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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine.
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Im Transportbereich werden zunehmend Elektromotoren hoher Leistungsdichte eingesetzt. Die hohe thermische Belastung erfordert häufig eine direkte Flüssigkeitskühlung der elektromagnetisch aktiven Komponenten Wickelkopf, Statorblechpaket und Rotorblechpaket im Innenraum. Hierbei kann das Kühlmedium in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator eindringen, wodurch sich die Reibverluste und die damit verbundene Wärmefreisetzung erhöhen. Dies wirkt sich nachteilig sowohl auf den Gesamtwirkungsgrad als auch auf die darstellbare Dauerleistung aus.
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Die
DE 10 2013 224 149 A1 offenbart eine Elektromaschine, insbesondere einen Elektromotor, insbesondere für einen Radnabenantrieb, enthaltend:
- - einen ringförmigen Statorträger,
- - einen ringförmigen Rotorträger, der einen Innendurchmesser hat, der größer als ein Außendurchmesser des Statorträgers ist und der an einer Drehachse konzentrisch bzw. koaxial mit dem Statorträger angeordnet ist, und
- - eine am Statorträger und am Rotorträger angeordnete Lamellenbremse,
wobei eine erste Anzahl von Bremslamellen der Lamellenbremse an einem Aufnahmeteil des Statorträgers angeordnet ist,
und wobei der Aufnahmeteil einstückig mit dem Statorträger ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte elektrische Maschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst:
- - einen Stator, umfassend ein Statorblechpaket und einen Wickelkopf, und
- - einen Rotor, umfassend eine Rotorwelle, die um eine Drehachse (A1) rotierbar ist, wobei ein zwischen zwei Rotorendscheiben angeordnetes Rotorblechpaket mit der Rotorwelle verbunden ist, wobei ein Luftspalt zwischen dem Statorblechpaket und dem Rotorblechpaket vorgesehen ist, wobei ein fluides Kühlmedium zum Kühlen von Wickelkopf, Statorblechpaket und Rotorblechpaket vorgesehen ist,
wobei im Rotorblechpaket oder im Statorblechpaket ein Kanal vorgesehen ist, durch den ein Zusatzfluid in den Luftspalt mit einer solchen Druckverteilung einbringbar ist, dass das Zusatzfluid im Luftspalt von innen nach außen in Richtung eines Maschineninnenraums gefördert und dadurch das Eindringen des Kühlmediums in den Luftspalt zumindest vermindert wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung beeinflusst das Eindringverhalten von Fluiden in den Luftspalt in weiten Grenzen, um eine Reduktion der Reibleistung zu ermöglichen.
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Durch Einbringung geeigneter Fluide in das Innere des Luftspaltes vom Rotor oder vom Stator aus lässt sich eine Druckverteilung im Luftspalt erzeugen, die das Zusatzfluid von innen nach außen fördert und dadurch das Eindringen der Kühlflüssigkeit deutlich vermindert oder verhindert. Bei gasförmigen Zusatzfluiden reduziert sich die Reibleistung am stärksten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer nasslaufenden elektrischen Maschine,
- 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer nasslaufenden elektrischen Maschine,
- 3 eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer nasslaufenden elektrischen Maschine, und
- 4 eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer nasslaufenden elektrischen Maschine.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 ist eine schematische Ansicht einer nasslaufenden elektrischen Maschine 20, umfassend ein Maschinengehäuse 6, in dem ein Stator und ein Rotor aufgenommen sind. Der Stator umfasst ein Statorblechpaket 1 und einen Wickelkopf 2, innerhalb deren der Rotor, umfassend eine Rotorwelle 5, angeordnet ist, die um eine Drehachse A1 rotierbar ist. Mit der Rotorwelle 5 verbunden ist ein zwischen zwei Rotorendscheiben 4 angeordnetes Rotorblechpaket 3. Zwischen dem Statorblechpaket 1 und dem Rotorblechpaket 3 ist ein Luftspalt 7 vorgesehen, der mit einem Maschineninnenraum 8 der elektrischen Maschine 20 verbunden ist.
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Im Transportbereich werden zunehmend elektrische Maschinen 20 hoher Leistungsdichte eingesetzt. Die hohe thermische Belastung erfordert häufig eine direkte Flüssigkeitskühlung der elektromagnetisch aktiven Komponenten Wickelkopf 2, Statorblechpaket 1 und Rotorblechpaket 3 im Innenraum. Hierbei kann ein Kühlmedium in den Luftspalt 7 zwischen Rotorblechpaket 3 und Statorblechpaket 1 eindringen, wodurch sich Reibverluste und damit verbundene Wärmefreisetzungen erhöhen. Dies wirkt sich nachteilig sowohl auf den Gesamtwirkungsgrad als auch auf die darstellbare Dauerleistung aus.
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2 ist eine schematische Ansicht einer nasslaufenden elektrischen Maschine 20, umfassend ein Maschinengehäuse 6, in dem ein Stator und ein Rotor aufgenommen sind. Der Stator umfasst ein Statorblechpaket 1 und einen Wickelkopf 2, innerhalb deren der Rotor, umfassend eine Rotorwelle 5, angeordnet ist, die um eine Drehachse A1 rotierbar ist. Mit der Rotorwelle 5 verbunden ist ein zwischen zwei Rotorendscheiben 4 angeordnetes Rotorblechpaket 3. Zwischen dem Statorblechpaket 1 und dem Rotorblechpaket 3 ist ein Luftspalt 7 vorgesehen, der mit einem Maschineninnenraum 8 der elektrischen Maschine 20 verbunden ist. Im Rotorblechpaket 3 ist ein Kanal 9 vorgesehen, durch den ein Zusatzfluid 10 in den Luftspalt 7 eingebracht werden kann. Durch Einbringung geeigneter Zusatzfluide 10 in das Innere des Luftspaltes 7 vom Rotor aus lässt sich eine Druckverteilung im Luftspalt 7 erzeugen, die das Zusatzfluid 10 von innen nach außen fördert und dadurch das Eindringen der Kühlflüssigkeit deutlich vermindert. Bei gasförmigen Zusatzfluiden 10 reduziert sich die Reibleistung am stärksten.
