-
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket, welches zwischen einer ersten Endscheibe und einer zweiten Endscheibe angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Endscheibe durch mehrere Rohre miteinander verbunden sind, die zumindest teilweise durch das Blechpaket verlaufend angeordnet sind und jeweils einen Kühlkanal zum Durchleiten eines Kühlmittels aufweisen.
-
Ein derartiger Rotor einer elektrischen Maschine wird beispielsweise in der
WO 2012/031 694 A2 beschrieben. Bei diesem Rotor erstrecken sich mehrere als hohle Befestigungsbolzen ausgebildete Rohre zwischen zwei Endscheiben und verspannen auf diese Weise das Blechpaket des Rotors. Die Rohre können mit den beiden Endscheiben beispielsweise über eine Schweiß- oder eine Schraubverbindung verbunden werden. Bei derartigen Rotoren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein Kühlmittel durch die Rohre geleitet werden kann, um den Rotor, insbesondere das Blechpaket des Rotors, zu kühlen. Allerdings gestaltet sich die Montage dieser Rotoren oftmals aufwändig, da eine Vielzahl an Arbeitsschritten erforderlich ist, um die Rohre mit den Endscheiben zu verbinden.
-
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den Aufwand zur Herstellung eines derartigen Rotors zu reduzieren.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket vorgeschlagen, welches zwischen einer ersten Endscheibe und einer zweiten Endscheibe angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Endscheibe durch mehrere Rohre miteinander verbunden sind, die zumindest teilweise durch das Blechpaket verlaufend angeordnet sind und jeweils einen Kühlkanal zum Durchleiten eines Kühlmittels aufweisen, wobei die Rohre und die erste Endscheibe als einstückige Rohr-Endscheibe ausgebildet sind.
-
Durch die einstückige Rohr-Endscheibe entfällt der Aufwand für das Verbinden der einzelnen Rohre mit der ersten Endscheibe. Bei der Montage des Rotors können die Bleche des Blechpakets einzeln oder gruppiert auf die Rohre der Rohr-Endscheibe aufgesteckt werden. Es ist nicht erforderlich, die Rohre zunächst mit der ersten Endscheibe zu verbinden. Hierdurch wird der Aufwand zur Herstellung des Rotors reduziert.
-
Bevorzugt ist die Rohr-Endscheibe aus einem Metall ausgebildet, beispielsweise aus Eisen, Aluminium oder einem Stahl.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rohr-Endscheibe als Gussteil ausgebildet. Das Gießen der Rohr-Endscheibe bringt den Vorteil mit sich, dass nur relativ wenige Arbeitsschritte zur Fertigung der Rohre und der ersten Endscheibe erforderlich sind. Hierdurch kann der Aufwand zur Herstellung des Rotors weiter reduziert werden.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Rohr-Endscheibe einen Endscheiben-Kühlkanal umfasst, der mit den Kühlkanälen der Rohre fluidverbunden ist. Über den Endscheiben-Kühlkanal kann ein Kühlmittel in mehrere der Rohre geleitet werden.
-
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rohre einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Rohre eine relativ große Oberfläche aufweisen können, so dass der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel in dem jeweiligen Rohr und dem das Rohr umgebenden Blechpaket verbessert wird.
-
Gemäß einer alternativen, konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Rohre einen mehreckigen Querschnitt auf. Sofern das Blechpaket, insbesondere die Bleche des Blechpakets, eine an dem mehreckigen Querschnitt angepasste Ausnehmung aufweisen, kann hierdurch ein unerwünschtes Verdrehen der Bleche bzw. des Blechpakts beim Einbringen der Rohre in die Ausnehmungen verhindert werden. Bevorzugt weisen die Rohre einen dreieckigen Querschnitt oder einen viereckigen Querschnitt auf.
-
Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei der im Bereich einer Längsachse des Blechpakets, insbesondere einer Drehachse des Rotors, ein Hohlraum in dem Blechpaket angeordnet ist. Bevorzugt ist der Hohlraum frei von Bauteilen, so dass die Masse des Rotors reduziert wird. Der Hohlraum kann sich um die Längsachse des Blechpakets erstrecken. Bevorzugt weist der Hohlraum eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. Besonders bevorzugt ist der Hohlraum vollständig zylindrisch.
-
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Rohre teilweise innerhalb des Blechpakets und teilweise innerhalb des Hohlraums verlaufend angeordnet sind. Eine solche Ausgestaltung erleichtert das Einbringen der Rohre in das Blechpaket.
-
Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rohre vollständig innerhalb des Blechpakets verlaufend angeordnet sind, so dass die Wärmekopplung zwischen den Rohren und dem Blechpaket erhöht wird.
-
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Rohre mit der zweiten Endscheibe mittels einer Schraubverbindung verbunden sind. Die Rohre können auf diese Weise lösbar mit den Rohren der Rohr-Endscheibe verbunden werden.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Endscheibe einen Rückführungs-Kühlkanal umfasst, der mit den Kühlkanälen eines ersten und eines zweiten der mehreren Rohre derart fluidverbunden ist, dass ein durch den Kühlkanal des ersten Rohrs strömendes Kühlmittel über den Rückführungs-Kühlkanal in den Kühlkanal des zweiten Rohrs geführt wird. Auf diese Weise kann ein Kühlmittelkreislauf ermöglicht werden, bei dem das Kühlmittel ausgehend von der Rohr-Endscheibe durch das erste Rohr zu der zweiten Endscheibe strömt, dort umgelenkt wird und durch das zweite Rohr zurück zur ersten Endscheibe der Rohr-Endscheibe strömt. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann sowohl ein Einlauf als auch ein Auslauf des Kühlmittelkreislaufs auf der Seite der ersten Endscheibe angeordnet sein, so dass die Abdichtung des Kühlmittelkreislaufs vereinfacht wird. Bevorzugt weist die Rohr-Endscheibe mehrere erste und mehrere zweite Rohre auf, so dass für den Hinlauf zur zweiten Endscheibe und für den Rücklauf von der zweiten Endscheibe mehrere Rohre zur Verfügung stehen. Hierdurch kann ein größerer Bereich des Blechpakets gekühlt werden. Besonders bevorzugt sind die ersten Rohre und die zweiten Rohre in Umfangsrichtung des Rotors jeweils abwechselnd angeordnet, so dass ein erstes Rohr jeweils zwei benachbarte zweite Rohre hat und ein zweites Rohr jeweils zwei benachbarte erste Rohre.
-
Beschrieben wird ferner eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem vorstehend erläuterten Rotor. Die elektrische Maschine kann als Asynchronmaschine, als Synchronmaschine, insbesondere als permanenterregte Synchronmaschine oder als fremderregte Synchronmaschine, ausgebildet sein.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors in einer Schnittdarstellung entlang einer Längsachse des Rotors, die eine Hälfte des Rotors zeigt;
- 2 der Rotor nach 1 in einer Schnittdarstellung entlang einer Ebene senkrecht zu der Längsachse des Rotors; und
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung entlang einer Ebene senkrecht zu der Längsachse des Rotors.
-
In der 1 ist ein Rotor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Schnittdarstellung zeigt dabei lediglich eine Hälfte des im Wesentlichen zylindrischen Rotors 1. Der Rotor 1 kann bei einer elektrischen Maschine Anwendung finden, die als Asynchronmaschine oder als Synchronmaschine, beispielsweise als permanenterregte oder fremderregte Synchronmaschine, ausgebildet ist.
-
Der Rotor 1 umfasst ein Blechpaket 2, das aus einer Vielzahl einzelner Bleche besteht, die einzelne Lagen des Blechpakets 2 bilden. Die Bleche können gegeneinander elektrisch isoliert sein, beispielsweise durch eine isolierende Beschichtung der Bleche. Weitere Bestandteile des Rotors 1 sind zwei Endscheiben 3, 4 zwischen denen das Blechpaket 2 verspannt ist. Die Endscheiben 3, 4 sind durch mehrere Rohre 5 miteinander verbunden, welche durch Ausnehmungen in dem Blechpaket 2, insbesondere in den einzelnen Blechen, verlaufend angeordnet sind. Die Rohre 5 weisen jeweils einen Rohr-Hohlraum auf, der einen Kühlkanal zum Durchleiten eines Kühlmittels bildet. Um die Herstellung des Rotors 1 zu erleichtern, sind die Rohre 5 und die erste Endscheibe 3 als einstückige Rohr-Endscheibe 8 ausgebildet. Die Rohr-Endscheibe 8 kann beispielswies als Gussteil ausgestaltet sein. Das aufwändige Verbinden separat gefertigter Rohre 5 und der ersten Endscheibe 5 kann daher vermieden werden.
-
Die Rohr-Endscheibe 8 umfasst im Bereich der ersten Endscheibe 5 einen Endscheiben-Kühlkanal 9, der mit den Kühlkanälen 6 der Rohre 5 fluidverbunden ist. Das Kühlmittel kann daher, wie durch die Pfeile in 1 angedeutet ist, durch den Endscheiben-Kühlkanal 9 in die Kühlkanäle 6 der Rohre 5 strömen. Über die Rohre 5 strömt das Kühlmittel in Richtung der zweiten Endscheibe 4.
-
Die Rohre 5 sind im Bereich ihrer offenen Enden mit der zweiten Endscheibe 4 verbunden. Diese Verbindung kann über eine Schraubverbindung erfolgen. Alternativ können die Rohre 5 mit der zweiten Endscheibe 4 verschweißt sein.
-
Gemäß einer Abwandlung der in 1 gezeigten Ausgestaltung können die Rohre 5 durch Ausnehmungen in der Endscheibe 4 verlaufend angeordnet sein. Diese Rohre 5 können über eine Schraubverbindung mit einer Mutter verbunden werden, die auf einer dem Blechpaket 2 abgewandten Außenseite der Endscheibe 4 angeordnet ist. Die Kühlkanäle 6 der Rohre 5 werden in diesem Fall verschlossen oder miteinander verbunden.
-
Wie der Darstellung in 2 entnommen werden kann umfasst die Rohr-Endscheibe 8 mehrere, hier genau acht Rohre 5. Die Rohre 5 sind auf einer Kreislinie um die Längsachse A des Rotors angeordnet. Das bedeutet, dass die Rohre alle einen identischen Abstand von der Längsachse A aufweisen, die mit der Drehachse des Rotors 1 zusammenfällt.
-
In der zweiten Endscheibe 4 ist ein Rückführungs-Kühlkanal 10 vorgesehen, der mit den Kühlkanälen 6 verbunden ist. Der Rückführungs-Kühlkanal 10 stellt eine Fluidverbindung zwischen einem ersten Kühlkanal 6 eines ersten Rohrs 5 und einem zweiten Kühlkanal 7 eines zweiten, mit dem ersten Rohr benachbarten Rohrs 5 her, so dass ein durch den ersten Kühlkanal 6 des ersten Rohrs 5 strömendes Kühlmittel über den Rückführungs-Kühlkanal 10 in den zweiten Kühlkanal 7 des zweiten Rohrs 5 geleitet wird. Es wird ein Kreislauf des Kühlmittels ausgehend von der ersten Endscheibe 3 über die Rohre 5, die zweite Endscheibe 4 die Rohre 5 zu der ersten Endscheibe 3 ermöglicht, der durch die Pfeile in 1 veranschaulicht ist. Der Auslass 14 für das Kühlmittel aus der ersten Endscheibe 3 ist in einer radialen Richtung weiter von der Längsachse A des Rotors 1 beabstandet angeordnet als der Einlass 15 für das Kühlmittel. Einlass 14 und Auslass 15 sind innerhalb der ersten Endscheibe nicht direkt miteinander fluidverbunden.
-
Den Darstellungen in 1 und 2 ist ferner zu entnehmen, dass im Bereich der Längsachse A des Blechpakets 2 ein Hohlraum 9 in dem Blechpaket 2 vorgesehen ist. Der Hohlraum 9 ist frei von Bauteilen. Insbesondere ist keine von der ersten Endscheibe 3 bis zur zweiten Endscheibe 4 durchgehende Rotorwelle vorgesehen, so dass eine gewichtsreduzierte Bauweise des Rotors 1 ermöglicht wird.
-
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Rohre 5 als Zylinderrohre ausgestaltet, d.h. sie weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Rohre 5 verlaufen vollständig innerhalb des Blechpakets 2. Hierdurch kann ein besonders wirksamer Wärmeaustausch zwischen dem durch die Rohre 5 strömenden Kühlmittel und dem Blechpaket 2 sowie den innerhalb des Blechpakets angeordneten Permanentmagneten 11 ermöglicht werden. In der Darstellung nach 2 und 3 sind Flussbarrieren 12 schraffiert gezeigt.
-
Die Darstellung in 3 zeigt einen Rotor 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Rotor 1 gemäß 3 entspricht dem Rotor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, dass die Rohre 5 einen mehreckigen, hier dreieckigen, Querschnitt aufweisen. Zudem sind die Rohre 5 nicht vollständig innerhalb des Blechpakets 2 verlaufend angeordnet, sondern verlaufen teilweise innerhalb des Blechpakets 2 und teilweise innerhalb des Hohlraums 9.
-
Die vorstehend beschriebenen Rotoren 1 für eine elektrische Maschine umfassen ein Blechpaket 2, welches zwischen einer ersten Endscheibe 3 und einer zweiten Endscheibe 4 angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Endscheibe 3, 4 durch mehrere Rohre 5 miteinander verbunden sind, die zumindest teilweise durch das Blechpaket 2 verlaufend angeordnet sind und jeweils einen Kühlkanal 6 zum Durchleiten eines Kühlmittels aufweisen. Die Rohre 5 und die erste Endscheibe 3 sind als einstückige Rohr-Endscheibe 8 ausgebildet, um die Herstellung des Rotors 1 zu erleichtern.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
