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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kühlung eines Rotors einer elektrischen Maschine.
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Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt. Ferner weist die elektrische Maschine typischerweise einen Kühlmittel-Kreislauf auf, um die elektrische Maschine, insbesondere den Rotor, zu kühlen.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung einer elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors einer elektrischen Maschine, zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Stützring für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für eine (stromerregte) Synchronmaschine, beschrieben. Der Stützring kann dafür vorgesehen sein, den Rotorkörper, insbesondere den Wickelkopf der ein oder mehreren (elektrisch leitenden) Rotorwicklungen, an einer Stirnfläche des Rotorkörpers des Rotors zu bedecken.
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Der Stützring umfasst einen Ringbereich und einen, den Ringbereich bedeckenden, Deckelbereich. Der Stützring kann topfförmig ausgebildet sein. Dabei kann sich der Ringbereich ausgehend von dem Deckelbereich entlang der (d.h. parallel zu der) Rotorwelle des Rotors erstrecken. Der (kreisförmige) Ringbereich kann dabei die Rotorwelle des Rotors als Zentralachse aufweisen. Ferner kann sich der (plattenförmige) Deckelbereich (in einer Ebene) senkrecht zu der Rotorwelle erstrecken. Der Deckelbereich kann eine kreisförmige äußere Kante aufweisen.
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Der Stützring ist ausgebildet, eine Rotorwicklung (insbesondere einen Wickelkopf) an einer Stirnfläche des Rotorkörpers des Rotors zu bedecken. Die Rotorwicklung an der Stirnfläche des Rotorkörpers kann von dem topfförmigen Stützring umschlossen werden. Mit anderen Worten, die Rotorwicklung (insbesondere der Wickelkopf) kann von dem Innenraum des topfförmigen Stützrings aufgenommen werden. Die Rotorwicklung kann dabei in unmittelbarer Nähe zu dem Deckelbereich des Stützrings angeordnet sein.
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Der Stützring umfasst eine Vielzahl von Kühlleitungen, die jeweils innerhalb des Deckelbereichs des Stützrings verlaufen. Dabei können die Kühlleitungen der Vielzahl von Kühlleitungen jeweils in radialer Richtung durch den Deckelbereich des Stützrings verlaufen, um einen besonders zuverlässigen Fluss eines Kühlmediums durch die einzelnen Kühlleitungen zu bewirken (infolge der Rotationsbewegung des Rotors).
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Die Vielzahl von Kühlleitungen kann z.B. 4 oder mehr, insbesondere 8 oder mehr oder 10 oder mehr oder 12 oder mehr, Kühlleitungen aufweisen. Beispielsweise kann für jeden Pol des Rotorkörpers jeweils zumindest oder genau eine Kühlleitung bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, die Vielzahl von Kühlleitungen kann jeweils zumindest oder genau eine Kühlleitung für einen Schenkelpol des Rotorkörpers des Rotors aufweisen. Für einen Rotorkörper mit N Schenkelpolen (z.B. N=4 oder N=6 oder N=8) können z.B. genau N oder genau 2*N Kühlleitungen bereitgestellt werden. Dabei sind die Kühlleitungen der Vielzahl von Kühlleitungen bevorzugt gleichmäßig verteilt um die Rotorwelle angeordnet. So kann eine besonders zuverlässige Kühlung an der Stirnfläche des Rotorkörpers bewirkt werden.
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Die einzelnen Kühlleitungen können jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, um eine besonders platzsparende Anordnung der Kühlleitungen innerhalb des Deckelbereichs zu ermöglichen (insbesondere in Bezug auf die räumliche Ausbreitung des Stützrings in axialer Richtung entlang der Rotorwelle).
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Die einzelnen Kühlleitungen sind jeweils ausgebildet, ein Kühlmedium von einem achsnahen Bereich des Deckelbereichs des Stützrings, der der Rotorwelle des Rotors zugewandt ist, zu einer äußeren Kante des Deckelbereichs des Stützrings hin zu leiten, wobei die äußere Kante des Deckelbereichs von der Rotorwelle des Rotors abgewandt ist. Das Kühlmedium (auch als Kühlmittel bezeichnet) kann eine Kühlflüssigkeit, z.B. Öl, umfassen bzw. sein.
