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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Elektromotor mit einem Rotorendring. Insbesondere enthält ein Rotorendring der vorliegenden Offenbarung einen Ölmantel, um die Kühleigenschaften des Rotorendrings zu verbessern.
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Kühlmittel wird durch einen Elektromotor geleitet, um den Elektromotor während des Betriebs zu kühlen. Elektrische Ströme, die in einem Elektromotor fließen, erzeugen Wärme, und wenn ein Teil dieser Wärme nicht abgeführt wird, kann es zu Schäden oder Ausfällen des Elektromotors kommen. Kühlmittel, das durch und über einen Rotorendring fließt, absorbiert Wärme vom Rotorendring. Normalerweise fließt das Kühlmittel durch den Rotorendring und wird durch die Zentrifugalkräfte über die Stirnfläche des Rotorendrings getrieben. In aktuellen Elektromotoren wird das Kühlmittel nach außen zum Außenumfang des Rotorendrings gedrückt, ohne sich auszubreiten. Das bedeutet, dass das Kühlmittel nur über lokal begrenzte Bereiche der Stirnfläche des Rotorendrings läuft. Während also die derzeitigen Technologien ihren Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Elektromotor mit einem Rotorendring, der eine effizientere Kühlung des Rotorendrings ermöglicht.
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BESCHREIBUNG
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Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Rotorendring für einen Elektromotor einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper mit einem umlaufenden Außendurchmesser und einem umlaufenden Innendurchmesser, eine in einer Fläche des Körpers ausgebildete Ausnehmung, einen in einer Rückseite des Körpers ausgebildeten Ölmantel, mindestens einen Einlass, der so beschaffen ist, dass Kühlmittel in den Ölmantel eintreten kann, und eine Vielzahl von Auslässen, die so beschaffen sind, dass Kühlmittel aus dem Ölmantel durch den Rotorendring zu der in der Fläche des Körpers ausgebildeten Ausnehmung fließen kann.
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Nach einem anderen Aspekt ist der Ölmantel ein ringförmiger Kanal mit einer umlaufenden Außenwand und einer umlaufenden Innenwand.
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Gemäß einem weiteren Aspekt hat die umlaufende Außenwand des Ölmantels einen Radius, der mindestens etwa 5 Millimeter kleiner als der umlaufende Außendurchmesser des Körpers ist, und die umlaufende Innenwand des Ölmantels hat einen Radius, der mindestens etwa 5 Millimeter größer als der Innendurchmesser des Körpers ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt hat der Ölmantel eine axiale Tiefe, die zwischen dem etwa 0,1-fachen einer Dicke des Rotorendrings und dem etwa 0,8-fachen der Dicke des Rotorendrings liegt.
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Nach einem anderen Aspekt hat der Ölmantel eine axiale Tiefe, die zwischen etwa 2 Millimetern und etwa 4 Millimetern liegt.
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Nach einem anderen Aspekt erstreckt sich der mindestens eine Einlass radial zwischen dem Innendurchmesser des Körpers und der Innenwand des Ölmantels.
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Gemäß einem weiteren Aspekt hat der mindestens eine Einlass eine axiale Tiefe, die ungefähr der axialen Tiefe des Ölmantels entspricht, und eine Breite, die zwischen ungefähr 3 Millimetern und 10 Millimetern liegt.
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Gemäß einem anderen Aspekt umfasst der mindestens eine Einlass zwei Einlässe, die ungefähr 180 Grad voneinander entfernt sind.
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Nach einem anderen Aspekt sind die mehreren Auslässe Umfangsschlitze, die in gleichem Abstand um die Fläche des Körpers in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind.
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Nach einem anderen Aspekt sind die mehreren Auslässe neben der umlaufenden Innenwand des Ölmantels angeordnet.
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Nach einem anderen Aspekt haben die Auslässe eine radiale Breite, die zwischen etwa 1 Millimeter und 10 Millimeter liegt.
