DE102022125230A1

DE102022125230A1 - Elektromotorrotor mit konformen wärmerohren

Info

Publication number: DE102022125230A1
Application number: DE102022125230.2A
Authority: DE
Inventors: Alireza Fatemi; Chih-Hung Yen; SeungHwan Keum; Farzad Samie; Thomas W. Nehl; Taeyoung Han; Ronald O. Grover Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-01-05
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-07-06
Also published as: US20230216379A1; CN116455145A

Abstract

Ein Rotor für eine elektrische Arbeitsmaschine enthält ein Wärmerohrkühlsystem. Ein Rotorkern weist eine Anzahl von Hohlräumen innerhalb des Rotorkerns auf. Die Hohlräume sind von einer Wand umgeben, die durch den Rotorkern definiert ist. Ein magnetisches Element ist in dem wenigstens einen Hohlraum angeordnet, wobei in dem wenigstens einen Hohlraum zwischen dem magnetischen Element und der Wand eine Lücke gelassen ist. Ein Wärmerohrverdampfer ist in der Lücke angeordnet und stimmt mit dem verfügbaren Raum überein, wobei er das magnetische Element und die Wand berührt, um Wärme aus dem Rotorkern abzuführen.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Arbeitsmaschinen und deren Rotoren und insbesondere auf einen Rotor mit einer Vielzahl von internen Hohlräumen, von denen einige Wärmerohre aufnehmen, deren Aufgabe es ist, die Wärme vom Kern des Rotors abzuführen.
Ein Rotor, wie z. B. für eine Arbeitsmaschine mit Innenpermanentmagneten (IPM) oder eine Synchron-Reluktanzarbeitsmaschine (SR), enthält einen Rotorkern, der um die Drehwelle angeordnet ist. Diese Rotoren können einen Segmentaufbau aufweisen, der eine Anzahl gestapelter Laminierungen enthält, die einen Kernkörper bilden. Der Kernkörper kann innere Hohlräume als Flussbarrieren enthalten, um die Betriebseigenschaften der Arbeitsmaschine zu beeinflussen. Die Laminierungen des Kernkörpers sind in einer Scheibenform mit einer Mittenöffnung für den Zusammenbau auf der Rotationswelle ausgebildet. Die Flussbarrieren sind um die Wellenöffnung verteilt, weisen typischerweise Enden auf, die zum Umfang der Laminierung benachbart sind, und können sich in Richtung der Welle erstrecken. Die Flussbarrieren-Hohlräume können Magneten oder Leiter/Spulen enthalten oder nicht.
Die Kühlung von Elektromotoren kann wünschenswert sein, weil Temperaturanstiege die Motorleistung und die Langlebigkeit der Komponenten beeinträchtigen können. Zusätzlich kann der Wirkungsgrad des Motors abnehmen, wenn die Temperatur zu nimmt. Deshalb kann ein optimaler Entwurf des Kühlsystems, um das Wärmemanagement zu verbessern, die Langlebigkeit, die Leistung und die Zuverlässigkeit des Motors erhöhen. Die Rotorverluste können z. B. zu einer Wärmeerzeugung innerhalb des Rotors führen. Das Abführen der Wärme aus dem sich bewegenden Rotor, um hohe Betriebstemperaturen seiner Komponenten zu vermeiden, ist herausfordernder als das Abführen der Wärme aus dem nicht rotierenden Stator, insbesondere bei hohen Betriebsdrehzahlen des Rotors.
Die physikalischen Abmessungen, die Anzahl und die Positionierung der Flussbarrieren-Hohlräume beeinflussen die Leistung einer elektrischen Arbeitsmaschine. Die Laminierungsmerkmale wie die Hohlräume und ihre strukturellen Merkmale können die Betriebsparameter, wie z. B. die durch die elektrische Arbeitsmaschine erreichbaren Drehzahlen, beeinflussen, ohne den Rotorkern übermäßig zu belasten. Dementsprechend sind Rotorhohlräume so entworfen, um spezifische Leistungsziele zu erreichen, wobei das Modifizieren oder das Hinzufügen von Hohlräumen, um diesen Entwurf zu ändern, nicht bevorzugt ist.