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Es wird somit ein Stützring für einen Rotor beschrieben, der Kühlmediumführende Kühlleitungen innerhalb des Deckelbereichs aufweist, um eine besonders zuverlässige und effiziente Kühlung des Rotors zu ermöglichen.
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Der Stützring kann in dem achsnahen Bereich des Deckelbereichs des Stützrings einen Sammelring zur Aufnahme von Kühlmedium aufweisen, wobei der Sammelring (kreisförmig) um die Rotorwelle des Rotors verläuft. Dabei ist der achsnahe Bereich des Deckelbereichs näher an der Rotorwelle angeordnet als die äußere Kante des Deckelbereichs. Die äußere Kante des Deckelbereichs kann z.B. in einem radialen Abstand von X cm von der Rotorwelle (z.B. von dem Mittelpunkt der Rotorwelle) entfernt angeordnet sein (beispielsweise X zwischen 5 und 20). Dabei kann die äußere Kante des Deckelbereichs kreisförmig um die Rotorwelle verlaufen. Der Sammelring kann in einem radialen Abstand von 0,5 * X cm oder weniger, insbesondere in einem radialen Abstand von 0,2 * X cm, oder weniger, von der Rotorwelle entfernt angeordnet sein.
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Die Kühlleitungen der Vielzahl von Kühlleitungen können jeweils (in radialer Richtung) von dem Sammelring zu der äußeren Kante des Deckelbereichs des Stützrings hin verlaufen. Durch die Bereitstellung eines Sammelrings innerhalb des Deckelbereichs des Stützrings können die Kühlleitungen in besonders zuverlässiger Weise mit Kühlmedium versorgt werden, um die Kühlung des Rotors weiter zu verbessern.
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Der Sammelring kann an der achsnahen Seite, die der Rotorwelle des Rotors zugewandt ist, ein oder mehrere Öffnungen für ein oder mehrere Zuleitungen zur Zufuhr von Kühlmedium in den Sammelring aufweisen. Das Kühlmedium kann dann über die ein oder mehreren Zuleitungen und über die ein oder mehreren Öffnungen des Sammelrings in den Sammelring gelangen, um eine zuverlässige Kühlung des Rotors zu bewirken.
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Die einzelnen Kühlleitungen und/oder der Sammelring können jeweils als Hohlräume innerhalb des Deckelbereichs des Stützrings ausgebildet sein. Dabei können die einzelnen Kühlleitungen und/oder der Sammelring durch Bohren und/oder durch Fräsen hergestellt worden sein oder direkt im Rohteil zur Herstellung des Stützrings bereitgestellt worden sein. Beispielsweise kann der Stützring als ein Gussbauteil (etwa aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff) hergestellt werden, in dem direkt Kühlleitungen und/oder der Sammelring bereitgestellt werden.
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Die Kühlleitungen der Vielzahl von Kühlleitungen können jeweils an der äußeren Kante des Deckelbereichs des Stützrings eine Öffnung zum Austritt von Kühlmedium aus der jeweiligen Kühlleitung aufweisen. Das Kühlmedium kann somit nach Durchlaufen einer Kühlleitung durch die Öffnung der j eweiligen Kühlleitung aus der Kühlleitung heraus geleitet werden. Dabei kann das Kühlmedium während des Betriebs der elektrischen Maschine gegen den Stator der elektrischen Maschine geschleudert werden, um eine zusätzliche Kühlung des Stators der elektrischen Maschine zu bewirken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine beschrieben. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle, die als Hohlwelle ausgebildet sein kann. Ferner weist der Rotor einen Rotorkörper (z.B. ein Blechpaket) auf, der sich entlang der Rotorwelle von der ersten Stirnfläche zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers erstreckt. Der Rotor weist ferner eine an der ersten Stirnfläche verlaufende Rotorwicklung (z.B. einen an der ersten Stirnfläche angeordneten Wickelkopf) auf.