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Nach einem anderen Aspekt haben die Auslässe eine Umfangslänge, die gleich (360 Grad / N) x 0,95 ist, wobei N die Anzahl der Auslässe ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist die kombinierte Umfangslänge der Vielzahl von Auslässen kleiner oder gleich ungefähr 342 Grad.
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Nach einem anderen Aspekt ist der Körper aus einem wärmeleitenden Material gebildet.
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Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Rotorendring für einen Elektromotor einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper, der einen umlaufenden Außendurchmesser und einen umlaufenden Innendurchmesser aufweist und aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist, eine Ausnehmung, die innerhalb einer Fläche des Körpers gebildet ist, einen Ölmantel, der innerhalb einer Rückseite des Körpers gebildet ist, wobei der Ölmantel einen ringförmigen Kanal umfasst, der eine umlaufende Außenwand und eine umlaufende Innenwand aufweist, zwei Einlässe, die ungefähr 180 Grad voneinander entfernt angeordnet sind, wobei sich jeder Einlass radial zwischen dem Innendurchmesser des Körpers und der Innenwand des Ölmantels erstreckt und so ausgelegt ist, dass Kühlmittel in den Ölmantel eintreten kann, und eine Vielzahl von Auslässen, wobei jeder Auslass einen Umfangsschlitz umfasst, wobei die Vielzahl von Auslässen äquidistant um die Fläche des Körpers in einem kreisförmigen Muster angrenzend an die Umfangsinnenwand des Ölmantels angeordnet ist und so ausgelegt ist, dass Kühlmittel aus dem Ölmantel durch den Rotorendring zu der in der Fläche des Körpers ausgebildeten Aussparung fließen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt hat die umlaufende Außenwand des Ölmantels einen Radius, der mindestens etwa 5 Millimeter kleiner ist als der umlaufende Außendurchmesser des Körpers, die umlaufende Innenwand des Ölmantels hat einen Radius, der mindestens etwa 5 Millimeter größer ist als der Innendurchmesser des Körpers, und eine axiale Tiefe des Ölmantels liegt zwischen dem etwa 0,1-fachen einer Dicke des Rotorendrings und dem etwa 0,8-fachen der Dicke des Rotorendrings.
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Gemäß einem weiteren Aspekt hat jeder Einlass eine axiale Tiefe, die ungefähr gleich der axialen Tiefe des Ölmantels ist, und eine Breite, die zwischen ungefähr 3 Millimetern und 10 Millimetern liegt, und jeder der Auslässe hat eine radiale Breite, die zwischen ungefähr 1 Millimeter und 10 Millimetern liegt, und eine Umfangslänge, die gleich (360 Grad / N) x 0,95 ist, wobei N die Anzahl der Auslässe ist.
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Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Elektromotor ein Gehäuse, einen Stator, der stationär innerhalb des Gehäuses montiert ist und Endwindungen aufweist, eine drehbare zentrale Welle, einen Rotor, der auf der zentralen Welle zur Drehung innerhalb des Stators montiert ist, wobei der Stator, die zentrale Welle und der Rotor alle koaxial innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, und einen Rotorendring, der auf der zentralen Welle angrenzend an ein axiales Ende des Rotors montiert ist, wobei der Rotorendring einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper mit einem Umfangsaußendurchmesser und einem Umfangsinnendurchmesser aufweist und aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist, eine Ausnehmung, die innerhalb einer Fläche des Körpers gebildet ist, einen Ölmantel, der innerhalb einer Rückseite des Körpers gebildet ist, wobei der Ölmantel einen ringförmigen Kanal mit einer umlaufenden Außenwand und einer umlaufenden Innenwand, zwei Einlässe, die ungefähr 180 Grad voneinander entfernt positioniert sind, wobei sich jeder Einlass radial zwischen dem Innendurchmesser des Körpers und der Innenwand des Ölmantels erstreckt und angepasst ist, um Kühlmittel in den Ölmantel eintreten zu lassen, und eine Vielzahl von Auslässen umfasst, wobei jeder Auslass einen Umfangsschlitz umfasst, wobei die mehreren Auslässe in gleichem Abstand um die Fläche des Körpers in einem kreisförmigen Muster angrenzend an die innere Umfangswand des Ölmantels angeordnet sind und so angepasst sind, dass sie es dem Kühlmittel ermöglichen, von dem Ölmantel durch den Rotorendring zu der in der Fläche des Körpers ausgebildeten Ausnehmung zu fließen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt hat die umlaufende Außenwand des Ölmantels einen Radius, der mindestens etwa 5 Millimeter kleiner ist als der umlaufende Außendurchmesser des Körpers, die umlaufende Innenwand des Ölmantels hat einen Radius, der mindestens etwa 5 Millimeter größer ist als der Innendurchmesser des Körpers, und eine axiale Tiefe des Ölmantels liegt zwischen dem etwa 0,1-fachen einer Dicke des Rotorendrings und dem etwa 0,8-fachen der Dicke des Rotorendrings.
