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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine aufweisend einen Stator und einen Rotor, die über einen Luftspalt mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Oberfläche an dem Stator und/oder Rotor für die elektrische Maschine.
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DE 10 2020 101 035 A1 beschreibt einen Elektromotor mit einem Rotor, einem Stator sowie einer auf einem Statorkern vorhandene Wicklung. Die Wicklungsenden ragen axial in eine Ringnut eines Gehäusedeckels hinein. In der Ringnut kann ein wärmeleitendes Harz angeordnet werden.
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Aus
EP 3 866 308 A1 ist es bekannt, an den axialen Enden der Wicklungen Wickelköpfe zu bilden. Die Wickelköpfe sind mit einem elektrisch funktionell gefüllten Reaktivharz imprägniert.
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Die in
EP 3 565 089 A1 beschriebener elektrischer Maschine weist ein verbessertes Isolationssystem auf, das in Nuten eines Wicklungsträgers vorhanden ist.
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In elektrischen Maschinen wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt bzw. umgekehrt, je nachdem, ob die elektrische Maschine als Motor oder als Generator betrieben wird. Dabei treten Verluste auf, beispielsweise Lüftungs- und Reibungsverluste. Um die Effizienz zu optimieren, sollten Lüftungsverluste minimiert werden. Andererseits ist es erforderlich, die erzeugte Wärme zuverlässig abzuführen, um eine übermäßige thermische Belastung der Komponenten zu vermeiden, was sich wiederum positiv auf die Lebensdauer der elektrischen Maschine auswirken kann. Außerdem ist es gewünscht, elektrische Maschinen effizient und kostengünstig herstellen zu können.
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Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine elektrische Maschine zu schaffen, deren Stator oder Rotor eine gute Wärmeabgabe in die Umgebung ermöglicht und sich dabei einfach und kostengünstig herstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, ein Verfahren zum Betreiben dieser elektrischen Maschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 11 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Oberfläche an dem Stator oder Rotor für die elektrische Maschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine hat einen Stator und einen Rotor. Der Stator und der Rotor sind konzentrisch zu einer gemeinsamen Drehachse angeordnet, derart, dass dazwischen ein Luftspalt begrenzt wird. Die elektrische Maschine kann als Innenläufermaschine oder Au-ßenläufermaschine ausgebildet sein.
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Der Stator und/oder der Rotor weist bzw. weisen eine mikrostrukturierte Oberfläche zur Luftverwirbelung auf, insbesondere eine Beschichtung, die an den Luftspalt angrenzt. Die Beschichtung ist zumindest auf einen radial innen oder außen angeordneten Abschnitt aufgebracht, der dem Luftspalt zugeordnet ist. Dabei kann die Beschichtung den Abschnitt vom Luftspalt trennen.
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Die mikrostrukturierte Oberfläche wird insbesondere ausschließlich durch Aufbringen der Beschichtung erzeugt. Optional zusätzlich kann anschließend durch ein geeignetes Bearbeitungsverfahren die Beschichtung bearbeitet werden, insbesondere materialabtragend, um die mikrostrukturierte Oberfläche herzustellen. Diese Bearbeitung kann beispielsweise mittels einer Laserablation und/oder eines Ätzverfahren erfolgen.
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Die Beschichtung weist ein Trägermaterial und darin eingebettete Partikel auf. Das Trägermaterial und die Partikel bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Das Trägermaterial und insbesondere die Partikel bilden die mikrostrukturierte Oberfläche auf der Beschichtung.
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Durch die mikrostrukturierte Oberfläche wird eine Luftströmung, die entlang der mikrostrukturierten Oberfläche strömt, verwirbelt. Es werden insbesondere Luftverwirbelungen in Form von Mikroturbulenzen gebildet. Die Luftströmung im Bereich der mikrostrukturierten Oberfläche ist turbulent und nicht laminar.
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Durch die mikrostrukturierte Oberfläche wird deren Rauheit im Mikrometerbereich erhöht. Als Mikrometerbereich wird hier der Bereich von 0,1 µm bis 1000 µm und vorzugsweise bis 100 µm verstanden. Verglichen mit einer ideal glatten Oberfläche (Rauheit gleich null) hat die mikrostrukturierte Oberfläche der Beschichtung einen größeren Flächeninhalt der beispielsweise mindestens um den Faktor 2-3 oder mindestens um den Faktor 4-5 größer sein kann.