Eine hohe Betriebstemperatur des Rotors wird wünschenswerterweise vermieden, um optimale Leistung, einen optimalen Wirkungsgrad und die Haltbarkeit eines Elektromotors zu liefern. Dementsprechend ist es wünschenswert, wirtschaftliche Rotoren für elektrische Arbeitsmaschinen zu schaffen, die eine hohe Leistung mit effizienten Kühlsystemen erreichen. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der anschließenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund betrachtet, offensichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält ein Rotor für eine elektrische Arbeitsmaschine ein Wärmerohrkühlsystem. Der Rotor enthält einen Rotorkern mit wenigstens einem Hohlraum innerhalb des Rotorkerns. Der wenigstens eine Hohlraum ist von einer Wand umgeben, die durch den Rotorkern definiert ist. In dem Hohlraum ist ein magnetisches Element angeordnet, wobei in dem Hohlraum zwischen dem magnetischen Element und der Wand eine Lücke gelassen ist. Ein Wärmerohrverdampfer ist in der Lücke angeordnet und berührt das magnetische Element und die Wand, um Wärme aus dem Rotorkern abzuführen.
In zahlreichen Ausführungsformen umfasst das magnetische Element einen Magneten.
In zahlreichen Ausführungsformen ist ein Stirnring auf dem Rotorkern angeordnet, ist der Wärmerohrverdampfer an den Stirnring als ein Kondensator gekoppelt und ist der Stirnring konfiguriert, den Rotorkern zu halten und zu tragen.
In zahlreichen Ausführungsformen umfasst der Wärmerohrverdampfer ein Gehäuse, das mit einer Form konfiguriert ist, um eine Kapillarwirkung durch eine Zentrifugalkraft zu bewirken, die durch die Rotation des Rotors erzeugt wird.
In zahlreichen Ausführungsformen umfasst die Form wenigstens eine von konisch zulaufend, verdreht und gewölbt.
In zahlreichen Ausführungsformen umfasst der Hohlraum einen Hohlraum, enthält der Rotorkern zwei axiale Enden, umfasst der Wärmerohrverdampfer einen ersten Wärmerohrverdampfer, der sich von einem ersten der beiden axialen Enden in den Rotorkern erstreckt, und einen zweiten Wärmerohrverdampfer, der sich von einem zweiten der beiden axialen Enden in den Rotorkern erstreckt, und erstrecken sich sowohl der erste Wärmerohrverdampfer als auch der zweite Wärmerohrverdampfer in den einen Hohlraum.
In zahlreichen Ausführungsformen ist der Wärmerohrverdampfer konfiguriert, mit der Lücke übereinzustimmen und in den Rotorkern einzurasten, um den Rotor zu verstärken.
In zahlreichen Ausführungsformen ist ein Stirnring auf dem Rotorkern angeordnet. Der Wärmerohrverdampfer ist an den Stirnring als ein Kondensator gekoppelt. Der Stirnring enthält eine Außenfläche mit einem Damm, der eine Stufe bildet, wobei der Rotor ein Flüssigkeitskühlsystem aufweist, das konfiguriert ist, eine Flüssigkeit über die Außenfläche und über den Damm zu leiten, um den Kondensator zu kühlen.
In zahlreichen Ausführungsformen wird ein Flüssigkeitskühlsystem zum Kühlen des Rotorkerns geschaffen, wobei das Flüssigkeitskühlsystem eine Pumpe enthält, die mit einem Controller konfiguriert ist, um das Pumpen eines Fluids für einen optimalen Wirkungsgrad zu verringern, während der Wärmerohrverdampfer Wärme aus dem Rotorkern abführt.
In zahlreichen Ausführungsformen ist ein Stirnring auf dem Rotorkern enthalten. Der Wärmerohrverdampfer ist an den Stirnring als ein Kondensator gekoppelt, wobei der Wärmerohrverdampfer und der Stirnring vor dem Einsetzen in den Rotorkern eine einheitliche Anordnung bilden.
