DE102020007754A1 - electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem Gehäuse (12), einem Stator (2) und einem Rotor (3), wobei ein Rotorraum (4) durch eine im Stator (2) angeordnete Hülse (5) fluiddicht vom Stator (2) getrennt ist, wobei der Stator (2) mit einem dielektrischen Kühlmedium geflutet ist, wobei auf einer Winkelposition eines Öleinlasses (6) radial außerhalb einer Statorwicklung oder in einem Statorblech ein axial verlaufender Bypasskanal (10) vorgesehen ist, der die beiden Wickelkopfräume (9) miteinander verbindet, wobei der Öleinlass (6) und ein Ölauslass (7) auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Stators (2) angeordnet sind, wobei auf der Winkelposition des Ölauslasses (7) radial außerhalb der Statorwicklung oder im Statorblech ein weiterer axial verlaufender Bypasskanal (10) vorgesehen ist, der die beiden Wickelkopfräume (9) miteinander verbindet, wobei verteilt über den Umfang mehrere Axialkanäle (11) vorgesehen sind, welche beide Wickelkopfräume (9) miteinander verbinden, wobei die Axialkanäle (11) in das Statorblech integriert und/oder in einem Hohlraum zwischen einem innersten Leiter der Statorwicklung und der Hülse (5) ausgebildet sind, wobei die Bypasskanäle (10) jeweils einen größeren Querschnitt aufweisen als die Axialkanäle (11), wobei zur Abfuhr geringer Leckage-Mengen des Kühlmediums in den Rotorraum (4) ein Ablauf aus diesem vorgesehen ist.The invention relates to an electrical machine (1) with a housing (12), a stator (2) and a rotor (3), a rotor chamber (4) being separated from the stator ( 2) is separated, with the stator (2) being flooded with a dielectric cooling medium, with an axially running bypass channel (10) being provided at an angular position of an oil inlet (6) radially outside a stator winding or in a stator lamination, which bypass channel (10) connects the two end winding spaces ( 9) with one another, with the oil inlet (6) and an oil outlet (7) being arranged on opposite end faces of the stator (2), with another axially running bypass channel being located at the angular position of the oil outlet (7) radially outside the stator winding or in the stator lamination (10) is provided, which connects the two end winding spaces (9) to one another, with a plurality of axial channels (11) being provided distributed over the circumference, which two end winding spaces (9) ver each other bind, the axial channels (11) being integrated into the stator lamination and/or being formed in a cavity between an innermost conductor of the stator winding and the sleeve (5), the bypass channels (10) each having a larger cross-section than the axial channels (11) , wherein for the removal of small amounts of leakage of the cooling medium in the rotor space (4) a drain is provided from this.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical machine according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, vollständig geflutete elektrische Maschinen als Kältemittelverdichter einzusetzen. Diese eignen sich jedoch nicht für die Anwendung in Fahrzeugantrieben, da hier aufgrund der hohen Drehzahlen sehr hohe Reibungsverluste am Rotor entstehen würden.It is known to use fully flooded electrical machines as refrigerant compressors. However, these are not suitable for use in vehicle drives, since the high speeds would result in very high friction losses on the rotor.
Aus der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte elektrische Maschine anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved electrical machine.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by an electrical machine with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst ein Gehäuse, einen Stator und einen im Stator rotierbaren Rotor, wobei ein Rotorraum, in dem der Rotor sich befindet, durch eine im Stator angeordnete Hülse aus einem elektrisch nicht leitfähigen und nicht ferromagnetischem Material, die an ihren Enden gegen das Gehäuse abgedichtet ist, fluiddicht vom Stator getrennt ist, wobei der Stator mit einem dielektrischen Kühlmedium geflutet ist, wobei ein Öleinlass auf einer Stirnseite des Stators in Radialrichtung von einer Längsachse beabstandet angeordnet ist, wobei ein Ölauslass auf einer Stirnseite des Stators in Radialrichtung von der Längsachse beabstandet und um einen Winkel von 180° versetzt zum Öleinlass angeordnet ist, wobei der Stator zwei Wickelköpfe aufweist, für die jeweils ein umlaufender Wickelkopfraum zum Strömen des Kühlmediums vorgesehen ist, wobei auf der Winkelposition des Öleinlasses radial außerhalb einer Statorwicklung oder in einem Statorblech ein axial verlaufender Bypasskanal vorgesehen ist, der die beiden Wickelkopfräume miteinander verbindet. Erfindungsgemäß sind der Öleinlass und der Ölauslass auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Stators angeordnet, wobei auf der Winkelposition des Ölauslasses radial außerhalb der Statorwicklung oder im Statorblech ein weiterer axial verlaufender Bypasskanal vorgesehen ist, der die beiden Wickelkopfräume miteinander verbindet, wobei verteilt über den Umfang mehrere Axialkanäle vorgesehen sind, welche beide Wickelkopfräume miteinander verbinden, wobei die Axialkanäle in das Statorblech integriert und/oder in einem Hohlraum zwischen einem innersten Leiter der Statorwicklung und der Hülse ausgebildet sind, wobei die Bypasskanäle jeweils einen größeren Querschnitt aufweisen als die Axialkanäle, wobei zur Abfuhr geringer Leckage-Mengen des Kühlmediums in den Rotorraum ein Ablauf aus diesem vorgesehen ist.An electrical machine according to the invention comprises a housing, a stator and a rotor which can be rotated in the stator, with a rotor space in which the rotor is located being secured by a sleeve made of an electrically non-conductive and non-ferromagnetic