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Durch die Erzeugung der Mikroturbulenzen in der Luftströmung im Luftspalt wird im Stator oder Rotor erzeugte Wärme besser an die Umgebung abgegeben. Der Wärmeübergangskoeffizient α nimmt zu. Auch eine Erhöhung der Raynoldszahl und/oder der Nusseltzahl und/oder der Prandtlzahl kann erreicht werden.
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Der Stator und/oder der Rotor hat bzw. haben vorzugsweise einen Wicklungsträger sowie eine am Wicklungsträger angeordnete Wicklung. Der Wicklungsträger kann beispielsweise durch ein Blechpaket aufweisen. Der Wicklungsträger hat sich radial zur Drehachse erstreckende Zähne, die in Umfangsrichtung um die Drehachse mit Abstand zueinander angeordnet sind. Dadurch ist zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Zähnen eine Wicklungsnut gebildet. In Axialrichtung erstrecken sich die Zähne parallel zur Drehachse. In Radialrichtung erstrecken sich die Zähne von einer Basis zu einem Kopf. Der Kopf jedes Zahns ist benachbart zum Luftspalt angeordnet. Die wenigstens eine Wicklung ist um die Zähne herum gewickelt und ist - abgesehen von den axialen Endbereichen - ganz oder teilweise in den Wicklungsnuten angeordnet. Insbesondere ist um jeden Zahn zumindest ein Abschnitt der wenigstens einen Wicklung gewickelt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest der Teil oder Abschnitt des Stators und/oder Rotors mit der mikrostrukturierten Oberfläche versehen, der benachbart zum Luftspalt angeordnet ist. Der die mikrostrukturierte Oberfläche aufweisende Abschnitt des Stators und/oder Rotors kann die dem Luftspalt zugewandten Flächen der Köpfe der Zähne und/oder die dem Luftspalt zugewandten Flächen der wenigstens einen Wicklung aufweisen.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die optionale Beschichtung die Wicklungsnuten zwischen den Zähnen und somit die dort angeordneten Abschnitte der wenigstens einen Wicklung abdeckt.
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Vorzugsweise ist die mikrostrukturierte Oberfläche und/oder die Beschichtung abschnittsweise koaxial zur Drehachse der elektrischen Maschine angeordnet..
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Das Trägermaterial der Beschichtung oder das Material für eine Beschichtung zur Erzeugung der mikrostrukturierten Oberfläche kann ein Überzugslack oder ein Tränklack sein. Der Überzugslack kann beispielsweise durch Aufstreichen oder Aufsprühen aufgebracht und anschließend zur Bildung der Beschichtung ausgehärtet werden. Der Tränklack kann beispielsweise durch Tauchen des Stators bzw. Rotors oder des jeweils zu beschichtenden Abschnitts in ein Bad aufgebracht und anschließend ausgehärtet werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Trägermaterial ein Kunststoffmaterial sein oder enthalten, z.B. ein Harz, wie insbesondere ein Esterimidharz, ein Polyesterharz oder ein Alkydharz. Das Harz kann modifiziert sein, beispielsweise ölmodifiziert oder urethanmodifiziert.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Partikel der Beschichtung eine vorgegebene minimale mittlere Partikelgröße aufweisen. Die Partikelgröße kann definiert sein durch den Volumenäquivalenten oder Oberflächenäquivalenten Äquivalentdurchmesser. Die Partikelgröße oder die mittlere Partikelgröße kann mindestens 5 µm oder mindestens 10 µm oder mindestens 15 µm oder mindestens 20 µm betragen.
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Die Partikel sind bei einem Ausführungsbeispiel anisometrisch und können ein Aspektverhältnis von maximal 3 oder maximal 5 aufweisen.
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Der Füllgrad der Beschichtung mit Partikeln beträgt vorzugsweise mindestens 10 Vol.-% oder mindestens 50 Vol.-% oder mindestens 60 Vol.-%. Der Füllgrad kann zusätzlich oder alternativ auf maximal 80 Vol.-% oder maximal 90 Vol.-% begrenzt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Partikel eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Trägermaterial.
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Die Partikel können alle dieselbe Zusammensetzung aufweisen oder es kann ein Partikelgemisch mit Partikeln unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden. Folgende Partikel können beispielsweise jeweils individuell oder in beliebiger Kombination verwendet werden: Bornitridpartikel, Graphitpartikel, Aluminiumoxidpartikel und Magnesiumoxidpartikel.