In zusätzlichen Ausführungsformen enthält ein Rotor für eine elektrische Arbeitsmaschine eine Welle und einen auf der Welle angeordneten Rotorkern. Der Rotorkern weist mehrere Hohlräume innerhalb des Rotorkerns auf, wobei jeder der durch den Rotorkern definierten Hohlräume die Wände jedes Hohlraums bildet, wobei die Hohlräume als Flussbarrieren konfiguriert sind, um wünschenswerte magnetische Eigenschaften des Rotorkerns bereitzustellen. Ein magnetisches Element ist in wenigstens einigen der Hohlräume angeordnet, wobei jeweils zwischen dem magnetischen Element und der Wand eine Lücke gelassen ist. Ein Wärmerohrverdampfer ist in wenigstens einigen der Lücken angeordnet und berührt das jeweilige Magnetelement und die Wand, um Wärme aus dem Rotorkern abzuführen. Ein Stirnring ist auf der Welle angeordnet und trägt den Rotorkern, wobei der Stirnring mit jedem der Wärmerohrverdampfer als ein Kondensator gekoppelt ist.
In zahlreichen Ausführungsformen umfassen die magnetischen Elemente Permanentmagneten.
In zahlreichen Ausführungsformen umfassen die Wärmerohrverdampfer jeweils ein Gehäuse, das mit einer Form konfiguriert ist, um durch eine durch die Rotation des Rotors erzeugte Zentrifugalkraft eine Kapillarwirkung zu bewirken.
In zahlreichen Ausführungsformen umfasst die Form wenigstens eine von konisch zulaufend, verdreht und gewölbt, wobei sie konfiguriert ist, eine Flüssigkeitsströmung durch einen Abschnitt der Wärmerohrverdampfer zu verleihen und eine Dampfströmung durch einen weiteren Abschnitt der Wärmerohrverdampfer zu verleihen.
In zahlreichen Ausführungsformen enthält der Rotorkern zwei axiale Enden und umfassen die Wärmerohrverdampfer einen ersten Satz, der sich von einem ersten der beiden axialen Enden in den Rotorkern erstreckt, und einen zweiten Satz, der sich von einem zweiten der beiden axialen Enden in den Rotorkern erstreckt.
In zahlreichen Ausführungsformen sind die Wärmerohrverdampfer konfiguriert, mit der Lücke übereinzustimmen und in den Rotorkern einzurasten, um den Rotor zu verstärken, indem sie innerhalb der Lücken positioniert sind.
In zahlreichen Ausführungsformen enthält der Stirnring eine Außenfläche mit einem Damm, der eine Stufe bildet, wobei der Rotor ein Flüssigkeitskühlsystem aufweist, das konfiguriert ist, eine Flüssigkeit über die Außenfläche und über den Damm zu leiten, um den Kondensator zu kühlen.
In zahlreichen Ausführungsformen wird ein Flüssigkeitskühlsystem zum Kühlen des Rotorkerns geschaffen. Das Flüssigkeitskühlsystem enthält eine Pumpe, die mit einem Controller konfiguriert ist, um das Pumpen eines Fluids mit dem Wärmerohrverdampfer zu verringern, um Wärme aus dem Rotorkern abzuführen, und das Pumpen zu erhöhen, wenn eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist.
In zahlreichen Ausführungsformen sind die Hohlräume in Sätzen um den Rotorkern verteilt, wobei jeder der Sätze eine radiale Außenschicht von Hohlräumen und eine radiale Innenschicht von Hohlräumen enthält, und wobei die Wärmerohrverdampfer in der radialen Innenschicht von Hohlräumen an den radial innersten Enden der radialen Innenschicht von Hohlräumen angeordnet sind.