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3 ist eine schematische Ansicht einer nasslaufenden elektrischen Maschine 20, umfassend ein Maschinengehäuse 6, in dem ein Stator und ein Rotor aufgenommen sind. Der Stator umfasst ein Statorblechpaket 1 und einen Wickelkopf 2, innerhalb deren der Rotor, umfassend eine Rotorwelle 5, angeordnet ist, die um eine Drehachse A1 rotierbar ist. Mit der Rotorwelle 5 verbunden ist ein zwischen zwei Rotorendscheiben 4 angeordnetes Rotorblechpaket 3. Zwischen dem Statorblechpaket 1 und dem Rotorblechpaket 3 ist ein Luftspalt 7 vorgesehen, der mit einem Maschineninnenraum 8 der elektrischen Maschine 20 verbunden ist. Im Statorblechpaket 1 und gegebenenfalls durch das Maschinengehäuse 6 hindurch ist ein Kanal 9 vorgesehen, durch den ein Zusatzfluid 10 in den Luftspalt 7 eingebracht werden kann. Durch Einbringung geeigneter Zusatzfluide 10 in das Innere des Luftspaltes 7 vom Stator aus lässt sich eine Druckverteilung im Luftspalt 7 erzeugen, die das Zusatzfluid 10 von innen nach außen fördert und dadurch das Eindringen der Kühlflüssigkeit deutlich vermindert. Bei gasförmigen Zusatzfluiden 10 reduziert sich die Reibleistung am stärksten.
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4 ist eine schematische Ansicht einer nasslaufenden elektrischen Maschine 20, umfassend ein Maschinengehäuse 6, in dem ein Stator und ein Rotor aufgenommen sind. Der Stator umfasst ein Statorblechpaket 1 und einen Wickelkopf 2, innerhalb deren der Rotor, umfassend eine Rotorwelle 5, angeordnet ist, die um eine Drehachse A1 rotierbar ist. Mit der Rotorwelle 5 verbunden ist ein zwischen zwei Rotorendscheiben 4 angeordnetes Rotorblechpaket 3. Zwischen dem Statorblechpaket 1 und dem Rotorblechpaket 3 ist ein Luftspalt 7 vorgesehen, der mit einem Maschineninnenraum 8 der elektrischen Maschine 20 verbunden ist. Im Statorblechpaket 1 ist ein umlaufender Kühlmantel 11 vorgesehen, in dem ein Zusatzfluid 10 geführt ist. Aus dem Kühlmantel 11 und durch das Statorblechpaket 1 hindurch ist ein Kanal 9 vorgesehen, durch den das Zusatzfluid 10 in den Luftspalt 7 eingebracht werden kann. Durch Einbringung geeigneter Zusatzfluide 10 in das Innere des Luftspaltes 7 vom Stator aus lässt sich eine Druckverteilung im Luftspalt 7 erzeugen, die das Zusatzfluid 10 von innen nach außen fördert und dadurch das Eindringen der Kühlflüssigkeit deutlich vermindert. Bei gasförmigen Zusatzfluiden 10 reduziert sich die Reibleistung am stärksten.
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Die Zudosierung des Zusatzfluids 10 erfolgt mit einem Druck, der größer ist als der Druck im Maschineninnenraum 8 vor dem Luftspalt 7 zwischen Stator und Rotor. Die notwendigen Überdrücke hängen von den realisierten Zuströmquerschnitten, der je Zeiteinheit zugeführten Fluidmasse und der Art des zugeführten Zusatzfluids 10 ab.
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Die Zudosierung des Zusatzfluids 10 kann in Abhängigkeit von relevanten Betriebsparametern, wie beispielsweise Drehzahl, Leistung, Kühlölstrom, Temperatur und Fahrprofil erfolgen.
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Die Zudosierung des Zusatzfluids 10 wird in der Regel nur dann erfolgen, wenn der Leistungsbedarf für die Zuführung des Zusatzfluids 10 kleiner oder gleich der Verringerung der Reibleistung ist.
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Die Reibleistung im Luftspalt 7 hat bei nasslaufenden elektrischen Maschinen 20 einen wesentlichen Anteil an den Verlusten. Darüber hinaus steigt diese Verlustleistung mit der Drehzahl überproportional an. Die Erfindung erlaubt die drastische Reduzierung dieser Verluste, wodurch sich deutliche Verbesserungen im Gesamtwirkungsgrad ergeben. Darüber reduziert sich wegen der geringeren Reibwärmefreisetzung im Luftspalt 7 die thermische Belastung der elektrischen Maschine 20. Dies kann sowohl zur Erhöhung der Dauerleistung, der Lebensdauer als auch zur Verwendung preiswerterer Materialen genutzt werden.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Zusatzfluid 10 um ein gasförmiges Zusatzfluid 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Statorblechpaket
- 2
- Wickelkopf
- 3
- Rotorblechpaket
- 4
- Rotorendscheibe
- 5
- Rotorwelle
- 6
- Maschinengehäuse
- 7
- Luftspalt
- 8
- Maschineninnenraum
- 9
- Kanal
- 10
- Zusatzfluid
- 11
- Kühlmantel
- 20
- elektrische Maschine
- A1
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013224149 A1 [0003]