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Irgendein Ausführungsbeispiel der vorstehenden elektrischen Maschine wird wie folgt betrieben:
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Im Luftspalt der elektrischen Maschine wird eine Luftströmung erzeugt. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass der Rotor um die Drehachse rotiert. Die Luftströmung kann durch den Rotor oder ein separates, am Rotor abgeordnetes Lüfterrad erzeugt werden. Durch die mikrostrukturierte Oberfläche werden zumindest in der entlang der mikrostrukturierten Oberfläche strömenden Luftschicht Luftverwirbelungen, insbesondere Mikroturbulenzen erzeugt. Es entsteht eine turbulente Strömung. Dadurch wird die Wärmeabgabe vom Stator und/oder Rotor an die Umgebung deutlich verbessert.
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Zur Herstellung irgendeines Ausführungsbeispiels der mikrostrukturierten Oberfläche am Stator und/oder Rotor irgendeines Ausführungsbeispiels einer vorstehend beschriebenen elektrischen Maschine wird beispielsgemäß wir folgt vorgegangen:
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Zunächst kann beispielsweise ein Wicklungsträger bereitgestellt werden. Um die Zähne des Wicklungsträgers kann dann wenigstens eine Wicklung angeordnet werden, so dass sich zumindest Abschnitte der wenigstens einen Wicklung in den Wicklungsnuten befinden. Die wenigstens eine Wicklung kann axial aus den Wicklungsnuten herausragen. Vorzugsweise ragt die wenigstens eine Wicklung radial nicht aus den Wicklungsnuten heraus.
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Anschließend wird durch Aufbringen einer Beschichtung auf den dem Luftspalt zugeordneten Abschnitt des Stators oder Rotors eine mikrostrukturierte Oberfläche erzeugt. Die mikrostrukturierte Oberfläche bzw. Beschichtung befindet sich an einer Begrenzungsfläche des Stators und/oder Rotors, die an den Luftspalt der elektrischen Maschine angrenzt. Die Beschichtung weist fließfähiges Trägermaterial und darin enthaltene Partikel auf. Das Trägermaterial fließt vorzugsweise entlang des Abschnitts, wodurch sich die Partikel verteilen und an dem Abschnitt anhaften.
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Nach dem anschließenden Aushärten des Trägermaterials ist durch die eingebetteten Partikel eine mikrostrukturierte Oberfläche angrenzend an den Luftspalt gebildet. Die mikrostrukturierte Oberfläche ist dazu eingerichtet, Mikroturbulenzen zu erzeugen, wenn Luft an ihr entlangströmt.
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Wie bereits erläutert, kann das Aufbringen des Trägermaterials mit den darin enthaltenen Partikeln durch Aufstreichen, Aufsprühen oder Eintauchen in ein Bad erfolgen.
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Es ist bevorzugt, wenn das Trägermaterial im nicht ausgehärteten fließfähigen Ausgangszustand bei 20°C eine dynamische Viskosität aufweist, die kleiner ist als 500 mPa·s.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine stark schematisierte Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine mit Blick in Axialrichtung entlang einer Drehachse,
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2 eine stark schematisierte Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine mit Blick in Axialrichtung entlang der Drehachse,
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3-5 jeweils eine schematisierte Prinzipdarstellung für die Ausgestaltung unterschiedlicher Beschichtungen für einen Stator der elektrischen Maschine gemäß 1 oder 2,
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6 eine Prinzipdarstellung der Erzeugung von Mikroturbulenzen in einer Luftströmung durch eine mikrostrukturierte Oberfläche der Beschichtung und
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7 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Stators oder eines Rotors der elektrischen Maschine gemäß der 1 oder 2.
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In den 1 und 2 sind jeweils Ausführungsbeispiele einer elektrischen Maschine 10 in stark schematisierter Prinzipdarstellung veranschaulicht. Die elektrische Maschine 10 hat einen Rotor 11 und einen Stator 12. Der Rotor 11 und der Stator 12 sind koaxial um eine gemeinsame Drehachse D angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel nach 1 umschließt der Stator 12 den Rotor 11 in einer Umfangsrichtung U um die Drehachse D. Demgegenüber umgibt der Rotor 11 den Stator 12 beim Ausführungsbeispiel nach 2 in Umfangsrichtung U. Eine Richtung parallel zur Drehachse D wird als Axialrichtung bezeichnet.