In anderen Ausführungsformen enthält ein Rotor für eine elektrische Arbeitsmaschine eine Welle und einen auf der Welle angeordneten Rotorkern. Der Rotorkern weist mehrere Hohlräume innerhalb des Rotorkerns auf, wobei jeder der Hohlräume durch Wände definiert ist, die durch den Rotorkern ausgebildet sind, wobei die Hohlräume als Flussbarrieren konfiguriert sind, um wünschenswerte magnetische Eigenschaften des Rotorkerns bereitzustellen. Ein magnetisches Element ist in wenigstens einigen der Hohlräume angeordnet, wobei zwischen dem jeweiligen magnetischen Element und den Wänden jeweils eine Lücke gelassen ist. Ein Wärmerohrverdampfer ist in wenigstens einigen der Lücken angeordnet und berührt das Magnetelement und die Wand, um Wärme aus dem Rotorkern abzuführen. Ein Stirnring ist auf der Welle angeordnet und trägt den Rotorkern. Der Stirnring ist mit jedem der Wärmerohrverdampfer als ein Kondensator gekoppelt. Der Kondensator und die Wärmerohrverdampfer bilden eine einheitliche Unterbaugruppeneinheit.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren der Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, es zeigen:

1 eine schematische Veranschaulichung von Abschnitten einer elektrischen Arbeitsmaschine gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine fragmentarische Querschnittsveranschaulichung eines Rotors, die allgemein entlang der Linie 2-2 auf der elektrischen Arbeitsmaschine nach 1 genommen ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine fragmentarische Veranschaulichung eines Abschnitts des Laminierungsstapels im Querschnitt nach 2 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 eine schematische Schnittansicht des Rotors nach 1 mit einem Kondensator gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 eine schematische Schnittansicht des Rotors nach 1 mit zwei Kondensatoren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 eine fragmentarische schematische Schnittveranschaulichung eines Wärmerohrs des Rotors nach 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 eine schematische Veranschaulichung eines konisch zulaufenden Wärmerohrs für den Rotor nach 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8 eine schematische Veranschaulichung eines verdrillten Wärmerohrs für den Rotor nach 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
9 eine schematische Veranschaulichung eines gewölbten Wärmerohrs mit zwei Kondensatoren für den Rotor nach 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
10 eine schematische perspektivische Veranschaulichung des Stirnrings des Rotors nach 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung und die Verwendungen nicht einschränken. Weiterhin gibt es keine Absicht, an die im vorangehenden technischen Gebiet, Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung ausgedrückte oder implizierte Theorie gebunden zu sein.
Wie hier offenbart wird, enthalten Rotoren Merkmale eines Kühlsystems, die ein Netz von Wärmerohren enthalten, das Wärmerohre aufweisen kann, die innerhalb des Rotors angeordnet sind, ohne den magnetischen Entwurf des Rotors zu verändern oder zu stören. Die Wärme wird durch die Wärmerohrverdampfer aus dem Inneren des Rotors extrahiert und durch das Arbeitsfluid der Wärmerohre zu wenigstens einem Kondensator transportiert. Das Arbeitsfluid überträgt die vom Rotor gesammelte Wärme zu dem (die) Kondensator(en). Die Wärme kann von dem (den) Kondensator(en) durch Öl- oder Luftkühlung abgeleitet werden. In zahlreichen Ausführungsformen ist der Rotor eine Anordnung, die einen Stahllaminierungsstapel, Stirnringe und ein Netz von Wärmerohren enthält, die alle an einer gemeinsamen Welle angebracht sind. Die Wärmerohre können mit den Rotorhohlräumen übereinstimmen, die für die Zwecke des magnetischen Entwurfs vorhanden sind, oder können in ihren eigenen Hohlräumen in der Nähe der magnetischen Elemente angeordnet sein. Auf der Welle befindet sich ein Kondensator, der den Laminierungsstapel trägt und enthält. Die Verdampfer selbst können in den Laminierungsstapel einrasten, um die durch den Stahl übertragenen mechanischen Beanspruchungen zu verringern und/oder um die Größe der vorhandenen Strukturabschnitte der Laminierungen zu verringern.