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Gemäß einem weiteren Aspekt hat jeder Einlass eine axiale Tiefe, die ungefähr gleich der axialen Tiefe des Ölmantels ist, und eine Breite, die zwischen ungefähr 3 Millimetern und 10 Millimetern liegt, und jeder der Auslässe hat eine radiale Breite, die zwischen ungefähr 1 Millimeter und 10 Millimetern liegt, und eine Umfangslänge, die gleich (360 Grad / N) x 0,95 ist, wobei N die Anzahl der Auslässe ist.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich von selbst, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist eine Schnittdarstellung eines Elektromotors mit einem Rotorendring gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorendrings gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine Endansicht des in 1 dargestellten Rotorendrings;
- 4 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Rotors, eines Rotorendrings und einer zentralen Welle des in 2 dargestellten Elektromotors; und
- 5 ist eine schematische Ansicht eines Rotors und eines Rotorendrings, die den Kühlmittelfluss über eine Fläche des Rotorendrings zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
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Bezugnehmend auf 1, ein Elektromotor 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse 12. Ein Stator 14 ist stationär innerhalb des Gehäuses 12 montiert. Der Stator 14 ist im Allgemeinen zylindrisch in der Form und umfasst Endwindungen 16 auf beiden axialen Enden davon. Eine drehbare zentrale Welle 18 wird von dem Gehäuse 12 getragen und erstreckt sich in Längsrichtung darin. Auf der zentralen Welle 18 ist ein Rotor 20 zur Drehung innerhalb des Stators 14 montiert. Der Stator 14, die zentrale Welle 18 und der Rotor 20 sind alle koaxial innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet. An jedem axialen Ende des Rotors 20 ist ein Rotorendring 22 auf der zentralen Welle 18 angebracht. Die zentrale Welle 18, der Rotor 20 und der Rotorendring 22 drehen sich einheitlich innerhalb des Gehäuses 12.
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Durch den elektrischen Strom, der durch den Elektromotor 10 fließt, wird Wärme erzeugt. Kühlmittel zirkuliert durch den Elektromotor 10, um die Wärme abzuführen und den Elektromotor 10 vor Überhitzung zu schützen. Das Kühlmittel wird durch Kanäle 26 geleitet, die in der zentralen Welle 18 ausgebildet sind, wie durch Pfeile 28 angezeigt. Mindestens eine Öffnung 30 ist in der zentralen Welle 18 ausgebildet und ermöglicht es dem Kühlmittel, von den Durchlässen 26 axial nach außen zum Rotorendring 22 zu fließen.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 umfasst der Rotorendring 22 einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper 32 mit einem umlaufenden Außendurchmesser 34 und einem umlaufenden Innendurchmesser 36. Der Innendurchmesser 36 des Körpers 32 ist für den Eingriff mit der zentralen Welle 18 ausgelegt. Der Rotorendring 22 kann mit jedem geeigneten Mittel an der zentralen Welle 18 befestigt werden, wie z.B., als nicht einschränkendes Beispiel, mit einer Presspassung.