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Außerdem umfasst der Rotor einen an der ersten Stirnfläche angeordneten Stützring, der die Rotorwicklung an der ersten Stirnfläche bedeckt, und der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist. Typischerweise weist der Rotor auch eine an der zweiten Stirnfläche verlaufende Rotorwicklung auf, sowie einen, an der zweiten Stirnfläche angeordneten, zweiten Stützring, der die Rotorwicklung an der zweiten Stirnfläche bedeckt, und der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist.
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Die Verwendung der in diesem Dokument beschriebenen Stützringe ermöglicht eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung des Rotors, insbesondere der Rotorwicklungen des Rotors.
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Die (als Hohlwelle ausgebildet) Rotorwelle kann einen Hohlraum umschließen. Die Rotorwelle kann ein oder mehrere Zuleitungen (z.B. Bohrungen) aufweisen, die sich jeweils durch die (zylinderförmige) Wand der Rotorwelle von dem Hohlraum bis zu dem Sammelring des jeweiligen Stützrings erstrecken, um Kühlmedium von dem Hohlraum in den Sammelring zu leiten. Dabei weist die Rotorwelle bevorzugt zwei oder mehr Zuleitungen (für jeden Stützring) auf, wobei die Zuleitungen bevorzugt gleichmäßig verteilt um die Rotorwelle angeordnet sind.
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Durch die Bereitstellung von Zuleitungen innerhalb der Wand der Rotorwelle kann eine besonders effiziente Bereitstellung von Kühlmedium bewirkt werden. Dabei kann das (gekühlte) Kühlmedium durch den Hohlraum der Rotorwelle von außerhalb des Rotors (durch eine Verzahnung) an die ein oder mehreren Zuleitungen gefördert (insbesondere gepumpt) werden. Das Kühlmedium gelangt dann durch die ein oder mehreren Zuleitungen in den Sammelring und von dort in die Vielzahl von Kühlleitungen des jeweiligen Stützrings. Nach Austritt des Kühlmediums aus den Kühlleitungen kann das Kühlmedium in einem Sammelbehälter der elektrischen Maschine aufgefangen werden, um (nach Kühlung) wieder dem Rotor zugeführt zu werden. So kann ein besonders effizienter und zuverlässiger Kühlmittel-Kreislauf bereitgestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine (stromerregte) Synchronmaschine, beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Rotor umfasst. Die elektrische Maschine umfasst ferner einen Stator. Des Weiteren kann die elektrische Maschine eine Kühleinheit (z.B. mit einer Pumpe) umfassen, die eingerichtet ist, Kühlmedium für den Stützring des Rotors bereitzustellen (z.B. Kühlmedium in den Stützring des Rotors zu pumpen).
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Wie bereits weiter oben dargelegt, können die Kühlleitungen der Vielzahl von Kühlleitungen an der äußeren Kante des Deckelbereichs des Stützrings des Rotors jeweils eine Öffnung zum Austritt von Kühlmedium aus der j eweiligen Kühlleitung aufweisen. Die Öffnungen der Vielzahl von Kühlleitungen sind dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass bei Betrieb der elektrischen Maschine (d.h. bei Rotation des Rotors) aus den einzelnen Kühlleitungen austretendes Kühlmedium gegen den Stator, insbesondere gegen einen Wickelkopf des Stators, geschleudert wird. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise zusätzlich eine zuverlässige Kühlung des Stators der elektrischen Maschine bewirkt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine umfasst.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a eine beispielhafte elektrische Maschine;
- 1b eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorkörpers;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotors mit einem Stützring;
- 3a beispielhafte Schnittebenen durch den Rotor aus 2;
- 3b einen ersten Schnitt durch den Rotor aus 2;
- 3c einen zweiten Schnitt durch den Rotor aus 2; und
- 3d einen beispielhaften Stützring mit radial verlaufenden Kühlleitungen.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten, zuverlässigen und gleichmäßigen Kühlung einer elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors einer elektrischen Maschine. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 kann der Längsachse des Stators 110 und/oder der Rotationsachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 entsprechen. Ferner kann die Welle 101 entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems verlaufen.
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Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.
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Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorwelle des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorwelle des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.
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Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. In entsprechender Weise kann auch der Stator 110 aus einzelnen (gegenseitig isolierten) Statorblechen (z.B. Eisenblechen) zusammengesetzt sein.