Das Kühlsystem kann konfiguriert sein, Wärmeextraktionswege neben den/in der Nähe der Quellen des elektromagnetischen Feldes im Rotor bereitzustellen, die Permanentmagneten oder elektrische Leiter sein können, von denen beide temperaturempfindlich sein können. Das Wärmerohrverdampfer- und -kondensatornetz kann Teil eines Kühlsystems sein, das ein Flüssigkeitskühlsystem enthält, oder es kann ohne zusätzliche Flüssigkeitskühlung konfiguriert sein. Wenn ein Flüssigkeitskühlsystem enthalten ist, kann es einen Kreislauf durch den Rotor definieren, der außerdem den Stator des Motors kühlt. Gemäß den Ausführungsformen, in denen das Wärmerohrnetz mit einen Flüssigkeitskühlsystem enthalten ist, kann die Flüssigkeitsströmung für den Wirkungsgrad nur eingeleitet werden, wenn die Rotorverluste die Fähigkeit der Wärmerohre übersteigen, die erzeugte Wärme abzuführen. Der (die) Kondensator(en) des Wärmerohrnetzes kann (können) die Kondensationsfunktionalität enthalten und kann (können) als eine strukturelle Integration mit metallischen Stirnringen konfiguriert sein, die dem Laminierungsstapel des Rotors einen Träger bereitstellen. Im Ergebnis kann der Kondensator die Stirnringfunktionalität für das Auswuchten des Rotors und das axiale Halten bereitstellen, wobei folglich die Notwendigkeit eines separaten Stirnrings eliminiert wird. Die Verdampfer sind auf wenigstens einer Seite durch den Kondensator mechanisch getragen. Die Wärmerohrverdampfer können mit den Laminierungen ineinandergreifen, um einen zusätzlichen strukturellen Träger für den Laminierungsstapel zu schaffen. Um den Zusammenbau des Rotors zu fördern, können die Wärmerohrverdampfer am Kondensator im Voraus angebracht und leicht in den Rotorstapel eingesetzt werden, wobei der Kondensator als der Stirnring dient. Der Wärmerohraufbau kann mit einer Anzahl einzelner Verdampfer unter Verwendung eines gemeinsamen Kondensators konfiguriert sein, wobei das Arbeitsfluid im Wärmerohrnetz in jedem einzelnen Wärmerohrverdampfer separat enthalten ist. Gemäß einigen Ausführungsformen können zwei Kondensatoren enthalten sein, einer an jedem Ende des Rotors, wobei sich die Wärmerohre von jedem Ende des Rotors in Richtung der Mitte des Rotors erstrecken. Die Wärmerohrverdampfer können mit Merkmalen entworfen sein, um die Wärmeübertragung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer zu fördern, und die die Zentrifugalkräfte nutzen, um das Arbeitsfluid zu bewegen, was vorteilhafterweise die Notwendigkeit von Dochten oder anderen Kapillaren innerhalb des Wärmerohrs vermeidet. Der Kondensator kann ein geformtes Profil aufweisen, um die Wärmeübertragung vom Kondensator zum Kühlöl zu verbessern, wenn er enthalten ist.
In 1 sind ausgewählte Komponenten einer elektrischen Arbeitsmaschine 20 schematisch veranschaulicht, die eine Statoranordnung 22 und eine Rotoranordnung 24 enthält, die konfiguriert ist, sich durch Wechselwirkung mit dem Stator 22 um eine Achse 25 zu drehen. In der Veranschaulichung ist die Rotoranordnung 24 zur besseren Sichtbarkeit zur Außenseite der Statoranordnung 22 verschoben gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform ist die elektrische Arbeitsmaschine 20 als ein Motor konfiguriert, bei dem der Strom in der Rotoranordnung 24, der ein Drehmoment erzeugt, durch das Magnetfeld induziert wird, das durch die Erregung der Statoranordnung 22 erzeugt wird. In zahlreichen Ausführungsformen ist die elektrische Arbeitsmaschine 20 eine Wechselstrom-Arbeitsmaschine, die zur Verwendung in Anwendungen geeignet ist, die eine geregelte Drehzahlsteuerung erfordern, wie z. B. für einen Fahrzeug-Fahrmotor, obwohl diese Offenbarung nicht auf diese Anwendungen eingeschränkt ist.
Die Statoranordnung 22 ist eine im Allgemeinen ringförmige Komponente, die für einphasige Leistung oder mehrphasige Leistung, wie z. B. dreiphasig, entworfen sein kann. Gemäß dieser Ausführungsform enthält die Statoranordnung 22 einen Kern 26 aus einem Laminierungsstapel 28. Der Laminierungsstapel 28 kann durch Stanzteile ausgebildet sein, die geschlitzt sind, um (nicht gezeigte) Wicklungen aufzunehmen, und aus einem weichmagnetischen Material, wie z. B. Siliciumstahl, hergestellt sind. Die einzelnen Laminierungen im Laminierungsstapel 28 können durch eine dünne nichtleitende Beschichtung voneinander isoliert sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann ein weiteres ferromagnetisches Material verwendet werden, um den Laminierungsstapel 28 zu errichten. Die Statoranordnung 22 kann die obenerwähnten Wicklungen für die Erregung enthalten.