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Der Rotorendring 22 umfasst eine Ausnehmung 38, die in einer Fläche 40 des Körpers 32 ausgebildet ist, und einen Ölmantel 42, der in einer Rückseite 44 des Körpers 32 ausgebildet ist. Mindestens ein Einlass 44 steht in Fluidverbindung mit der mindestens einen Öffnung 30 und ist so ausgelegt, dass Kühlmittel in den Ölmantel 42 eintreten kann. Mehrere Auslässe 46 erstrecken sich axial durch den Körper 32 des Rotorendrings 22 und sind so ausgebildet, dass Kühlmittel aus dem Ölmantel 42 durch den Rotorendring 22 zu der in der Stirnseite 40 des Körpers 32 ausgebildeten Ausnehmung 38 fließen kann.
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Unter Bezugnahme auf 3 und 4 ist der Ölmantel 42 ein ringförmiger Kanal mit einer umlaufenden Außenwand 48 und einer umlaufenden Innenwand 50. In einer beispielhaften Ausführungsform hat die umlaufende Außenwand 48 des Ölmantels 42 einen Radius 52, der mindestens etwa 5 Millimeter kleiner als ein Radius 53 des umlaufenden Außendurchmessers 34 des Körpers 32 ist, und die umlaufende Innenwand 50 des Ölmantels 42 hat einen Radius 54, der mindestens etwa 5 Millimeter größer als ein Radius 55 des Innendurchmessers 36 des Körpers 32 ist. Der Ölmantel 42 hat eine axiale Tiefe 56, die zwischen dem etwa 0,2-fachen einer axialen Dicke 58 des Rotorendrings 22 und dem etwa 0,5-fachen der axialen Dicke 58 des Rotorendrings 22 liegt. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die axiale Dicke 58 des Rotorendrings 22 etwa 6 Millimeter und die axiale Tiefe 56 des Ölmantels 42 liegt zwischen etwa 2 Millimetern und etwa 4 Millimetern.
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Der mindestens eine Einlass 44 erstreckt sich radial zwischen dem Innendurchmesser 36 des Körpers 32 und der Innenwand 50 des Ölmantels 42 und hat eine axiale Tiefe 60, die ungefähr gleich der axialen Tiefe 56 des Ölmantels 42 ist, und eine Breite 62, die zwischen ungefähr 3 Millimetern und 10 Millimetern liegt. Wie dargestellt, umfasst der Rotorendring 22 in einer beispielhaften Ausführungsform zwei Einlässe 44, die radial um 180 Grad voneinander beabstandet sind.
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Jeder der mehreren Auslässe 46 ist ein umlaufender Schlitz. Die mehreren Auslässe 46 sind kreisförmig in gleichmäßigen Abständen um die Stirnfläche 40 des Körpers 32 angeordnet. Die Auslässe 46 sind angrenzend an die umlaufende Innenwand 50 des Ölmantels 42 angeordnet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der radiale Abstand 64 zwischen den Auslässen und der umlaufenden Innenwand 50 des Ölmantels 42 minimiert und kann null Millimeter betragen. In einer beispielhaften Ausführungsform haben die Auslässe 46 eine radiale Breite 66, die zwischen etwa 1 Millimeter und 10 Millimeter beträgt, und eine Umfangslänge 68, die etwa gleich (360 Grad / N) x 0,95 ist, wobei N die Anzahl der Auslässe 46 ist. Wie gezeigt, umfasst der Rotorendring 22 in einer beispielhaften Ausführungsform acht Auslässe 46, und die kombinierten Umfangslängen 68 der acht Auslässe 46 sind kleiner als oder gleich ungefähr 342 Grad.
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Der Rotorendring 22 kann aus jedem wärmeleitenden Material bestehen, das geeignet ist, Wärme vom Elektromotor 10 zum Kühlmittel zu leiten. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Rotorendring 22 aus Aluminium geformt.