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Die elektrische Maschine 10 kann beispielsweise als permanenterregte Maschine ausgebildet sein. Die elektrische Maschine 10 kann als Motor oder als Generator betrieben werden.
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Die nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Beschichtung des Rotors 11 und/oder Stators 12 wird beispielhaft anhand des Stators 12 erläutert. Die im Zusammenhang mit dem Stator 12 erläuterten Merkmale und Verfahrensschritte können zusätzlich oder alternativ beim Rotor 11 der elektrischen Maschine 10 realisiert werden.
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Zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 der elektrischen Maschine 10 ist ein Luftspalt 13 begrenzt, der beim Betrieb der elektrischen Maschine 10 von einem Magnetfeld durchsetzt wird, das den Rotor 11 mit dem Stator 12 magnetisch koppelt. Der Luftspalt 13 ist koaxial zur Drehachse D angeordnet und hat insbesondere eine hohe zylindrische Gestalt.
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Der Stator 12 weist einen Wicklungsträger 17 auf. Der Wicklungsträger 17 kann durch ein Blechpaket aus einer Mehrzahl von einzelnen Blechen gebildet sein, die in Axialrichtung aufeinander gestapelt sind. Der Wicklungsträger 17 hat einen ringförmigen Basisabschnitt 18, der koaxial zur Drehachse D angeordnet ist. Von dem Basisabschnitt 18 ragen mehrere Zähne 19 weg. Die Zähne 19 sind in Umfangsrichtung U gleichmäßig beabstandet angeordnet. Zwischen zwei in Umfangsrichtung U unmittelbar benachbarten Zähnen 19 ist jeweils eine Wicklungsnut 20 gebildet. Die Wicklungsnuten 20 und die Zähne 19 erstrecken sich in Axialrichtung vollständig entlang des Wicklungsträgers 17.
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Der Wicklungsträger 17 kann aus einer metallischen Legierung bestehen, beispielsweise aus einer Eisen-Silizium-Legierung.
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In den 1 und 2 ist nur ein Teil der Zähne 19 und Wicklungsnuten 20 dargestellt. Die nicht dargestellten Zähne 19 und Wicklungsnuten 20 sind durch die strichpunktierte Line symbolisiert.
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Jeder Zahn 19 hat an seinem dem Basisabschnitt 18 entgegengesetzten Ende einen Kopf 21. Der Kopf 21 kann gegenüber dem sich anschließenden Abschnitt des Zahns 19 in Umfangsrichtung U erweitert sein, so dass er eine oder beide benachbarte Wicklungsnuten 20 teilweise abdeckt.
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Der Stator 12 hat außerdem wenigstens eine Wicklung 25. Die wenigstens eine Wicklung 25 ist zumindest abschnittsweise um jeden Zahn 19 herum gewickelt, wobei die wenigstens eine Wicklung 25 überwiegend in den Wicklungsnuten 20 aufgenommen ist. An den axialen Enden der Zähne 19 ragt die wenigstens eine Wicklung 25 aus den Wicklungsnuten 20 heraus und bildet dort sogenannte Wickelköpfe. Radial zur Drehachse D ragt die wenigstens eine Wicklung 25 nicht über die Köpfe 21 der Zähne 19 hinaus in den Luftspalt 13 hinein. Die wenigstens eine Wicklung 25 ist in den Zeichnungen durch eine Kreuzschraffur in den Wicklungsnuten 20 symbolisiert.
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Angrenzend an den Luftspalt 13 weist der Stator 12 eine Beschichtung 26 auf. Die Beschichtung 26 ist zumindest auf einen Abschnitt 27 aufgebracht, der dem Luftspalt 13 zugeordnet ist und somit benachbart zum Luftspalt 13 angeordnet ist. Die Beschichtung 26 kann in Umfangsrichtung U die einzelnen Zähne 19 oder Teile davon individuell umschließen (3-5) .