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1b zeigt einen beispielhaften Rotorkörper 122 eines Rotors 120 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotorkörper 122 erstreckt sich entlang der Rotationsachse bzw. der Längsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche 128 bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 129. Dabei weist der Rotorkörper 122 in dem dargestellten Beispiel unterschiedliche magnetische Schenkelpole 124 auf, die an verschiedenen Winkelpositionen (gleichmäßig verteilt) um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind. Um die einzelnen Schenkelpole 124 kann jeweils eine Spule (d.h. jeweils ein oder mehrere Windungen bzw. Wicklungen) angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Schenkelpole 124 können somit magnetische Pole des Rotors 120 bilden. Die Windungen bzw. Wicklungen bilden an den Stirnflächen 128, 129 jeweils einen Wickelkopf (nicht dargestellt).
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Der Rotorkörper 122 weist eine zentrale Öffnung 123, insbesondere eine Bohrung, auf, in die die Rotorwelle des Rotors 120 eingeführt werden kann. Die Rotorwelle kann an den Stirnflächen oder beabstandet zu den Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über jeweilige Lagerflächen drehbar gelagert werden, um eine Rotation des Rotors 120 zu ermöglichen.
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Zwischen zwei direkt benachbarten Schenkelpolen 124 der Rotorkörpers 122 wird jeweils eine Rotornut 125 gebildet, in der jeweils die Rotorwicklungen der angrenzenden Schenkpole 124 angeordnet werden. Eine Rotornut 125 erstreckt sich entlang der Längsachse von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122. Der Rotorkörper 122 sowie die einzelnen Rotornuten 125 können von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der zweiten Stirnfläche 129 jeweils eine bestimmte Gesamtlänge 127 aufweisen.
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Die Rotornut 125 zwischen zwei (in Umfangsrichtung) direkt benachbarten Schenkelpolen 124 weist an der von der Rotorwelle abgewandten Mantelfläche des Rotorkörpers 122 jeweils eine Öffnung 126 auf, wobei sich die Öffnung 126 entlang der Längsachse von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der zweite Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122 erstreckt. In Querrichtung zu der Längsachse wird die Öffnung 126 durch (einander zugewandte) Schenkel 131 der Polschuhe 130 der beiden direkt benachbarten Schenkelpole 124 begrenzt.
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Zur Herstellung eines Rotors 120 können jeweils elektrisch leitende Wicklungen um die Schenkelpole 124 gewickelt werden, sodass in einer Rotornut 125 jeweils Wicklungen der zwei direkt benachbarten Schenkelpole 124 angeordnet sind. Nach Anordnen der Wicklungen können die Öffnungen 126 der einzelnen Rotornuten 125 jeweils mit einem Deckschieber bedeckt werden. Dabei kann ein Deckschieber von einer Stirnfläche 128 her zwischen die Schenkel 131 der Polschuhe 130 der zwei direkt benachbarten Schenkelpole 124 geschoben werden, um die Öffnung 126 abzudecken. Ferner kann der verbleibende Hohlraum in der Rotornut 125 mit Vergussmasse aufgefüllt werden.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotors 120, der zwischen Paaren von direkt benachbarten Polschuhen 130 jeweils einen Deckschieber 201 aufweist, der die Rotornut 125 zwischen den beiden Polschuhen 130 bedeckt. An den Stirnflächen 128, 129 des Rotorkörpers 122 weist der Rotor 120 jeweils einen Stützring 210 auf, der den an der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 angeordneten Wickelkopf (nicht dargestellt) bedeckt. Ein Stützring 210 kann topfförmig ausgebildet sein, mit einem Boden (auch als Deckelbereich bezeichnet), der parallel zu der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 angeordnet ist, und mit einer ringförmigen Seitenwand (auch als Ringbereich bezeichnet), die sich ausgehend von dem Boden entlang der Rotationsachse des Rotors 120 erstreckt.
