und der mindestens eine radiale Eintrittskanal der Hohlwelle außerhalb des von dem Blechpaket bedeckten Bereichs der Hohlwelle in dem von dem Luftzylinder umschlossenen Raum angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform sind der mindestens eine radiale Austrittskanal und der mindestens eine radiale Eintrittskanal der Hohlwelle außerhalb des von den Wickelköpfen bedeckten Bereichs der Hohlwelle in dem von dem Luftzylinder umschlossenen Raum angeordnet. Dies erlaubt eine vollständige Durchströmung der mindestens einen Rotorwicklung in axialer Richtung entlang der Hohlwelle. Es können aber auch zusätzliche Kühlkanäle an jeder Stelle im Blechpaket realisiert werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass das Kühlfluid entweichen kann.In one embodiment, the at least one radial outlet channel and the at least one radial inlet channel of the hollow shaft are arranged outside the region of the hollow shaft covered by the laminated core in the space enclosed by the air cylinder. In a further embodiment, the at least one radial outlet channel and the at least one radial inlet channel of the hollow shaft are arranged outside the region of the hollow shaft covered by the winding overhangs in the space enclosed by the air cylinder. This allows complete flow through the at least one rotor winding in the axial direction along the hollow shaft. However, additional cooling channels can also be implemented at any point in the laminated core without there being a risk that the cooling fluid can escape.

In einer Ausführungsform ist der Raum zwischen den Polschuhen des Blechpakets und dem Luftzylinder mit einer Vergussmasse gefüllt, in der mindestens ein axialer Kanal entlang der Hohlwelle verläuft. In einer anderen Ausführungsform des Rotors wird auf die Vergussmasse verzichtet, und das Kühlfluid strömt direkt durch die Zwischenräume der Polschuhe des Blechpakets und zwischen den einzelnen Lamellen des Blechpakets hindurch.In one embodiment, the space between the pole pieces of the laminated core and the air cylinder is filled with a casting compound, in which at least one axial channel runs along the hollow shaft. In another embodiment of the rotor, the potting compound is dispensed with, and the cooling fluid flows directly through the spaces between the pole shoes of the laminated core and between the individual laminations of the laminated core.

Der erfindungsgemäße Rotor ermöglicht es, die Temperatur der Rotorwicklung stark zu senken. Dies erlaubt eine Erhöhung der Leistungsdichte und Senkung der Materialkosten der elektrischen Maschine.The rotor according to the invention makes it possible to greatly reduce the temperature of the rotor winding. This allows the power density to be increased and the material costs of the electrical machine to be reduced.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine fremderregte Synchronmaschine (FSM), die einen Stator und einen darin um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar angeordneten erfindungsgemäßen Rotor umfasst. Der Luftspaltzylinder des Rotors befindet sich in dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Der Luftspaltzylinder verhindert, dass Kühlfluid aus dem Rotor in den Luftspalt austreten kann und dort hydraulische Verluste durch die dann zwischen Rotor und Stator auftretenden Scherkräfte verursacht.The invention also relates to an externally excited synchronous machine (FSM) which comprises a stator and a rotor according to the invention arranged therein rotatable about an axis of rotation relative to the stator. The air gap cylinder of the rotor is located in the air gap between the rotor and the stator. The air gap cylinder prevents cooling fluid from escaping from the rotor into the air gap and causing hydraulic losses there due to the shear forces then occurring between the rotor and the stator.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den beigefügten Zeichnungen illustriert und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:

1 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors mit eingezeichneten Fließwegen eines Kühlfluids;
2 einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors.

The invention is illustrated by means of embodiments in the accompanying drawings and will be further described with reference to the drawings. It shows:

1 a detail of a longitudinal section through an embodiment of a rotor according to the invention with flow paths of a cooling fluid shown;
2nd a section of a cross section of an embodiment of a rotor according to the invention.