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Bei einem Ausführungsbeispiel werden lediglich die dem Luftspalt 13 zugewandten Zahnflächen bzw. Zahnenden beschichtet (4). Es ist auch möglich jeden Zahn 19 und den daran angeordneten Abschnitt der wenigstens einen Wicklung 25 zu beschichten (3). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den gesamten Stator 12 zu beschichten (5). Anhand dieser Beispiele wird deutlich, dass die Anordnung und/oder der Oberflächeninhalt der Beschichtung 26 variieren können, insbesondere im Hinblick auf die Bereiche des Stators, die an die Wicklungsnuten 20 angrenzen. Der beschichtete Abschnitt 27 weist beispielsgemäß zumindest die an den Luftspalt 13 angrenzende Begrenzungsfläche des Stators 12 auf. Wie es in den 1 bis 5 schematisch dargestellt ist, gehört zu dem Abschnitt 27, auf den die Beschichtung 26 aufgebracht ist, zumindest die Flächen der Zähne 19, die dem Luftspalt 13 zugewandt sind.
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Die Beschichtung 26 hat unmittelbar angrenzend an den Luftspalt 13 eine mikrostrukturierte Oberfläche 28. Beispielsgemäß ist der dem Luftspalt 13 zugewandte Teil der mikrostrukturierten Oberfläche 28 in Umfangsrichtung U nicht zusammenhängend und ist an den Wicklungsnuten 20 unterbrochen.
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Die Beschichtung 26 weist ein Trägermaterial 29 mit darin eingebetteten Partikeln 30 auf. Als Trägermaterial 29 wird beispielsgemäß ein an Luft aushärtbares Harz oder aushärtbarer Lack verwendet, wie etwa ein Esterimidharz, ein Polyesterharz oder ein Alkydharz.
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Im nicht ausgehärteten Ausgangszustand hat das fließfähige Trägermaterial 29 eine dynamische Viskosität, die kleiner ist als 500 mPa·s. Die dynamische Viskosität kann vorzugsweise kleiner sein als 300 mPa·s.
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Als Partikel 30 kann zumindest eine der folgenden Arten von Partikel verwendet werden: Bornitridpartikel, Graphitpartikel, Aluminiumoxidpartikel, Magnesiumoxidpartikel bzw. eine beliebige Kombination dieser unterschiedlichen Partikelarten.
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Vorzugsweise ist der Füllgrad oder Anteil der Partikel 30 in der Beschichtung 26 im Bereich von 10 Gew.-% bis 25 Gew.-%.
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Die mittlere Schichtdicke des Trägermaterials 29 beträgt beispielsgemäß 5 pm bis 40 pm.
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Das Trägermaterial 29 kann farblos bzw. transparent sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Trägermaterial 29 zumindest nach dem Aushärten eine dunkle Farbe haben, vorzugsweise schwarz sein. Dadurch kann die thermische Wärmestrahlung und damit auch die Wärmeabgabe des Stators 12 (und/oder Rotors 11) in die Umgebung verbessert werden. Wenn das Trägermaterial 29 für das beispielsweise durch Farbpartikel gefärbt ist, beziehen sich die relativen Angaben (Gew.-%) der Partikel 30 auf die Gesamtheit des Trägermaterials 29 einschließlich optional vorhandener Farbpartikel zu anderer Additive.
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Die Partikel 30 haben beim Ausführungsbeispiel eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Trägermaterial 29. Die Beschichtung kann somit eine Wärmeleitbeschichtung sein.
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Die im Trägermaterial 29 eingebetteten Partikel 30 sind in 6 lediglich schematisch in Form von Kugeln veranschaulicht. Die Geometrie der Partikel 30 kann beliebig sein. Vorzugsweise sind die Partikel 30 anisometrisch und weisen daher in unterschiedliche Raumrichtungen unterschiedliche Dimensionen auf. Beim Ausführungsbeispiel ist das Aspektverhältnis der Partikel 30 kleiner als 5 und vorzugsweise kleiner als 3. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können auch isometrische Partikel 30 verwendet werden.
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Es ist bevorzugt, wenn die Partikel 30 eine Partikelgröße oder eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 10 pm bis 40 µm aufweisen. Als Partikelgröße wird beispielsgemäß ein volumenäquivalenter oder oberflächenäquivalenter Äquivalentdurchmesser verwendet.