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Der Rotor 120 umfasst ferner eine Rotorwelle 202, die fest mit dem Rotorkörper 122, insbesondere mit dem Stützring 210, verbunden ist. Die Rotorwelle 202 und der Stützring 210 können ggf. ein zusammenhängendes Bauteil bilden. Der Rotor 120 kann eine durchgehende Rotorwelle 202 aufweisen, die durch die zentrale Öffnung 123 des Rotorkörpers 122 verläuft. Alternativ kann der Rotor 120 an jeder Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 jeweils ein Wellenteil aufweisen, das jeweils fest mit dem Rotorkörper 122 verbunden ist, wobei beide Wellenteile zusammen die Rotorwelle 202 bilden.
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Die Rotorwelle 202 kann als Hohlwelle mit einer zentralen Öffnung 211 ausgebildet sein. An der Innenseite der (zylinderförmigen) Wand der als Hochwelle ausgebildeten Rotorwelle 202 kann eine Verzahnung 212 angeordnet sein, die komplementär zu einer entsprechenden Verzahnung der Motorwelle 101 ausgebildet ist, sodass über die Verzahnung 212 ein Drehmoment von dem Rotor 120, insbesondere von der Rotorwelle 202, auf die Motorwelle 101 übertragen werden kann.
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Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 entsteht an dem Rotor 120, insbesondere an den Wicklungen des Rotors 120, Wärme, die typischerweise abgeführt werden muss, um einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb der elektrischen Maschine 100 zu gewährleisten. Zu diesem Zweck kann in den Rotor 120 ein Kühlmittel, z.B. Öl, eingebracht werden, das ausgebildet ist, Wärme von dem Rotor 120 wegzuführen. In dem vorliegenden Dokument wird ein Stützring 210 beschrieben, der eine besonders effiziente, zuverlässige und gleichmäßige Kühlung des Rotors 120 ermöglicht.
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3d zeigt den (kreisförmigen) Boden 313 eines Stützrings 210. Ferner zeigt 3d die zentrale Öffnung bzw. den Hohlraum 211 der als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle 202. Das (flüssige) Kühlmittel kann über den Hohlraum 211 von außerhalb des Rotors 120 zu dem Rotor 120 geführt werden. In dem Boden 313 des Stützrings 210 kann ein Sammelring 311 angeordnet sein, der koaxial um die Rotorwelle 202 angeordnet ist. In der Wand der Rotorwelle 202 können ein oder mehrere Zugänge bzw. Zuleitungen 314 vorgesehen sein, über die Kühlmittel von dem Hohlraum 211 der Rotorwelle 202 in den Sammelring 311 des Stützrings 210 gelangen kann. Dabei wirkt während des Betriebs des Rotors 120 eine Zentrifugalkraft auf das Kühlmittel, durch die das Kühlmittel von dem Hohlraum 211 der Rotorwelle 202 in den Sammelring 311 gedrückt wird.
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Der Stützring 210 weist ferner eine Vielzahl von Kühlleitungen 312 auf, die jeweils in radialer Richtung innerhalb des Bodens 313 des Stützrings 210 verlaufen. Dabei sind die Kühlleitungen 312 an unterschiedlichen Winkelpositionen (bevorzugt gleichmäßig verteilt) um die Rotorwelle 202 herum angeordnet. Eine Kühlleitung 312 verläuft dabei jeweils ausgehend von dem Sammelring 311 bis zu der äußeren (kreisförmigen) Kante 317 des Bodens 313 des Stützrings 210, wobei die Kühlleitung 312 an der äußeren Kante 317 des Bodens 313 des Stützrings 210 bevorzugt eine Öffnung 316 aufweist.
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Das Kühlmittel kann somit ausgehend von dem Sammelring 311 durch die Vielzahl von Kühlleitungen 312 fließen, um eine gleichmäßige Kühlung des Rotors 120 an der jeweiligen Stirnfläche 218, 219 des Rotorkörpers 122 zu bewirken. Der Kühlmittelfluss durch die einzelnen Kühlleitungen 312 kann dabei durch die Zentrifugalkraft bewirkt werden. Das Kühlmittel wird an den Öffnungen 316 der einzelnen Kühlleitungen 312 gegen den Stator 110, insbesondere gegen einen Wickelkopf des Stators 110, geschleudert, sodass auch eine Kühlung des Stators 110 bewirkt wird.