1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 10 im Längsschnitt. Da der Rotor symmetrisch zur Drehachse aufgebaut ist, ist in 1 nur die obere Hälfte des Rotors 10 dargestellt. Um den Rotor 10 ist ein Luftspaltzylinder 11 aus nicht magnetischem Werkstoff montiert. Er dichtet den Rotor 10 nach außen ab, so dass kein Kühlfluid in den Luftspalt der elektrischen Maschine bzw. an oder in den Stator gelangen kann, und dient zudem als Fluidführung. An beiden Stirnseiten des Rotors 10 befinden sich die Abdichtscheiben 13. Zwischen den Abdichtscheiben 13 und dem Luftspaltzylinder 11 und zwischen den Abdichtscheiben 13 und der Hohlwelle 14 sind Dichtungen 12 angeordnet. Auf diese Weise wird ein abgedichteter Raum um die Hohlwelle 14 ausgebildet, in dem sich das aus vielen dünnen Lamellen aufgebaute Blechpaket 16 und die Wickelköpfe 17 mit der Rotorwicklung 15 befinden. 1 shows an embodiment of a rotor according to the invention 10th in longitudinal section. Since the rotor is symmetrical to the axis of rotation, in 1 only the top half of the rotor 10th shown. Around the rotor 10th is an air gap cylinder 11 assembled from non-magnetic material. It seals the rotor 10th towards the outside, so that no cooling fluid can get into the air gap of the electrical machine or to or into the stator, and also serves as a fluid guide. On both ends of the rotor 10th are the sealing washers 13 . Between the sealing washers 13 and the air gap cylinder 11 and between the sealing washers 13 and the hollow shaft 14 are seals 12 arranged. This creates a sealed space around the hollow shaft 14 trained in which the laminated core made up of many thin slats 16 and the winding heads 17th with the rotor winding 15 are located.

Durch eine Fluidzuleitung 18 wird Kühlfluid im Innenraum der Hohlwelle 14 in einen Bereich 22 mit verringertem Innendurchmesser geführt. Eine Einschnürung 23 verhindert, dass das Kühlfluid aus dem Bereich 22 im Inneren der Hohlwelle 14 abfließt. Ein Abdichtelement 19 dichtet den Innenraum der Hohlwelle 14 gegen ein Ende ab, so dass das Kühlfluid an diesem Ende nicht aus der Hohlwelle 14 fließen kann. Durch Austrittsbohrungen 20 in der Hohlwelle 14 wird das Kühlfluid in den die zu kühlende Rotorwicklung 15 enthaltenden Aktivteil des Rotors 10 geführt. Das Kühlfluid fließt axial entlang der Rotorwicklung 15 und kühlt sie. An dem anderen Ende des Rotors 10 wird das Kühlfluid durch Eintrittsbohrungen 21 zurück in die Hohlwelle 14 geführt. So wird die die zur Beschleunigung des Kühlfluids verwendete Energie zurückgewonnen und die Verluste werden minimiert. Der Fließweg des Kühlfluids ist in 1 durch Pfeile angedeutet.Through a fluid supply 18th becomes cooling fluid in the interior of the hollow shaft 14 in an area 22 with a reduced inner diameter. A constriction 23 prevents the cooling fluid from getting out of range 22 inside the hollow shaft 14 drains away. A sealing element 19th seals the interior of the hollow shaft 14 towards one end so that the cooling fluid does not come out of the hollow shaft at that end 14 can flow. Through exit holes 20th in the hollow shaft 14 the cooling fluid is in the rotor winding to be cooled 15 containing active part of the rotor 10th guided. The cooling fluid flows axially along the rotor winding 15 and cools them. At the other end of the rotor 10th the cooling fluid through inlet holes 21st back into the hollow shaft 14 guided. In this way, the energy used to accelerate the cooling fluid is recovered and the losses are minimized. The flow path of the cooling fluid is in 1 indicated by arrows.

2 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 10. Auf der Hohlwelle 14 ist das aus vielen dünnen Lamellen aufgebaute Blechpaket 16 montiert. Auf den Polschuhen des Blechpakets 16 ist die Rotorwicklung 15 angeordnet. Ein Luftspaltzylinder 11 umgibt den Rotor 10 und dichtet ihn nach außen ab. In der dargestellten Ausführungsform sind die Zwischenräume zwischen den Polschuhen mit einer Vergussmasse 25 ausgefüllt, in der axiale Kanäle 24 vorgesehen sind, durch die ein Kühlfluid in axialer Richtung entlang der Rotorwicklung 15 strömen und diese kühlen kann. 2nd shows a section of a cross section of an embodiment of a rotor according to the invention 10th . On the hollow shaft 14 is the laminated core made up of many thin slats 16 assembled. On the pole pieces of the laminated core 16 is the rotor winding 15 arranged. An air gap cylinder 11 surrounds the rotor 10th and seals it to the outside. In the illustrated embodiment, the spaces between the pole pieces are with a sealing compound 25th filled in in the axial channels 24th are provided, through which a cooling fluid in the axial direction along the rotor winding 15 can flow and cool them.

