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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen auf einer Rotorwelle drehfest angeordneten Rotor sowie ein Kühlsystem zur Kühlung der elektrischen Maschine.
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Elektrische Maschinen mit einem Kühlsystem sind im Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt.
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Bei Kühlsystemen von elektrischen Maschinen mit Rotorkühlung wird das Kühlmedium zumeist in die sich drehende Rotorwelle geleitet. Das Kühlmedium bewegt sich entweder innerhalb der Welle oder tritt aus dieser nach außen um zusätzlich den Stator zu kühlen. Die Zuführung über die sich drehende Welle ist technisch komplex und teuer.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine mit einem konstruktiv vereinfacht aufgebauten Kühlsystem bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine, vorzugsweise als Innenläufer aufgebaute, elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine erfindungsgemäß aufgebaute elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen auf einer Rotorwelle drehfest angeordneten Rotor sowie ein Kühlsystem zur Kühlung der elektrischen Maschine. Erfindungsgemäß weist das Kühlsystem eine statische bzw. ortsfest angeordnete Kühlmittelzuführung auf, welche ausgebildet ist, Kühlmittel ins Innere des Rotors zuzuführen. Ferner weist das Kühlsystem zumindest einen sich innerhalb des Rotors oder innerhalb eines Trägers für einen Rotorkörper sowie ggf. innerhalb des Rotorkörpers selbst oder einen an einer axialen Stirnseite des Rotors ausgebildeten radial nach außen erstreckenden Rotorkühlkanal auf, über den das Kühlmittel bei Rotation des Rotors fliehkraftbedingt radial nach außen geleitet werden kann. Darüber hinaus ist eine Kühlmittelsammeleinrichtung vorgesehen, über die das zum Rotor in die elektrische Maschine geleitete Kühlmittel wieder gesammelt werden kann. Mittels einer vorgesehenen Kühlmittelpumpeinrichtung kann das in der Kühlmittelsammeleinrichtung gesammelte Kühlmedium dem Kühlkreislauf, beispielsweise über die statische Kühlmittelzuführung, zurück zugeführt werden. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine elektrische Maschine mit einem konstruktiv einfach aufgebauten und verschleißarmen Kühlsystem bereitgestellt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Rotor einen Träger aufweist, über den der Rotorkörper drehfest auf der Rotorwelle anordenbar ist, wobei der Träger kreisringzylindrisch und in seinem Inneren hohl zur Aufnahme des Kühlmediums ausgebildet ist, und wobei der Träger umlaufend eine ringförmig in axialer Richtung sich erstreckende Öffnung aufweist, in welche die Kühlmittelzuführung mündend angeordnet ist. Es kann somit in vorteilhafter Weise eine konstruktiv einfache und verschleißarme Kühlmittelzuführung bereitgestellt werden.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Träger in seiner radial äußeren Gehäusewand einen radial nach außen verlaufenden ersten Kühmittelversorgungskanal aufweist, und dass der Rotorkörper einen hiermit korrespondierenden zweiten Kühmittelversorgungskanal aufweist, derart, dass dem Rotorkörper von innen mit Kühlmedium durchströmbar ist. Mit Vorteil mündet der innerhalb des Rotorkörpers radial nach außen verlaufende Kühlmittelkanal im Inneren des Rotorkörpers in einen Kühmittelquerkanal der den Rotorkörper in axialer Richtung durchzieht und an den axialen Enden aus dem Rotorkörper heraustritt, wodurch eine sehr effiziente Kühlung des Rotorkörpers erreicht wird.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Träger eine axiale Breite aufweist, die größer ist, als die axiale Breite des Rotorkörpers, und dass der Träger in seiner radial äußeren Gehäusewand in axialer Richtung gesehen vor und/oder hinter dem Rotorkörper durchtretend einen Kühmittelversorgungskanal aufweist, derart, dass der Rotorkörper von außen mit dem Kühlmedium zumindest bereichsweise umströmbar ist. Hierdurch werden Kühlkanäle im Inneren des Rotorkörpers nicht zwingen erforderlich.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann auch eine Kombination von Kühlmittelkanälen, die dem Rotorkörper vom außen mit Kühlmittel versorgen, zusammen mit einem oder mehreren Kühlmittelkanälen, die den Stator in seinem Inneren mit Kühlmittel versorgen vorgesehen sein.
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Allen Ausführungsformen gemein ist, dass über die statische Kühlmittelzufuhr und die Konstruktion der Kühlmittelkanäle für eine durch die Rotorrotation erzeugte Fliehkraft bedingte Verteilung des Kühlmittels, ein konstruktiv einfacher Aufbau für ein verschleißarmes Kühlsystem bereitgestellt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich zum Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten elektrischen Maschine mit einem Kühlsystem mit statischer Kühlmittelzufuhr in schematischer Darstellung in einem Teil-Axialschnitt,
- 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten elektrischen Maschine mit einem Kühlsystem mit statischer Kühlmittelzufuhr in schematischer Darstellung in einem Teil-Axialschnitt, und
- 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten elektrischen Maschine mit einem Kühlsystem mit statischer Kühlmittelzufuhr in schematischer Darstellung in einem Teil-Axialschnitt.