material which is arranged in the stator and which is held at its ends against the housing is sealed, is fluid-tightly separated from the stator, wherein the stator is flooded with a dielectric cooling medium, wherein an oil inlet is arranged on an end face of the stator in a radial direction spaced from a longitudinal axis, wherein an oil outlet is arranged on an end face of the stator in a radial direction from the longitudinal axis spaced apart and offset by an angle of 180° to the oil inlet, the stator having two winding overhangs, for each of which a circumferential winding overhang space is provided for the cooling medium to flow, with an axial running B ypasskanal is provided, which connects the two end winding spaces with each other. According to the invention, the oil inlet and the oil outlet are arranged on opposite end faces of the stator, with a further axially running bypass channel being provided at the angular position of the oil outlet radially outside the stator winding or in the stator lamination, which bypass channel connects the two end winding spaces with one another, with several axial channels distributed over the circumference are provided, which connect the two end winding spaces to one another, the axial channels being integrated into the stator lamination and/or being formed in a cavity between an innermost conductor of the stator winding and the sleeve, the bypass channels each having a larger cross-section than the axial channels, the discharge being smaller Leakage quantities of the cooling medium in the rotor space, a drain is provided from this.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Steigerung der (Dauer-)Leistungsdichte der elektrischen Maschine durch die deutliche Verbesserung der Kühlung.The solution according to the invention makes it possible to increase the (continuous) power density of the electrical machine by significantly improving the cooling.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem im Stator rotierbaren Rotor, -
2 eine schematische Ansicht eines Öleinlasses, eines Ölauslasses, zweier Wickelkopfräume, von Bypasskanälen und Axialkanälen für die Kühlung des Stators der elektrischen Maschine, -
3 schematische Diagramme eines tangentialen Volumenstroms, einer Druckdifferenz sowie eines axialen Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Winkel für den Fall, dass keine Bypasskanäle vorgesehen wären, und -
4 schematische Diagramme eines tangentialen Volumenstroms, einer Druckdifferenz sowie eines axialen Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Winkel bei Verwendung von Bypasskanälen.
-
1 a schematic sectional view of an electrical machine with a stator and a rotor rotatable in the stator, -
2 a schematic view of an oil inlet, an oil outlet, two end winding spaces, bypass channels and axial channels for cooling the stator of the electrical machine, -
3 schematic diagrams of a tangential volume flow, a pressure difference and an axial volume flow as a function of an angle in the event that no bypass channels were provided, and -
4 schematic diagrams of a tangential volume flow, a pressure difference and an axial volume flow as a function of an angle when using bypass channels.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Die Hülse 5 ist in ein Statorblechpaket eingefügt und aus einem elektrisch nicht leitfähigen und nicht ferromagnetischem Material gefertigt, um keine zusätzlichen Verluste zu erzeugen, welche den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 1 negativ beeinflussen würden. Beispielsweise kann die Hülse 5 aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt sein um diese Anforderungen zu erfüllen.The
Die Erfindung ermöglicht eine deutliche Steigerung der (Dauer-)Leistungsdichte der elektrischen Maschine 1, welche auf der deutlich verbesserten Kühlwirkung basiert. Diese kommt durch die Überströmung des gesamten Wickelkopfes 8 mit dem Kühlmedium zustande. Die Wicklung der elektrischen Maschine 1 besteht aus Kupfer und besitzt somit eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit. Gleichzeitig fällt ein Großteil der Verlustleistung in der Statorwicklung der elektrischen Maschine 1 an. Gegenüber dem Stand der Technik, einer Wassermantelkühlung, wird somit eine deutlich verbesserte Kühlwirkung erzielt und damit eine deutliche Steigerung der Dauerleistungsdichte erzielt.The invention enables a significant increase in the (continuous) power density of the electrical machine 1, which is based on the significantly improved cooling effect. This is caused by the cooling medium flowing over the entire end winding 8 . The winding of the electrical machine 1 consists of copper and therefore has a very high thermal conductivity. At the same time, a large part of the power loss occurs in the stator winding of the electrical machine 1 . Compared to the prior art, a water jacket cooling, a significantly improved cooling effect is achieved and thus a significant increase in the continuous power density is achieved.
Die Kühlung über den Wickelkopf 8 ist bei Hairpin-Wicklungen besonders wirksam, da dieser eine größere Oberfläche gegenüber dem Kühlmedium bietet als eine Runddrahtwicklung. Gleichzeitig ist die Hairpin-Wicklung jedoch auch anfällig für tangentiale Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Leitern, da die einzelnen Leiter sich tangential vergleichsweise schlecht thermisch homogenisieren.Cooling via the end winding 8 is particularly effective with hairpin windings, since this offers a larger surface area for the cooling medium than a round wire winding. At the same time, however, the hairpin winding is also susceptible to tangential temperature differences between the individual conductors, since the individual conductors thermally homogenize comparatively poorly tangentially.