In einer anderen Ausführungsform des Rotors 10 wird auf die Vergussmasse 25 verzichtet, und das Kühlfluid strömt direkt durch die Zwischenräume der Polschuhe des Blechpakets 16 und zwischen den einzelnen Lamellen des Blechpakets 16. Durch die größere Querschnittsfläche kann mehr Kühlfluid geleitet und die Kühlleistung weiter erhöht werden. Der Luftspaltzylinder 11 verhindert, dass das Kühlfluid in den Luftspalt austritt.In another embodiment of the rotor 10th is on the potting compound 25th waived, and the cooling fluid flows directly through the spaces between the pole pieces of the laminated core 16 and between the individual lamellae of the laminated core 16 . The larger cross-sectional area allows more cooling fluid to be conducted and the cooling capacity to be increased further. The air gap cylinder 11 prevents the cooling fluid from leaking into the air gap.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010th: Rotorrotor
1111: LuftspaltzylinderAir gap cylinder
1212: Dichtungpoetry
1313: AbdichtscheibeSealing washer
1414: HohlwelleHollow shaft
1515: RotorwicklungRotor winding
1616: BlechpaketSheet pack
1717th: Wickel kopfWrap head
1818th: FluidzuleitungFluid supply
1919th: AbdichtelementSealing element
2020th: Austrittskanal KühlfluidCoolant fluid outlet channel
2121st: Eintrittskanal KühlfluidInlet channel cooling fluid
2222: Verengter Bereich der HohlwelleNarrow area of the hollow shaft
2323: EinschnürungConstriction
2424th: axialer Kanalaxial channel
2525th: VergussmasseSealing compound

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014107843 B3 [0003]
DE 102016208770 A1 [0004]
DE 102008020426 A1 [0006]

Claims

Fluid-cooled rotor (10) for an electrical machine, comprising a hollow shaft (14) for the passage of a cooling fluid, the hollow shaft (14) having at least one radial outlet channel (20) and at least one radial inlet channel (21) for the cooling fluid; a laminated core (16) mounted on the hollow shaft (14), on the pole pieces of which at least one rotor winding (15) is arranged, characterized in that the laminated core (16) is surrounded by an air gap cylinder (11) which holds the rotor (10) in seals in the radial direction to the outside and prevents the cooling fluid from flowing out of the rotor (10) in the radial direction.

Rotor (10) after Claim 1 , in which sealing discs (13) with seals (12) are arranged on the end faces of the air gap cylinder (11) between the hollow shaft (14) and the air gap cylinder (11), which prevent the cooling fluid from flowing out of the rotor (10) in the axial direction .

Rotor after Claim 1 or 2nd , in which winding heads (17) are arranged on the end faces of the laminated core (16), over which the at least one rotor winding (15) runs.

Rotor (10) according to one of the Claims 1 to 3rd , in which the at least one radial outlet channel (20) and the at least one radial inlet channel (21) of the hollow shaft (14) outside the area of the hollow shaft (14) covered by the laminated core (16) in the space enclosed by the air cylinder (11) are arranged.

Rotor (10) after Claim 3 or 4th , wherein the at least one radial outlet channel (20) and the at least one radial inlet channel (21) of the hollow shaft (14) outside the area of the hollow shaft (14) covered by the winding heads (17) in the space enclosed by the air cylinder (11) are arranged.

Rotor (10) according to one of the Claims 1 to 5 , in which the space between the pole pieces of the laminated core (16) and the air cylinder (11) is filled with a casting compound (25) in which at least one axial channel (24) runs along the hollow shaft (14).

Rotor (10) according to one of the Claims 1 to 6 , in which the air gap cylinder (11) consists of a non-magnetic material.

The rotor (10) according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling fluid is a water-glycol mixture

Rotor (10) according to one of the Claims 1 to 7 , in which the cooling fluid is a transmission oil.

External-excited synchronous machine (FSM), comprising a stator and a rotor (10) arranged therein about an axis of rotation relative to the stator according to one of the preceding claims, wherein the air gap cylinder (11) of the rotor (10) is located in the air gap between the rotor (10 ) and stator.