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Der Stator 12 kann gemäß einem Verfahren V ( 7) hergestellt werden:
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Zunächst wird beispielsgemäß der Wicklungsträger 17 bereitgestellt (erster Schritt S1). An dem Wicklungsträger 17 wird die wenigstens eine Wicklung 25 angeordnet (zweiter Schritt S2). Die wenigstens eine Wicklung 25 kann in Axialrichtung aus den Wicklungsnuten 20 herausragen. In Radialrichtung ragt die wenigstens eine Wicklung 25 nicht über die Zähne 19 hinaus in den Luftspalt 13 hinein. Der erste Schritt S1 und der zweite Schritt S2 sind optional. Die nachfolgenden Schritte können auch unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Stators 12 ausgeführt werden.
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Auf den zu beschichtenden Abschnitt 27, angrenzend an den Luftspalt 13, wird anschließend ein fließfähiges Trägermaterial 29 mit darin enthaltenen Partikeln 30 aufgebracht (dritter Schritt S3). Der zu beschichtende Abschnitt 27 ist zumindest der Teil des Stators 12, der sich benachbart zum Luftspalt 13 befindet. Es ist auch möglich, den gesamten Wicklungsträger 17 mit den daran angeordneten wenigstens einen Wicklung 25 zu beschichten.
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Nach dem Aufbringen und vor bzw. während dem Aushärten des Trägermaterials 29 fließt das Trägermaterial 29 an dem zu beschichtenden Abschnitt 27 entlang. Dabei kann eventuell vorhandenes überschüssiges Trägermaterial 29 abtropfen oder abfließen. Die im Trägermaterial 29 enthaltenen Partikel 30 verteilen sich durch das Fließen des Trägermaterials 29 auf dem gesamten zu beschichtenden Abschnitt 27.
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Durch das Aushärten des Trägermaterials 29 (vierter Schritt S4) entsteht eine Haftverbindung zwischen den Partikeln 30 und dem beschichteten Abschnitt 27. Angrenzend an den Luftspalt 13 bildet die derart erzeugte Beschichtung 26 eine mikrostrukturierte Oberfläche 28.
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Beim Betrieb der elektrischen Maschine 10 ist die mikrostrukturierte Oberfläche 28 dazu eingerichtet, Mikroturbulenzen bzw. Mikrowirbel zu erzeugen, wenn Luft L entlang der mikrostrukturierten Oberfläche 28 im Luftspalt 13 strömt. Dabei entstehen Mikroturbulenzen in der an der mikrostrukturierte Oberfläche 28 angrenzenden Luftschicht, wie es in der Prinzipskizze in 6 gezeigt ist. Die Wärmeabgabe vom Stator 12 in die Umgebung und mithin der Wärmeübergangskoeffizient α wird erhöht. Dadurch erhöhen sich auch die Raynoldszahl und/oder die Nusseltzahl und/oder die Prandtlzahl. Die im Stator 12 erzeugte Wärme kann verbessert an die Umgebung abgeführt werden, was zu einer Verringerung der thermischen Belastung des Stators 12 führt.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine 10, das Betreiben der elektrischen Maschine 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierte Oberfläche 28 an einem Stator 12 oder Rotor 11. Der Stator 12 oder Rotor 11 hat eine Beschichtung 26 mit einer mikrostrukturierten Oberfläche 28, die an einen Luftspalt 13 zwischen dem Stator 12 und einem Rotor 11 der elektrischen Maschine 10 angrenzt. Die Beschichtung 26 weist Trägermaterial 29 mit darin enthaltenen Partikeln 30 auf, die die Mikrostruktur der mikrostrukturierten Oberfläche 28 erzeugen. Über das Trägermaterial 29 wird eine Haftverbindung zwischen den Partikeln 30 und dem beschichteten Abschnitt 27 des Stators 12 bzw. des Rotors 11 hergestellt.
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Bezugszeichenliste:
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- 10
- Elektrische Maschine
- 11
- Rotor
- 12
- Stator
- 13
- Luftspalt
- 17
- Wicklungsträger
- 18
- Basisabschnitt
- 19
- Zahn
- 20
- Wicklungsnut
- 21
- Kopf
- 25
- Wicklung
- 26
- Beschichtung
- 27
- Abschnitt
- 28
- mikrostrukturierte Oberfläche
- 29
- Trägermaterial
- 30
- Partikel
- D
- Drehachse
- L
- Luft
- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
- U
- Umfangsrichtung
- V
- Verfahren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020101035 A1 [0002]
- EP 3866308 A1 [0003]
- EP 3565089 A1 [0004]