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Das Kühlmittel fließt dann typischerweise weiter in einen Sammelbehälter (nicht dargestellt) der elektrischen Maschine 100, um (nach einer Kühlung) wieder dem Rotor 120, insbesondere dem Hohlraum 211 der Rotorwelle 202, zugeführt zu werden.
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3a zeigt eine erste Schnittebene 301 und eine zweite Schnittebene 302, die in unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotorwelle 202 angeordnet sind. Die Schnittebenen 301, 302 erstrecken sich jeweils in radialer Richtung und entlang der Rotationsachse (d.h. entlang der z-Achse). Die erste Schnittebene 301 verläuft dabei an einer Winkelposition, an der eine Kühlleitung 312 angeordnet ist, und die zweite Schnittebene 301 verläuft an einer Winkelposition zwischen zwei direkt benachbarten Kühlleitungen 312. 3b zeigt den Schnitt durch den Rotor 120 entlang der ersten Schnittebene 301 und 3c zeigt den Schnitt durch den Rotor 120 entlang der zweiten Schnittebene 302.
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3b zeigt insbesondere eine in radialer Richtung verlaufende Kühlleitung 312, die innerhalb des Bodens (d.h. innerhalb des Deckelbereichs) 313 des Stützrings 210 von dem Sammelring 311 bis zu der äußeren Kante 317 des Bodens 313 verläuft, und an der äußeren Kante 317 eine Öffnung 316 aufweist. Ferner zeigt 3b die ringförmige Seitenwand 315 (d.h. den Ringbereich) des Stützrings 210. Wie bereits weiter oben dargelegt, bedeckt der (topfförmige) Stützring 210 die an einer Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 angeordnete Rotorwicklung 321 (insbesondere den Wickelkopf). Die Rotorwicklung 321 wird typischerweise mit einer Vergussmaße 322 fixiert und elektrisch isoliert. An den Stirnflächen 128, 129 des Rotorkörpers 120 kann ferner j eweils eine Stirnscheibe 323 angeordnet sein (mit einer entsprechenden Stirnscheibenisolierung), die dazu dient, die Drähte der Wicklungen 321 umzulenken und zusätzlich zu fixieren.
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3c zeigt einen beispielhaften Zugang 314 (d.h. eine Zuleitung), der zwischen dem Hohlraum 211 der Rotorwelle 202 und dem Sammelring 311 verläuft, um Kühlmittel von dem Hohlraum 211 der Rotorwelle 202 in den Sammelring 311 zu leiten.
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Es wird somit eine Kühlmittelführung des Rotorkühlmediums über die Rotorwelle 202 in die Stützringe 210 des Rotors 120 beschrieben. Ein Stützring 210 kann L-förmig ausgestaltet sein und kann einen integrierten Sammelring 311 aufweisen, der das Kühlmedium über die Rotorwelle 202 innenliegend aufnehmen kann. Der Stützring 210 weist ferner davon radial nach außen ragende Kühlmittelleitungen 312 auf, über welche das Kühlmedium abgeschleudert wird. Auf dem Weg nach außen wird von dem Kühlmedium Wärme aus dem Stützring 210 abgeführt.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann bewirkt werden, dass das gesamte Kühlmedium der Rotorwelle 202 für die Kühlung der ein oder mehreren Stützringe 210 verwendet werden kann. Dies ist vorteilhaft im Vergleich zu einer äußeren Spritzkühlung, die meist nur einen gewissen Anteil des zur Verfügung stehenden Kühlmediums und der zur Verfügung stehenden Anströmfläche nutzen kann.
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Die innengeführten Kühlmittelleitungen 312 ermöglichen es, den Stützring 210 gerade zu gestalten, sodass keine axiale Stufung des Deckelbereichs (d.h. des Bodens 313) bereitgestellt werden muss, um eine Anströmfläche für die Anspritzung des Kühlmediums zu schaffen. Durch die Verwendung eines geraden Deckelbereichs 313 können bei Fliehkraftbelastung axiale Bewegungen des Deckelbereichs 313 vermieden werden, sodass mechanische Belastungen für den Ringbereich 315 des Stützrings 210 reduziert werden können.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