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In den 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäß aufgebauten elektrischen Maschine 1 mit einem Kühlsystem 5 mit statischer Kühlmittelzufuhr 6 in schematischer Darstellung in einem Teil-Axialschnitt gezeigt.
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Eine gemäß der Erfindung aufgebaute elektrische Maschine 1 umfasst immer einen Stator 2 und einen auf einer Rotorwelle 3 drehfest angeordneten Rotor 4 sowie ein Kühlsystem 5 zur Kühlung der elektrischen Maschine1. Das Kühlsystem 5 der elektrischen Maschine 1 umfasst eine statische Kühlmittelzuführung 6, etwa in Form einer ortsfest angeordneten Zuführleitung, welche ausgebildet ist, Kühlmittel K dem Rotor 4 zuzuführen. Ferner umfasst das Kühlsystem 5 gemäß allen dargestellten Ausführungsformen einen radial nach außen sich erstreckenden Rotorkühlkanal 7, über den das Kühlmittel K bei Rotation des Rotors 4 fliehkraftbedingt radial nach außen geleitet wird, eine Kühlmittelsammeleinrichtung 8, über die das Kühlmittel K wieder gesammelt werden kann, und eine Kühlmittelpumpeinrichtung 9, über die das in der Kühlmittelsammeleinrichtung 8 gesammelte Kühlmedium dem Kühlmittelkreislauf bzw. dem Rotor 4 zurück zugeführt werden kann.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten elektrischen Maschine 1 mit einem Kühlsystem 5 mit statischer Kühlmittelzufuhr 6 in schematischer Darstellung in einem Teil-Axialschnitt. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Rotor 4 mehrteilig ausgeführt und umfasst einen Träger 10 über den ein Rotorkörper 11 drehfest an eine Rotorwelle 3 anbindbar ist. Der Träger 10 ist ringzylindrisch und in seinem Inneren hohl ausgebildet. Der Träger 10 weist umlaufend eine ringförmig in axialer Richtung zugänglich ausgebildete Öffnung auf, in welche die Kühlmittelzuführung 6 (im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle) mündend angeordnet ist. der Träger 10 weist eine axiale Breite auf, die größer bemessen ist, als die axiale Breite des Rotorkörpers 11 , wobei in seiner radial äußeren Gehäusewand in axialer Richtung gesehen vor und hinter dem auf dem Träger 10 angeordneten Rotorkörper 11 jeweils ein Kühmittelversorgungskanal (7) radial nach außen durchtritt, derart, dass der Rotorkörper 11 von außen mit dem Kühlmedium zumindest bereichsweise umströmbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel tritt das Kühlmittel K in axialer Richtung gesehen vor und hinter dem Rotorkörper 11 aus dem Träger 10 aus und wird im Betrieb der elektrischen Maschine 1 durch die Fliehkraft des rotierenden Rotors 4 nach außen gedrückt, so dass der Rotorkörper 11 kühlend umströmt wird. Darüber hinaus kann das Kühlmittel K innerhalb der elektrischen Maschine 1 weiter radial nach außen gedrückt auch Teile des Stators 2 kühlen. In jedem Fall wird das Kühlmittel K innerhalb der elektrischen Maschine 1 in einer Kühlmittelsammeleinrichtung 8 aufgefangen und dem Kühlmittelkreislauf mittels einer Kühlmittelpumpeinrichtung 9 wieder zugeführt.
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Im Unterschied zu 1 wird bei der Ausführungsform gemäß 2 über einen zentral innerhalb des Trägers 10 ausgebildeten und mit einem hiermit korrespondierenden, innerhalb des auf dem Träger 10 angeordneten Rotorkörpers 11 ausgebildeten Kühmittelversorgungskanal 12 eine Kühlung des Rotors 4 durch Kühlung von Innen gewährleistet.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform der elektrischen Maschine 1, bei der das Kühlsystem 5 das von der Kühlmittelzuführung 6 zugeführte Kühlmittel K über Leitbleche, die an den axialen Stirnflächen des Rotorkörpers 11 als auch ggf. an der Kühlmittelzuführung 6 selbst angebracht sind, gezielt dem Rotorkörper 11 zuleitet. In der dargestellten Ausführungsform sind Leitbleche L auf beiden axialen Stirnflächen des Rotorkörpers 11 angeordnet, wobei die hierdurch gebildeten beidseitig ausgebildeten Kühlmittelkanäle durch einen durch den Rotorkörper 11 sich erstreckenden Rotorkühlkanal verbunden sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Maschine
- 2
- Stator
- 3
- Rotorwelle
- 4
- Rotor
- 5
- Kühlsystem
- 6
- Kühlmittelzuführung
- 7
- Rotorkühlkanal
- 8
- Kühlmittelsammeleinrichtung
- 9
- Kühlmittelpumpeinrichtung
- 10
- Träger
- 11
- Rotorkörper
- 12
- Kühmittelversorgungskanal
- K
- Kühlmittel
- L
- Leitblech