Daher ist eine Strömungsführung des Kühlmediums vorgesehen, die darauf ausgelegt ist, über den gesamten Umfang beider Wickelköpfe 8 eine ausreichende Strömung zu erzeugen und somit eine gleichmäßige Kühlwirkung über den gesamten Wickelkopf 8 zu erzielen. Um dies zu erreichen ist die Ölzufuhr und Ölabfuhr auf axial gegenüberliegenden Seiten und um einen Winkel φ von 180° versetzt angeordnet, das heißt ein Öleinlass 6 ist auf einer Stirnseite des Stators 2 in Radialrichtung von einer Längsachse L beabstandet angeordnet und ein Ölauslass 7 ist auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 2 in Radialrichtung von der Längsachse L beabstandet und um den Winkel φ von 180° versetzt zum Öleinlass 6 angeordnet.
Auf der Winkelposition des Öleinlasses 6 und des Ölauslasses 7 ist radial außerhalb der Statorwicklung oder im Statorblech jeweils ein axial verlaufender Bypasskanal 10 vorgesehen, der die beiden Wickelkopfräume 9 miteinander verbindet. Ferner sind verteilt über den Umfang mehrere Axialkanäle 11 vorgesehen, welche beide Wickelkopfräume 9 miteinander verbinden. Diese Axialkanäle 11 können in das Statorblech integriert sein oder über einen Hohlraum zwischen dem innersten Leiter der Statorwicklung und der Hülse 5 dargestellt werden. Durch die Nutzung des Hohlraums zwischen dem innersten Leiter und der Hülse 5 ist keine Schwächung des Statorblechs erforderlich, sondern es wird ein Raum genutzt, der ohnehin ohne elektromagnetische Eigenschaften ist und ansonsten nur durch Harz und/oder Vergussmasse gefüllt werden würde. In einer Ausführungsform weisen die Bypasskanäle 10 einen größeren Querschnitt auf als die Axialkanäle 11.At the angular position of the
Die Bypasskanäle 10 sorgen dafür, dass der Volumenstrom V in allen Bereichen des Wickelkopfs 8 ausreichend groß ist. Ohne die Bypasskanäle 10 bei 0° und 180° würde in genau diesen Bereichen ein tangential fließender Volumenstrom V im Wickelkopfbereich gegen null gehen. Weiterhin sorgen die Bypasskanäle 10 für einen gleichmäßigeren Volumenstrom V̇axial über die verbleibenden Axialkanäle 11 und somit zu einer tangential gleichmäßigeren Kühlung.The
Die Zuführung und Abführung axial gegenüberliegend um 180° versetzt mit Bypasskanälen 10 bei 0° und 180° führt dazu, dass die Druckgradienten über den Umfang gleich bleiben und darüber sowohl eine gleichmäßige Durchströmung der Axialkanäle 11 als auch eine ausreichende Durchströmung des Wickelkopfraums 9 in Umfangsrichtung ermöglicht werden.The supply and discharge axially opposite, offset by 180° with
Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verwendet werden.The electrical machine 1 can be used, for example, to drive an electrically powered vehicle.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- elektrische Maschineelectric machine
- 22
- Statorstator
- 33
- Rotorrotor
- 44
- Rotorraumrotor space
- 55
- Hülsesleeve
- 66
- Öleinlassoil inlet
- 77
- Ölauslassoil outlet
- 88th
- Wickelkopfwinding head
- 99
- Wickelkopfraumend winding space
- 1010
- Bypasskanalbypass channel
- 1111
- Axialkanalaxial channel
- 1212
- GehäuseHousing
- LL
- Längsachselongitudinal axis
- VV
- tangentialer Volumenstromtangential flow
- V̇axialV̇axial
- axialer Volumenstromaxial volume flow
- ΔpaxialΔpaxial
- Druckdifferenzpressure difference
- φφ
- Winkelangle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 19851439 A1 [0003]DE 19851439 A1 [0003]
- EP 1271747 A1 [0004]EP 1271747 A1 [0004]
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020007754.4A DE102020007754A1 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020007754.4A DE102020007754A1 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | electrical machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020007754A1 true DE102020007754A1 (en) | 2022-06-23 |
Family
ID=81847268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020007754.4A Withdrawn DE102020007754A1 (en) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | electrical machine |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020007754A1 (en) |
Citations (2)
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DE19851439A1 (en) | 1998-11-09 | 2000-03-30 | Daimler Chrysler Ag | Electrical machine with die cast housing, has stator subjected to liquid coolant, with integrated cooling channels in stator and recesses on outer periphery |
EP1271747A1 (en) | 2001-06-27 | 2003-01-02 | E + A Elektromaschinen und Antriebe AG | Cooling of the stator of an air-gap sleeve motor |
-
2020
- 2020-12-18 DE DE102020007754.4A patent/DE102020007754A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |