DE102021126074A1

DE102021126074A1 - Elektrische Maschine mit Rotorkühlung

Info

Publication number: DE102021126074A1
Application number: DE102021126074.4A
Authority: DE
Inventors: Attila Ádám; Dániel Michl; Zsolt Bárány; Béla Székely; László Zoltán Szénási
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), mit einem Maschinengehäuse (2), einem in dem Maschinengehäuse (2) angeordneten Stator (3) sowie einem bezüglich des Stators (3) um eine Rotordrehachse (8) drehbaren und auf einer Rotorwelle (5) angeordneten Rotor (4). Dabei ist vorgesehen, dass in dem Rotor (4) zur Kühlung wenigstens ein Rotorkühlmittelkanal (9) ausgebildet ist, der einerseits an einen Kühlmitteleinlass der elektrischen Maschine (1) und andererseits an einen Rotorringkanal (24) strömungstechnisch angeschlossen ist, der mit einem in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten und an einen Kühlmittelauslass der elektrischen Maschine (1) strömungstechnisch angeschlossenen Sammelringkanal (25) kühlmittelübertragend in Überdeckung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, mit einem Maschinengehäuse, einem in dem Maschinengehäuse angeordneten Stator sowie einem bezüglich des Stators um eine Rotordrehachse drehbaren und auf einer Rotorwelle angeordneten Rotor.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift EP 3 028 888 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Motoranordnung mit integriertem Kühlsystem, umfassend: einen in einem Motorgehäuse angebrachten Stator; eine Rotorwelle, wobei die Rotorwelle zwischen einer ersten Endkappe und einer zweiten Endkappe des Motorgehäuses verläuft; einen an der Rotorwelle angebrachten Rotor, wobei die Rotorwelle einen hohlen Bereich aufweist; eine Kühlmittelpumpe zum Einspritzen eines Kühlmittels in die Motoranordnung; ein Kühlmittelreservoir in Fluidverbindungen mit der Kühlmittelpumpe; einen ersten Kühlmittelkanal, wobei der erste Kühlmittelkanal eine Fluidkopplung zwischen der Kühlmittelpumpe und dem hohlen Bereich der Rotorwelle bildet, wobei das durch den ersten Kühlmittelkanal fließende Kühlmittel mittels der Kühlmittelpumpe in den hohlen Bereich des Rotors eingespritzt wird; einen zweiten Kühlmittelkanal, wobei der zweite Kühlmittelkanal eine Fluidkopplung eines Bereichs innerhalb des Motorgehäuses mit dem Kühlmittelreservoir bildet, und wobei das Kühlmittel innerhalb des Bereichs des Motorgehäuses über den zweiten Kühlmittelkanal in das Kühlmittelreservoir fließt; und eine Vielzahl von in der Rotorwelle integrierten Verteilungsdurchgangslöcher, wobei jedes der Verteilungsdurchgangslöcher eine Fluidkopplung des hohlen Bereichs der Rotorwelle mit dem Bereich innerhalb des Motorgehäuses bildet, wobei das von dem hohlen Bereich zu dem Bereich innerhalb des Motorgehäuses fließende Kühlmittel in direktem Kontakt steht mit dem Stator und dem Rotor, bevor es durch den zweiten Kühlmittelkanal in das Kühlmittelreservoir Kühlmittelreservoir fließt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten elektrischen Maschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine effizientere Kühlung ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in dem Rotor zur Kühlung wenigstens ein Rotorkühlmittelkanal ausgebildet ist, der einerseits an einen Kühlmitteleinlass der elektrischen Maschine und andererseits an einen Rotorringkanal strömungstechnisch angeschlossen ist, der mit einem in dem Maschinengehäuse ausgebildeten und an einen Kühlmittelauslass der elektrischen Maschine strömungstechnisch angeschlossenen Sammelringkanal kühlmittelübertragend in Überdeckung steht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die elektrische Maschine dient entweder zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie oder umgekehrt zum Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie. In ersterem Fall wird die elektrische Maschine als Motor, in letzterem Fall als Generator betrieben. Nachfolgend wird lediglich auf die Verwendung der elektrischen Maschine als Motor eingegangen. Die Aussagen sind jedoch stets analog für ihre Verwendung als Generator anwendbar. Die elektrische Maschine liegt besonders bevorzugt als Synchronmaschine vor, insbesondere als fremderregte Synchronmaschine. Auch eine andere Ausgestaltung der elektrischen Maschine, insbesondere als Asynchronmaschine, beispielsweise als Kurzschlussläufer beziehungsweise Käfigläufer, ist jedoch möglich.
Die elektrische Maschine verfügt grundsätzlich über das Maschinengehäuse, den Stator und den Rotor. Sowohl der Stator als auch der Rotor sind in dem Maschinengehäuse angeordnet. Hierbei liegt der Stator bezüglich des Maschinengehäuses ortsfest vor, insbesondere ist er an dem Maschinengehäuse starr befestigt. Der Rotor ist bezüglich des Stators und damit auch bezüglich des Maschinengehäuses um die Rotordrehachse drehbar gelagert. Hierzu ist er auf der in dem Maschinengehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle angeordnet.
Vorzugsweise ist die Rotorwelle an dem Maschinengehäuse drehbar gelagert. Hierzu greift wenigstens ein Lager einerseits an der Rotorwelle und andererseits an dem Maschinengehäuse an. Das Lager ist vorzugsweise als Wälzlager ausgestaltet, auch eine Ausführung des Lagers als Gleitlager kann jedoch realisiert sein. Vorzugsweise ist die Rotorwelle mittels mehrerer Lager drehbar gelagert, insbesondere an dem Maschinengehäuse. Die mehreren Lager sind weiter bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors angeordnet, um eine zuverlässige und kippstabile Drehlagerung der Rotorwelle zu erzielen.
Während des Betriebs der elektrischen Maschine fällt in dieser Wärme an, vor allem in dem Rotor. Um eine lange Lebensdauer der elektrischen Maschine sicherzustellen, ist es notwendig, die Wärme aus der elektrischen Maschine abzuführen oder zumindest innerhalb der elektrische Maschine zu verteilen, sodass die Wärme von wärmeren Bereichen der elektrischen Maschine hin zu kühleren Bereichen der elektrischen Maschine transportiert wird. Hierzu kommt ein Kühlmittel zum Einsatz, insbesondere ein flüssiges Kühlmittel. Bevorzugt ist die elektrische Maschine derart ausgestaltet und/oder das Kühlmittel derart gewählt, dass das Kühlmittel bei bestimmungsgemäßem Betrieb der elektrischen Maschine stets flüssig ist, also kein Verdampfen des Kühlmittels erfolgt.
Das Kühlmittel wird zumindest zeitweise in der elektrischen Maschine umgewälzt und nimmt hierbei von den wärmeren Bereichen, insbesondere dem Rotor, Wärme auf und transportiert sie hin zu den kühleren Bereichen. Beispielsweise wird die Wärme von dem Rotor auf das Maschinengehäuse übertragen und von diesem in eine Außenumgebung der elektrischen Maschine abgegeben. Vorzugsweise liegt die elektrische Maschine insoweit als geschlossenes System vor, in welchem das Kühlmittel lediglich umgewälzt wird, um die Wärme zu verteilen. Ein endgültiges Austragen der Wärme aus der elektrischen Maschine in die Außenumgebung kann über das Maschinengehäuse erfolgen.
Alternativ ist es selbstverständlich möglich, dass der elektrischen Maschine das Kühlmittel aus der Außenumgebung zugeführt wird, die elektrische Maschine durchströmt und hierbei Wärme aufnimmt sowie anschließend wieder in die Außenumgebung entlassen wird. Beispielsweise wird das Kühlmittel hierbei zwischen der elektrischen Maschine und einem abseits der elektrischen Maschine angeordneten Wärmeübertrage umgewälzt, wobei der Wärmeübertrage für ein abgeben der Wärme aus dem Kühlmittel in Richtung der Außenumgebung vorgesehen und ausgestaltet ist.
Zur Kühlung des Rotors ist in diesem der wenigstens eine Rotorkühlmittelkanal ausgebildet. Der Rotorkühlmittelkanal durchgreift den Rotor in axialer Richtung bezüglich der Rotordrehachse zumindest teilweise, vorzugsweise größtenteils beziehungsweise überwiegend. Bezogen auf eine Gesamterstreckung des Rotors in axialer Richtung durchgreift der Rotorkühlmittelkanal den Rotor in derselben Richtung über wenigstens 70 %, wenigstens 80 % oder wenigstens 90 %. Hierdurch wird ein effektives Kühlen des Rotors sichergestellt. Der Rotorkühlmittelkanal ist im Querschnitt bezüglich der Rotordrehachse gesehen bevorzugt benachbart zu Nuten des Rotors angeordnet, in welchen beispielsweise die Wicklung beziehungsweise Wickeldrähte der Wicklung angeordnet sind.
Selbstverständlich muss der Rotor jedoch nicht über eine Wicklung verfügen, sondern kann auch ohne Wicklung ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine in diesem Fall als Asynchronmaschine oder als permanenterregte Synchronmaschine ausgestaltet. Insbesondere ist der Rotorkühlmittelkanal von den Nuten beabstandet angeordnet, sodass der Rotorkühlmittelkanal über seine gesamte Längserstreckung dicht ist, das ihn durchströmende Kühlmittel also nicht in radialer Richtung aus ihm heraus gelangen kann. Hiervon ausgenommen sind unvermeidliche Undichtigkeiten, die im Rahmen einer technischen Realisierung der elektrischen Maschine nahezu zwangsläufig auftreten.
Bevorzugt sind in dem Rotor mehrere Kühlmittelkanäle ausgebildet, wobei der wenigstens eine Rotorkühlmittelkanal einen Bestandteil dieser mehreren Kühlmittelkanäle bildet. Die Kühlmittelkanäle sind voneinander beabstandet angeordnet, insbesondere sind sie in Umfangsrichtung bezüglich der Rotordrehachse gleichmäßig in dem Rotor verteilt angeordnet. Über jeden der Kühlmittelkanäle sind der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass der elektrischen Maschine strömungstechnisch aneinander angebunden. Soweit im Rahmen dieser Beschreibung von dem Rotorkühlmittelkanal oder dem wenigsten einen Rotorkühlmittelkanal die Rede ist, so sind die Ausführungen analog und zudem stets auf jeden der mehreren Kühlmittelkanäle übertragbar.
Der Rotorkühlmittelkanal ist einerseits an den Kühlmitteleinlass der elektrischen Maschine und andererseits an den Kühlmittelauslass der elektrischen Maschine strömungstechnisch angeschlossen. Die Anbindung des Rotorkühlmittelkanals an den Kühlmittelauslass erfolgt über den Rotorringkanal und den Sammelringkanal. Vorzugsweise mündet der Rotorkühlmittelkanal unmittelbar in den Rotorringkanal ein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen dem Rotorkühlmittelkanal und dem Rotorringkanal ein Verbindungskanal vorliegt. Der Rotorringkanal ist in dem Rotor der elektrischen Maschine ausgestaltet und umgreift die Rotordrehachse ringartig, also in Umfangsrichtung zumindest teilweise. Bevorzugt umgreift der Rotorringkanal die Rotordrehachse in Umfangsrichtung vollständig und durchgehend. Liegen mehrere Kühlmittelkanäle vor, so ist jeder der Kühlmittelkanäle strömungstechnisch an den Rotorringkanal angeschlossen. Insbesondere mündet jeder der Kühlmittelkanäle in den Rotorringkanal unmittelbar ein oder ist über einen jeweiligen Verbindungskanal an den Rotorringkanal angeschlossen. Über den Rotorringkanal stehen insoweit die mehreren Kühlmittelkanäle miteinander in strömungstechnischer Verbindung.
Der Sammelringkanal ist hingegen in dem Maschinengehäuse ausgebildet. Er ist an den Kühlmittelauslass der elektrischen Maschine strömungstechnisch angeschlossen. Der Rotorringkanal und der Sammelringkanal sind derart zueinander angeordnet, dass sie strömungstechnisch unmittelbar miteinander in Verbindung stehen. Hierzu liegen sie zumindest bereichsweise in Überdeckung miteinander vor. Die elektrische Maschine ist hierbei derart ausgestaltet, dass der Rotorringkanal und der Sammelringkanal einander gegenüberliegen und gemeinsam eine Rotorkühlmittelkanalkammer bilden. Der Rotorringkanal wird in radialer Richtung gesehen auf gegenüberliegenden Seiten von Wänden begrenzt, die von dem Rotor ausgebildet sind. Der Sammelringkanal wird hingegen in radialer Richtung gesehen auf gegenüberliegenden Seiten von Wänden begrenzt, die von dem Maschinengehäuse ausgebildet sind. Die den Rotorringkanal begrenzenden Wände und die den Sammelringkanal begrenzenden Wände liegen derart aneinander an, dass der Rotorringkanal und der Sammelringkanal strömungstechnisch unmittelbar aneinander angeschlossen sind, nämlich dicht.
Anders ausgedrückt ist der Rotorringkanal im Längsschnitt bezüglich der Rotordrehachse gesehen in Richtung des Sammelringkanals randoffen in dem Rotor ausgebildet und weist eine dem Sammelringkanal zugewandte Mündungsöffnung auf. Der Sammelringkanal ist hingegen - wiederum im Längsschnitt gesehen - in Richtung des Rotorringkanals randoffen ausgestaltet und weist eine dem Rotorringkanal zugewandte Mündungsöffnung auf. Die Mündungsöffnung des Rotorringkanal und die Mündungsöffnung des Sammelringkanal stehen zumindest teilweise in Überdeckung, sodass in dem Rotorringkanal vorliegendes Kühlmittel in den Sammelringkanal gelangen kann und umgekehrt. Die elektrische Maschine ist grundsätzlich derart ausgestaltet, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass über den wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal, den Rotorringkanal und den Sammelringkanal im Rahmen der technischen Möglichkeiten dicht ist, sodass also entlang der Strömungsverbindung kein Kühlmittel oder allenfalls wenig Kühlmittel im Rahmen einer unvermeidbaren Leckage austritt und in weitere Bereiche der elektrischen Maschine gelangt.
Die beschriebene Ausgestaltung der elektrischen Maschine ermöglicht eine besonders effiziente Kühlung des Rotors bei gleichzeitig geringem Energieeinsatz. Aufgrund der strömungstechnischen Anbindung des Rotorkühlmittelkanals an den Kühlmittelauslass über den Rotorringkanal und den Sammelringkanal kann auf ein Umlenken des Kühlmittels in radialer Richtung bezüglich der Rotordrehachse nach innen innerhalb des Rotors verzichtet werden. Entsprechend ist es nicht notwendig, das Kühlmittel mit einem Druck zu beaufschlagen, welcher hinreichend ist, um das Kühlmittel entgegen der während des Betriebs der elektrischen Maschine auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach innen zu führen. Vielmehr kann es vorgesehen sein, das Kühlmittel erst nach dem Überströmen aus dem Rotor in das Maschinengehäuse über den Rotorringkanal und den Sammelringkanal in radialer Richtung nach innen zu führen. Dies ist mit einem vergleichsweise geringen Druck des Kühlmittels und entsprechend geringem Energieeinsatz durchführbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor zwei Rotorscheiben und ein zwischen den Rotorscheiben angeordnetes Rotorblechpaket aufweist, wobei der wenigstens eine Rotorkühlmittelkanal in dem Rotorblechpaket ausgebildet ist. Der Rotor ist insoweit mehrteilig ausgebildet und verfügt über die Rotorscheiben und das Rotorblechpaket. Die Rotorscheiben sind beispielsweise massiv und materialeinheitlich ausgestaltet. Das Rotorblechpaket setzt sich hingegen aus mehreren nebeneinander angeordneten Rotorblechen zusammen. Die Rotorbleche sind vorzugsweise elektrisch voneinander isoliert, um Wirbelströme in dem Rotor zu verhindern oder zumindest zu verringern.
Das Rotorblechpaket weist in axialer Richtung bezüglich der Rotordrehachse gesehen eine größere Erstreckung auf als die Rotorscheiben. Vorzugsweise ist die Erstreckung des Rotorblechpakets in axialer Richtung um einen Faktor von mindestens 10, mindestens 15 oder mindestens 20 größer als die Erstreckung einer der Rotorscheiben in derselben Richtung. Die Rotorscheiben selbst weisen untereinander bevorzugt in axialer Richtung die gleiche Erstreckung auf.
Die Rotorscheiben nehmen das Rotorblechpaket zwischen sich auf, insbesondere liegen sie auf gegenüberliegenden Seiten an dem Rotorblechpaket an. Die Rotorscheiben können materialeinheitlich mit dem Rotorblechpaket ausgestaltet sein, also aus dem gleichen Material bestehen. Bevorzugt wird für sie jedoch ein anderes Material verwendet als für das Rotorblechpaket. Während das Blechpaket aus Metall oder zumindest größtenteils aus Metall besteht, sind die Rotorscheiben beispielsweise aus Kunststoff. Alternativ können die Rotorscheiben selbstverständlich ebenfalls aus Metall bestehen, beispielsweise aus einem von dem Metall des Rotorblechpakets verschiedenen Metall.
Der Rotorkühlmittelkanal ist allein in dem Rotorblechpaket ausgebildet, nicht jedoch in den Rotorscheiben. Er kann allerdings über die Rotorscheiben an den Kühlmitteleinlass und/oder den Kühlmittelauslass strömungstechnisch angeschlossen sein. Hierzu sind in den Rotorscheiben entsprechende Kanäle ausgestaltet. Der Rotorkühlmittelkanal durchgreift das Rotorblechpaket in axialer Richtung bezüglich der Rotordrehachse vorzugsweise vollständig, insbesondere jeweils unter Ausbildung einer Mündungsöffnung. Die Rotorscheiben sind derart angeordnet, dass sie die Mündungsöffnung übergreifen. Insbesondere stehen die in den Rotorscheiben ausgebildeten Kanäle mit den Mündungsöffnungen in strömungstechnischer Verbindung, sodass sie den Rotorkühlmittelkanal beidseitig des Rotorblechpakets fortsetzen. eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung der elektrischen Maschine und eine einfache strömungstechnische Anbindung des Rotorkühlmittelkanals an den Kühlmitteleinlass und den Kühlmittelauslass.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Rotorkühlmittelkanal im Längsschnitt bezüglich der Rotordrehachse gesehen schräg verläuft, sodass sich ein Abstand des wenigstens einen Rotorkühlmittelkanals von der Rotordrehachse über den Verlauf des wenigstens einen Rotorkühlmittelkanals verändert. Aufgrund der schrägen Anordnung des Rotorkühlmittelkanals wird während des Betriebs der elektrischen Maschine eine Förderwirkung auf das Kühlmittel erzielt. Während des Betriebs wird das Kühlmittel von der auf es wirkenden Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach außen gedrängt. Da sich der Abstand des Rotorkühlmittelkanals von der Rotordrehachse über seinen Verlauf hinweg verändert, wird das Kühlmittel in axialer Richtung in diejenige Richtung gedrängt, welche in radialer Richtung weiter außen liegt. Hierdurch wird der zum Umwälzen des Kühlmittels benötigte Druck weiter verringert.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Längsmittelachse des Rotorkühlmittelkanals bezüglich der Rotordrehachse angewinkelt ist, mit ihr also einen Winkel einschließt, welcher größer als 0° und kleiner als 180° ist. Vorzugsweise beträgt der Winkel mindestens 5° und und höchstens 25°, mindestens 10° und höchstens 20° oder in etwa oder genau 15°. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Längsmittelachse des Rotorkühlmittelkanals windschief zu der Rotordrehachse vorliegt. In diesem Fall nimmt nicht nur der Abstand des mindestens einen Rotorkühlmittelkanals von der Rotordrehachse über seinen Verlauf im Längsschnitt gesehen zu, sondern der Rotorkühlmittelkanal ist zudem in Umfangsrichtung geneigt. Alternativ ist selbstverständlich auch eine parallele Anordnung des Rotorkühlmittelkanals zu der Rotordrehachse realisierbar. Bevorzugt verläuft der Rotorkühlmittelkanal in jedem Fall durchgehend gerade und weist einen durchgehend konstanten Durchströmungsquerschnitts auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich der Durchströmungsquerschnitt des Rotorkühlmittelkanals in strömungstechnischer Richtung hin zu dem Kühlmittelauslass aufweitet. Die beschriebene Ausgestaltung der elektrischen Maschine ermöglicht einen besonders effektiven Betrieb und eine effiziente Kühlung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einer ersten der Rotorscheiben ein strömungstechnisch einerseits an den Kühlmitteleinlass und andererseits an den wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal angeschlossener Zuführkanal und in einer zweiten der Rotorscheiben ein strömungstechnisch einerseits an den wenigsten einen Rotorkühlmittelkanal und andererseits an den Rotorringkanal angeschlossener Abführkanal ausgebildet sind. Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, dass der Rotorkühlmittelkanal über die Rotorscheiben an den Kühlmitteleinlass und den Kühlmittelauslass strömungstechnisch angeschlossen ist. Hierzu liegt in der ersten Rotorscheibe der Zuführkanal und in der zweiten Rotorscheibe der Abführkanal vor. Über den Zuführkanal ist der Kühlmitteleinlass an den Rotorkühlmittelkanal strömungstechnisch angeschlossen, über den Abführkanal ist der Rotorkühlmittelkanal an den Kühlmittelauslass strömungstechnisch angeschlossen.
Sowohl der Rotorringkanal als auch der Abführkanal sind in der zweiten Rotorscheibe ausgebildet. Der Abführkanal mündet in den Rotorringkanal ein. Der Abführkanal weist in Umfangsrichtung gesehen eine kleinere Erstreckung auf als der Rotorringkanal. Beispielsweise verfügt der Abführkanal über den gleichen Durchströmungsquerschnitt wie der Rotorkühlmittelkanal oder allenfalls einen geringfügig größeren Durchströmungsquerschnitt wie der Rotorkühlmittelkanal. In letzterem Fall beträgt eine Durchströmungsquerschnittsfläche des Abführkanals höchstens 150 % einer Durchströmungsquerschnittsfläche des Rotorkühlmittelkanals. Der Rotorringkanal ist bevorzugt in Umfangsrichtung durchgehend und ununterbrochen ausgestaltet. Liegen mehrere Kühlmittelkanäle vor, so ist bevorzugt für jeden der Kühlmittelkanäle ein separater Zuführkanal und ein separater Abführkanal in den Rotorscheiben ausgebildet. In anderen Worten sind in der ersten Rotorscheibe ebenso Zuführkanäle wie Kühlmittelkanäle und in der zweiten Rotorscheibe ebenso viele Abführkanäle wie Kühlmittelkanäle ausgebildet. Dies ermöglicht eine effektive Strömungsführung des Kühlmittels.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotorringkanal in einer dem wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal abgewandten Seite der zweiten Rotorscheibe ausgebildet ist. Wie bereits beschrieben liegt der Rotorringkanal in Überdeckung mit dem Sammelringkanal vor, sodass eine strömungstechnische Verbindung zwischen ihnen vorliegt. Da der Rotorringkanal in der zweiten Rotorscheibe vorliegt, ist es insbesondere vorgesehen, dass die zweite Rotorscheibe dichtend mit dem Maschinengehäuse zusammenwirkt. In anderen Worten wirkt eine dem Maschinengehäuse zugewandte und dem Rotorblechpaket abgewandte Seitenwand der zweiten Rotorscheibe, in welcher der Rotorringkanal randoffen vorliegt, dichtend an einer der zweiten Rotorscheibe zugewandten Seitenwand des Maschinengehäuses an. Hierdurch ist ein einfacher Aufbau der elektrischen Maschine sichergestellt. Zudem ist es bei einem Verschleiß der zweiten Rotorscheibe möglich, allein die zweite Rotorscheibe auszutauschen, ohne den gesamten Rotor, insbesondere das Rotorblechpaket, ebenfalls tauschen zu müssen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und einen Fluidführungsraum aufweist, der strömungstechnisch einerseits an den Kühlmitteleinlass und andererseits über einen in einem Mantel der Rotorwelle ausgebildeten Durchbruch an den Zuführkanal angeschlossen ist. Die Zuführung des Kühlmittels zu dem Rotor beziehungsweise dem Rotorkühlmittelkanal erfolgt über die Rotorwelle, genauer gesagt über den Fluidführungsraum. Während des Betriebs der elektrischen Maschine wird dem Fluidführungsraum zumindest zeitweise Schmiermittel zugeführt, welches durch den Durchbruch aus ihm Austreten und in Richtung des Rotorkühlmittelkanals strömen kann. Anders ausgedrückt ist also der Fluidführungsraum über den Durchbruch an den Rotorkühlmittelkanal angeschlossen.
Konkret schließt sich an den Durchbruch der Zuführkanal der ersten Rotorscheibe an, über welchen schlussendlich der Rotorkühlmittelkanal an den Durchbruch und mithin den Fluidführungsraum strömungstechnisch angebunden ist. Hierzu liegt die erste Rotorscheibe in Überdeckung mit dem Durchbruch der Rotorwelle vor. Der Durchbruch ist in dem Mantel der Rotorfläche beziehungsweise in einer Mantelfläche der Rotorwelle hergestellt. Er durchgreift den Mantel in radialer Richtung vollständig, sodass der Durchbruch einerseits in den Fluidführungsraum einmündet und andererseits die Außenseite des Mantels der Rotorwelle unter Ausbildung einer Mündungsöffnung durchgreift. Über diese Mündungsöffnung steht der Durchbruch in strömungstechnischer Verbindung mit dem Zuführkanal. Insgesamt ist so eine einfache Struktur der elektrischen Maschine realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotorringkanal und der Sammelringkanal in radialer Richtung bezüglich der Rotordrehachse gesehen zwischen Dichtelementen einer Labyrinthdichtung angeordnet sind, die wechselseitig an dem Rotor und dem Maschinengehäuse ausgebildet sind und zum Herstellen einer dichten Strömungsverbindung zwischen dem Rotorringkanal und dem Sammelringkanal zusammenwirken. Um eine zuverlässige Abdichtung der strömungstechnischen Verbindung zwischen dem Rotorringkanal und dem Sammelringkanal zu erzielen, ist die Labyrinthdichtung vorgesehen. Die Labyrinthdichtung verfügt über die Dichtelemente, wobei einige der Dichtelementen an dem Rotor, insbesondere an der zweiten Rotorscheibe, und andere der Dichtelemente an dem Maschinengehäuse vorliegen.
Die Dichtelemente wirken dichtend zusammen, insbesondere greifen sie dichtend zwischen einander ein. So liegen beispielsweise mehrere Dichtelemente an dem Rotor vor, zwischen welche ein Dichtelementen des Maschinengehäuses eingreift und/oder umgekehrt. Bevorzugt liegen mehrere der Dichtelemente an dem Rotor und mehrere der Dichtelementen an dem Maschinengehäuse vor, um ein besonders zuverlässiges Abdichten zu erzielen. Mithilfe der Labyrinthdichtung kann ein Leckageverlust des Kühlmittels deutlich reduziert werden, sodass insgesamt ein äußerst effizientes Kühlen der elektrischen Maschine beziehungsweise des Rotors erfolgt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sammelringkanal über einen in dem Maschinengehäuse ausgebildeten Ablaufkanal und/oder einen in dem Stator ausgebildeten Statorkühlmittelkanal an den Kühlmittelauslass strömungstechnisch angeschlossen ist. Der Ablaufkanal weist bevorzugt in Umfangsrichtung kleinere Abmessungen auf als der Sammelringkanal. Beispielsweise liegt der Ablaufkanal als Bohrung vor, weist also einen runden Querschnitt auf. Der Sammelringkanal hingegen ist bevorzugt in Umfangsrichtung durchgehend und ununterbrochen ausgestaltet. Mithilfe des Ablaufkanals ist ein gezieltes Abführen des in dem Sammelringkanal vorliegenden Kühlmittels in Richtung des Kühlmittelauslasses möglich.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Ablaufkanal liegt der Statorkühlmittelkanal vor. Dieser ist in dem Stator ausgebildet und dient dem Hindurchführen von Kühlmittel durch diesen. Selbstredend liegen bevorzugt mehrere Statorkühlmittelkanäle vor. Diese sind in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet. Insbesondere sind sie in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Mit Hilfe des Statorkühlmittelkanals kann auch der Stator unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt werden, sodass sowohl Wärme aus dem Rotor als auch Wärme aus dem Stator durch das Kühlmittel abgeführt wird. Das Kühlmittel durchströmt zunächst den Rotorkühlmittelkanal und gelangt anschließend in den Statorkühlmittelkanal. Nach dessen Durchströmen gelangt das Kühlmittel zu dem Kühlmittelauslass. In anderen Worten ist der Rotorkühlmittelkanal über den Statorkühlmittelkanal an den Kühlmittelauslass strömungstechnisch angeschlossen. Der Ablaufkanal liegt bei einer solchen Ausgestaltung der elektrischen Maschine vorzugsweise strömungstechnisch zwischen dem Rotorkühlmittelkanal und dem Statorkühlmittelkanal vor, verbindet diese also strömungstechnisch miteinander.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Ablaufkanal über den Kühlmittelauslass an einen in dem Maschinengehäuse ausgebildeten Kühlmittelsumpf strömungstechnisch angeschlossen ist. Die elektrische Maschine beziehungsweise das Kühlsystem liegt insoweit als geschlossenes System vor. Das bedeutet, dass das Kühlmittel durchgehend und vollständig innerhalb der elektrischen Maschine, insbesondere in dem Maschinengehäuse, vorliegt. Der Kühlmittelsumpf dient als Kühlmittelvorrat, welchem zumindest zeitweise Kühlmittel entnommen und dem Rotorkühlmittelkanal zugeführt wird. Nach dem Durchlaufen des Rotorkühlmittelkanals tritt das Kühlmittel aus ihm aus und gelangt erneut in den Kühlmittelsumpf.
In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine mündet der Ablaufkanal über den Kühlmittelauslass in den Kühlmittelsumpf ein. In einer anderen Ausgestaltung ist der Ablaufkanal lediglich mittelbar strömungstechnisch an den Kühlmittelsumpf angeschlossen, insbesondere über den Statorkühlmittelkanal. Bei einer solchen Variante ist der Kühlmittelauslass bevorzugt über eine Ringkammer an einen Statorkühlmittelkanal oder mehrere Statorkühlmittelkanäle strömungstechnisch angebunden.
Beispielsweise ist der Kühlmittelsumpf von einer wärmeübertragenden Wand des Maschinengehäuses begrenzt, sodass in dem Kühlmittel vorliegende Wärme über die Wand in Richtung der Außenumgebung abgeführt wird. Bevorzugt ist die Wand auf ihrer dem Kühlmittelsumpf und/oder der Außenumgebung zugewandten Seite mit Oberflächenvergrößerungselementen, beispielsweise Kühlrippen oder dergleichen, versehen, um eine Intensivierung des Wärmeübergangs zu erzielen. Zusätzlich oder alternativ liegt in dem Kühlmittelsumpf ein Wärmeübertrager vor, welchem zumindest zeitweise ein weiteres Kühlmittel aus der Außenumgebung zugeführt wird. Das Kühlmittel und das weitere Kühlmittel sind strömungstechnisch vollständig voneinander separiert. Hierdurch ist eine besonders effektive Kühlung der elektrischen Maschine möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine in dem Maschinengehäuse angeordnete Kühlmittelpumpe vor, die zum Entnehmen von Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf und dem Zuführen des Kühlmittels zu dem wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal über den Kühlmitteleinlass vorgesehen und ausgestaltet ist. Die Kühlmittelpumpe wird also zumindest zeitweise betrieben, um dem Kühlmittelsumpf das Kühlmittel zu entnehmen und dem Rotorkühlmittelkanal zuzuführen. Die in dem Maschinengehäuse angeordnete Kühlmittelpumpe dient wiederum der Realisierung des vollständig geschlossenen Kühlsystems.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer elektrischen Maschine in einer ersten Ausführungsform, sowie
2 eine schematische Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine in einer zweiten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung einer elektrischen Maschine 1 in einer ersten Ausführungsform. Die elektrische Maschine 1 verfügt über ein Maschinengehäuse 2, in welchem sowohl ein Stator 3 als auch ein Rotor 4 der elektrischen Maschine 1 angeordnet ist. Der Rotor 4 sitzt auf einer Rotorwelle 5, welche mittels mehrerer Lager 6 drehbar an dem Maschinengehäuse 2 gelagert ist. Die Rotorwelle 5 ragt auf einer Seite, insbesondere nur auf einer Seite, aus dem Maschinengehäuse 2 heraus. Auf dieser Seite verfügt sie über einen Antriebsflansch 7, über welchen sie mit einer anzutreibenden Einrichtung verbunden werden kann. Insgesamt ist der Stator 3 ortsfest in dem Maschinengehäuse 2 angeordnet, während der Rotor 4 drehfest auf der Rotorwelle 5 sitzt und gemeinsam mit dieser bezüglich des Stators 3 und des Maschinengehäuses 2 drehbar gelagert ist, nämlich um eine Rotordrehachse 8.
Zur Kühlung des Rotors 4 ist in diesem wenigstens ein Rotorkühlmittelkanal 9 ausgestaltet. Genauer gesagt liegt der Rotorkühlmittelkanal 9 in einem Rotorblechpaket 10 des Rotors 4 vor und durchgreift dieses in axialer Richtung vollständig. Endseitig des Rotorblechpakets 10 weist der Rotor 4 eine erste Rotorscheibe 11 und eine zweite zu Rotorscheibe 12 auf, die das Rotorblechpaket 10 zwischen sich aufnehmen. In der ersten Rotorscheibe 11 ist ein Zuführkanal 13 ausgebildet, in der zweiten Rotorscheibe 12 liegt ein Abführkanal 14 vor. Selbstverständlich sind bevorzugt mehrere Rotorkühlmittelkanäle 9 in dem Rotor 4 ausgebildet, insbesondere in Umfangsrichtung beabstandet zueinander, vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt.
Der Zuführkanal 13 setzt sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei gegeneinander angewinkelten Teilkanälen zusammen. Einer der Teilkanäle fluchtet unmittelbar mit dem Rotorkühlmittelkanal 9, sodass er mit diesem in Strömungsverbindung steht. Der andere der Teilkanäle ist über den erstgenannten Teilkanal an den Rotorkühlmittelkanal 9 angebunden. Dieser Teilkanal steht in Überdeckung mit einem Durchbruch 15, der in einem Mantel 16 der als Hohlwelle ausgestalteten Rotorwelle 5 ausgebildet ist. Über den Durchbruch 15 ist der Zuführkanal 13 an einen Fluidführungsraum 17 strömungstechnisch angebunden, der in der Rotorwelle 5 vorliegt, insbesondere zentral.
Der Fluidführungsraum 17 wird in Richtung des Antriebsflanschs 7 von einer Trennwand 18 begrenzt. Auf ihrer dem Antriebsflansch 7 gegenüberliegenden Seite ist die Rotorwelle 5 hingegen offen ausgestaltet, sodass eine entsprechende Öffnung vorliegt. Durch diese Öffnung ragt ein Vorsprung 19 des Maschinengehäuses 2 dichtend in den Fluidführungsraum 17 ein. Über den Vorsprung 19 mündet ein Vorlaufkanal 20 in den Fluidführungsraum 17 ein. Auf seiner dem Fluidführungsraum 17 strömungstechnisch abgewandten Seite ist der Vorlaufkanal 20 an eine Kühlmittelpumpe 21 strömungstechnisch angeschlossen, insbesondere an eine Druckseite der Kühlmittelpumpe 21.
Während eines Betriebs der elektrischen Maschine saugt die Kühlmittelpumpe 21 zumindest zeitweise Kühlmittel aus einem in dem Maschinengehäuse 2 ausgebildeten Kühlmittelsumpf 22 an, vorzugsweise über einen Filter 23. Das von der Kühlmittelpumpe 21 geförderte Kühlmittel strömt durch den Vorlaufkanal 20 in den Fluidführungsraum 17 und aus diesem über den Durchbruch 15 in den Zuführkanal 13. Aus diesem tritt es wiederum in den Rotorkühlmittelkanal 9 ein und gelangt durch diesen in den Abführkanal 14. Der Abführkanal 14 mündet auf seiner dem Rotorkühlmittelkanal 9 abgewandten Seite in einen Rotorringkanal 24 ein, welcher in Umfangsrichtung vorzugsweise durchgehend und ununterbrochen ausgestaltet ist.
Der Rotorringkanal 24 steht mit einem Sammelringkanal 25 in Überdeckung, der in dem Maschinengehäuse 2 ausgebildet ist, vorzugsweise ebenfalls in Umfangsrichtung durchgehend und ununterbrochen. Der Sammelringkanal 25 ist wiederum über einen Ablaufkanal 26 strömungstechnisch an den Kühlmittelsumpf 22 angebunden. Das dem Rotorkühlmittelkanal 9 zugeführte Kühlmittel gelangt insoweit in den Rotorringkanal 24, aus diesem in den Sammelringkanal 25 und wird anschließend über den Ablaufkanal 26 erneut dem Kühlmittelsumpf 22 zugeführt. Der Strömungsweg des Schmiermittels ist durch den Pfeil 27 angedeutet. In axialer Richtung in Überdeckung mit der zweiten Rotorscheibe 12 ist in dem Maschinengehäuse 2 ein Leckagekanal 28 ausgebildet. Durch diesen Leckagekanal 28 kann Schmiermittel, welches während seines Übertretens aus dem Rotorringkanal 24 in den Sammelringkanal 25 aus diesem heraus gelangt ist, erneut in den Schmiermittelsumpf 22 gelangen, wie dies durch den Pfeil 29 angedeutet ist.
Es ist erkennbar, dass der Rotorkühlmittelkanal 9 im Längsschnitt gesehen schräg angeordnet ist, sodass sein Abstand von der Rotordrehachse 8 aus Richtung der ersten Rotorscheibe 11 in Richtung der zweiten Rotorscheibe 12 zunimmt, insbesondere kontinuierlich zunimmt. Hierbei ist der Rotorkühlmittelkanal 9 durchgehend gerade und weist bevorzugt durchgehend einen gleich bleibenden Durchströmungsquerschnitt auf. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 1 wird das Kühlmittel aufgrund der auf es wirkenden Zentrifugalkraft zunächst in radialer Richtung nach außen und aufgrund der schrägen Anordnung in axialer Richtung auf die zweite Rotorscheibe 12 zu gedrängt. Hierdurch wird der zum Fördern des Kühlmittels von der Kühlmittelpumpe 21 zu bewirkende Druck deutlich verringert.
Zur Abdichtung einer Strömungsverbindung zwischen dem Rotorringkanal 24 und dem Sammelringkanal 25 ist eine Labyrinthdichtung 30 ausgestaltet, welche sich aus Dichtelementen 31 der zweiten Rotorscheibe 12 und Dichtelementen 32 des Maschinengehäuses 2 zusammensetzt. Die Dichtelemente 31 der zweiten Rotorscheibe 12 gehen von einem Grundkörper der zweiten Rotorscheibe 12 aus und erstrecken sich jeweils nach Art eines Vorsprungs in Richtung des Maschinengehäuses 2, nämlich auf der dem Rotorkühlmittelkanal 9 abgewandten Seite. Die Dichtelemente 32 des Maschinengehäuses 2 stehen hingegen über eine Wand des Maschinengehäuses 2 über und erstrecken sich ausgehend von ihr in Richtung der zweiten Rotorscheibe 12.
Die Dichtelementen 31 und 32 greifen zwischen einander ein, sodass die Labyrinthdichtung 30 ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Dichtelemente 31 und 32 in radialer Richtung gesehen beidseitig des Rotorringkanals 24 und des Sammelringkanals 25 angeordnet, sodass die Dichtwirkung in beide Richtungen in hinreichendem Maß realisiert ist. Die Dichtelemente 31 und 32 liegen vorzugsweise als Ringvorsprünge vor, welche in Umfangsrichtung durchgehend und ununterbrochen ausgestaltet sind. Vorzugsweise liegen in radialer Richtung gesehen auf jeder Seite des Rotorringkanals 24 und des Sammelringkanals 25 wenigstens zwei Dichtelemente 31 vor, zwischen welche jeweils ein Dichtelement 32 des Maschinengehäuses 2 eingreift. In anderen Worten liegen mindestens vier Dichtelementen 31 und zwei Dichtelementen 32 vor, bevorzugt jedoch mehr.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Maschine 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass auf die Ausführungen zu dieser verwiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Dies liegen darin, dass zusätzlich zu der Rotorkühlung mittels des Rotorkühlmittelkanals 9 eine Statorkühlung realisiert ist. Hierzu ist in dem Stator 3 wenigstens ein Statorkühlmittelkanal 33 ausgebildet ist. Selbstredend sind bevorzugt wiederum mehrere Statorkühlmittelkanäle 33 in dem Stator 33 realisiert, insbesondere in Umfangrichtung beabstandet voneinander, besonders bevorzugt in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt. Der Statorkühlmittelkanal 33 ist strömungstechnisch zwischen dem Rotorkühlmittelkanal 9 und dem Kühlmittelsumpf 22 angeordnet. Das Kühlmittel wird also zunächst dem Rotorkühlmittelkanal 9 zugeführt und strömt durch den Rotorringkanal 24 und den Sammelringkanal 25 in den Statorkühlmittelkanal 33 ein, insbesondere über den Ablaufkanal 26, der nun nicht in den Kühlmittelsumpf 22 einmündet, sondern strömungstechnisch zwischen dem Sammelringkanal 25 und dem Statorkühlmittelkanal 33 angeordnet ist.
Der Statorkühlmittelkanal 33 ist auf seiner dem Rotorkühlmittelkanal 9 strömungstechnisch abgewandten Seite über eine Ringkammer 34 strömungstechnisch an den Kühlmittelsumpf 22 angeschlossen. Vorzugsweise mündet zudem der Leckagekanal 28 strömungstechnisch an den Statorkühlmittelkanal 33, nämlich stromaufwärts des Statorkühlmittelkanals 33 beziehungsweise strömungstechnisch zwischen dem Sammelringkanal 25 und dem Statorkühlmittelkanals 33. Das Schmiermittel, welches während seines Übertretens aus dem Rotorringkanal 24 in den Sammelringkanal 25 aus diesem heraus gelangt ist, gelangt somit in den Statorkühlmittelkanals 33 und strömt durch diesen in Richtung des Schmiermittelsumpfs 22.
Der Rotorkühlmittelkanal 9 erstreckt sich über die gesamte Längserstreckung des Rotors 4 oder zumindest über einen Großteil der Längserstreckung, insbesondere über mindestens 80 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 % der Längserstreckung. Analog hierzu erstreckt sich der Statorkühlmittelkanal 33 über die gesamte Längserstreckung des Stators 3 oder zumindest über einen Großteil der Längserstreckung, insbesondere über mindestens 80 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 % der Längserstreckung. Vorzugsweise ist der Rotorkühlmittelkanal 9 in axialer Richtung gesehen auf einer ersten Seite des Rotors 4 an den Fluidführungsraum 17 angeschlossen.
Die Strömungsverbindung zwischen dem Rotorkühlmittelkanal 9 und dem Statorkühlmittelkanal 33 liegt auf einer der ersten Seiten gegenüberliegenden zweiten Seite des Rotors 4 vor. Die Anbindung des Statorkühlmittelkanals 33 an den Kühlmittelsumpf 22 ist wiederum auf der ersten Seite vorgesehen. Das Kühlmittel strömt also zunächst durch den Rotorkühlmittelkanal 9 in eine erste axiale Richtung und anschließend durch den Statorkühlmittelkanal 33 in eine der ersten axialen Richtung entgegengesetzte zweite axiale Richtung.
Die beschriebene Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1 ermöglicht eine besonders effiziente Kühlung des Rotors 4 mithilfe des wenigstens einen Rotorkühlmittelkanals 9. Hierzu trägt zum einen die schräge Anordnung des Rotorkühlmittelkanals 9 bei und zum anderen die strömungstechnische Verbindung des Rotorkühlmittelkanals 9 mit dem Ablaufkanal 26 über den Rotorringkanal 24 und den Sammelringkanal 25. Hierdurch wird ein Zurückführen des Kühlmittels in radialer Richtung nach innen innerhalb des Rotors 4 vermieden. Entsprechend reicht bereits ein vergleichsweise geringer Druck zum Fördern des Kühlmittels aus, welcher mittels der Kühlmittelpumpe 21 bereitgestellt werden muss.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Maschine
2: Maschinengehäuse
3: Stator
4: Rotor
5: Rotorwelle
6: Lager
7: Antriebsflansch
8: Rotordrehachse
9: Rotorkühlmittelkanal
10: Rotorblechpaket
11: 1. Rotorscheibe
12: 2. Rotorscheibe
13: Zuführkanal
14: Abführkanal
15: Durchbruch
16: Mantel
17: Fluidführungsraum
18: Trennwand
19: Vorsprung
20: Vorlaufkanal
21: Kühlmittelpumpe
22: Kühlmittelsumpf
23: Filter
24: Rotorringkanal
25: Sammelringkanal
26: Ablaufkanal
27: Pfeil
28: Leckagekanal
29: Pfeil
30: Labyrinthdichtung
31: Dichtelement
32: Dichtelement
33: Statorkühlmittelkanal
34: Ringkammer

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

EP 3028888 A1 [0002]

Claims

Elektrische Maschine (1), mit einem Maschinengehäuse (2), einem in dem Maschinengehäuse (2) angeordneten Stator (3) sowie einem bezüglich des Stators (3) um eine Rotordrehachse (8) drehbaren und auf einer Rotorwelle (5) angeordneten Rotor (4), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotor (4) zur Kühlung wenigstens ein Rotorkühlmittelkanal (9) ausgebildet ist, der einerseits an einen Kühlmitteleinlass der elektrischen Maschine (1) und andererseits an einen Rotorringkanal (24) strömungstechnisch angeschlossen ist, der mit einem in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten und an einen Kühlmittelauslass der elektrischen Maschine (1) strömungstechnisch angeschlossenen Sammelringkanal (25) kühlmittelübertragend in Überdeckung steht.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) zwei Rotorscheiben (11, 12) und ein zwischen den Rotorscheiben (11, 12) angeordnetes Rotorblechpaket (10) aufweist, wobei der wenigstens eine Rotorkühlmittelkanal (9) in dem Rotorblechpaket (10) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rotorkühlmittelkanal (9) im Längsschnitt bezüglich der Rotordrehachse (8) gesehen schräg verläuft, sodass sich ein Abstand des wenigstens einen Rotorkühlmittelkanals (9) von der Rotordrehachse (8) über den Verlauf des wenigstens einen Rotorkühlmittelkanals (9) verändert.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten der Rotorscheiben (11, 12) ein strömungstechnisch einerseits an den Kühlmitteleinlass und andererseits an den wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal (9) angeschlossener Zuführkanal (13) und in einer zweiten der Rotorscheiben (11, 12) ein strömungstechnisch einerseits an den wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal (9) und andererseits an den Rotorringkanal (24) angeschlossener Abführkanal (14) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorringkanal (24) in einer dem wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal (9) abgewandten Seite der zweiten Rotorscheibe (12) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5) als Hohlwelle ausgebildet ist und einen Fluidführungsraum (17) aufweist, der strömungstechnisch einerseits an den Kühlmitteleinlass und andererseits über einen in einem Mantel (16) der Rotorwelle (5) ausgebildeten Durchbruch (15) an den Zuführkanal (13) angeschlossen ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorringkanal (24) und der Sammelringkanal (25) in radialer Richtung bezüglich der Rotordrehachse (8) gesehen zwischen Dichtelementen (31, 32) einer Labyrinthdichtung (30) angeordnet sind, die wechselseitig an dem Rotor (4) und dem Maschinengehäuse (2) ausgebildet sind und zum Herstellen einer dichten Strömungsverbindung zwischen dem Rotorringkanal (24) und dem Sammelringkanal (25) zusammenwirken.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelringkanal (25) über einen in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten Ablaufkanal (26) und/oder einen in dem Stator (3) ausgebildeten Statorkühlmittelkanal (33) an den Kühlmittelauslass strömungstechnisch angeschlossen ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufkanal (26) über den Kühlmittelauslass an einen in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten Kühlmittelsumpf (22) strömungstechnisch angeschlossen ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in dem Maschinengehäuse (2) angeordnete Kühlmittelpumpe (21), die zum Entnehmen von Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf (22) und dem Zuführen des Kühlmittels zu dem wenigstens einen Rotorkühlmittelkanal (9) über den Kühlmitteleinlass vorgesehen und ausgestaltet ist.