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Im Betrieb drehen sich die zentrale Welle 18, der Rotor 20 und der Rotorendring 22 einheitlich innerhalb des Elektromotors 10. Wenn Kühlmittel von der zentralen Welle 18 in den Ölmantel 46 fließt, drücken Zentrifugalkräfte das Kühlmittel radial nach außen, so dass sich das Kühlmittel innerhalb des Ölmantels 42 radial außerhalb der Auslässe 46 sammelt. Sobald sich eine ausreichende Menge an Kühlmittel im Ölmantel 42 angesammelt hat, beginnt das Kühlmittel, axial durch die Auslässe 46 zu fließen.
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Die Position der Auslässe 46 neben der umlaufenden Innenwand 50 des Ölmantels 42 ermöglicht es dem Kühlmittel, sich innerhalb des Ölmantels 42 zu sammeln und die Wärme vom Rotorendring 22 und dem Rotor 20 selbst zu absorbieren. Da sich das Kühlmittel innerhalb des Ölmantels 42 sammelt, verbleibt das Kühlmittel über einen längeren Zeitraum innerhalb des Ölmantels 42 und die Wärme wird effektiver vom Kühlmittel absorbiert. Darüber hinaus wird durch die Ansammlung des Kühlmittels im Ölmantel 42 sichergestellt, dass das Kühlmittel gleichmäßig aus allen Auslässen 46 fließt. Anstatt die Kühlflüssigkeit sofort von den Einlässen 44 zum nächstgelegenen Auslass 46 fließen zu lassen, muss sich die Kühlflüssigkeit erst in den Ölmantel 42 füllen und sich im Ölmantel 42 verteilen. Sobald das Kühlmittel den Ölmantel 42 bis zu einem Punkt füllt, an dem das Kühlmittel durch die Auslässe 46 fließt, fließt das Kühlmittel gleichmäßig durch alle der mehreren Auslässe 46.
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Sobald das Kühlmittel axial durch die Auslässe 46 strömt, wird es über die Fläche 40 des Rotorendrings 22 getrieben, wie durch die Pfeile 70 angezeigt. Die Umfangsform der Auslässe 46 ermöglicht es dem Kühlmittel, sich gleichmäßiger über die Fläche 40 des Rotorendrings 22 zu verteilen, wodurch eine bessere Kühlung des Rotorendrings 22 erreicht wird.
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Schließlich strömt das Kühlmittel durch die Aussparung 38 radial nach außen in Richtung des Außenumfangs 34 des Körpers 32 und radial nach außen auf die Endwindungswicklungen 16 des Stators 14, um eine zusätzliche Kühlung der Endwindungswicklungen 16 zu gewährleisten. Aufgrund der Drehung des Rotorendrings 22 wird das Kühlmittel durch Zentrifugalkräfte über die Fläche 40 des Rotorendrings 22 mit relativ hoher Geschwindigkeit getrieben und sorgt für die Kühlung der Endwindungswicklungen 16.
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Ein Elektromotor 10 und ein Rotorendring 22 der vorliegenden Offenbarung bieten mehrere Vorteile. Dazu gehört die zweistufige Kühlung des Elektromotors 10. Erstens sammelt sich das Kühlmittel im Ölmantel 42 und absorbiert Wärme im Inneren des Rotorendrings 22 und des Rotors 20, und zweitens fließt das Kühlmittel durch die Auslässe 46 nach außen und radial über die Stirnfläche 40 des Rotorendrings 22, um eine zusätzliche Kühlung der Stirnfläche 40 des Rotorendrings 22 zu bewirken. Eine effektivere Kühlung des Rotorendrings 22 verringert die Verformung des Rotorendrings 22 aufgrund von Wärmeausdehnung, und eine gleichmäßigere Verteilung des Kühlmittels über die Fläche 40 des Rotorendrings 22 sorgt für eine bessere Besprühung der Endwindungen 16 des Stators 14 mit dem Kühlmittel.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung hat lediglich beispielhaften Charakter, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sind als im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegend zu betrachten. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