Die Rotoranordnung 24 enthält einen Kern 30, der einen Laminierungsstapel 32 enthält, und ist konfiguriert, eine Welle 34 aufzunehmen. Die Laminierungen in dem Laminierungsstapel 32 können gestanzt oder anderweitig geformt sein, wobei sie aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sind und durch eine dünne nichtleitende Beschichtung voneinander isoliert sein können oder aus einem weiteren Material hergestellt sein können. Die Stirnringe 42, 44 sind an den Enden des Kerns 30 ausgebildet, der den Laminierungsstapel 32 auf der Welle 34 enthält und ihnen einen Träger bereitstellt. Für ein geringes Gewicht und um strukturelle Integrität zu schaffen, sind die Stirnringe 42, 44 gemäß der aktuellen Ausführungsform aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt. Einer oder beide der Stirnringe 42, 44 können eine Anzahl von Funktionen bereitstellen, die das Arbeiten als ein Kondensator in einem Kühlsystem 36 enthalten, das im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. In zahlreichen Ausführungsformen kann das Kühlsystem 36 außerdem ein zirkulierendes Flüssigkeitskühlsystem 37 enthalten und kann als die Flüssigkeit gepumptes Öl verwenden, das durch eine Öffnung 38 in der Welle 34 in die Rotoranordnung 24 eintreten kann. Die Rotoranordnung 24 ist mit einer Anzahl von Polen konfiguriert, um den Magnetkreis der Rotoranordnung 24 zu erzeugen, der die Winkelposition der Rotoranordnung 24 zum Wechselwirken mit dem durch die Statoranordnung 22 der elektrischen Arbeitsmaschine 20 induzierten Feld verwendet. Diese Pole können wenigstens teilweise durch Flussbarrieren erzeugt werden, wie im Folgenden beschrieben wird. Das Magnetfeld des Rotors kann durch eine Quelle magnetischer Elemente, wie z. B. Permanentmagneten oder elektrische Leiter/Spulen, erzeugt werden.
In 2 ist die Rotoranordnung 24 im Querschnitt gezeigt, wobei eine Seite 48 einer der Laminierungen des Laminierungsstapels 32 freigelegt und sichtbar ist. Jede Laminierung im Laminierungsstapel 32 enthält eine Anzahl von Öffnungen, die als Hohlräume bezeichnet werden und die mehreren Zwecken dienen können. Um die Rotoranordnung 24 in der Nähe ihres äußeren Umfangs 50 sind acht Hohlraumgruppen 51-58 verteilt, die jeweils in zwei abgewinkelten Schichten ausgebildet sind. Die Hohlräume in den Hohlraumgruppen 51-58 erstrecken sich durch den Rotorlaminierungsstapel 32 des Kerns 30 in einer axialen Richtung 59, die zur Achse 25 parallel ist. Die Hohlraumgruppen 51-58 arbeiten als Barrieren für den magnetischen Fluss und unterstützen es, die Magnetpole der Rotoranordnung 24 zu definieren. Einige oder alle der Hohlräume in den Hohlraumgruppen 51-58 können die Quellen magnetischer Elemente enthalten. In der Hohlraumgruppe 51 enthält der Hohlraum 43 z. B. den Magneten 45, während der Hohlraum 47 den Magneten 49 enthält. Gemäß der aktuellen Ausführungsform weist die Rotoranordnung 24 acht Pole auf, die durch die Hohlraumgruppen 51-58 definiert sind. Die Rotoranordnung 24 enthält außerdem eine Schicht von Kanälen 61-68, die angeordnet sind, die Welle 34 einzukreisen, und die in der radialen Richtung 75 auf halbem Weg zwischen der Welle 34 und den Hohlraumgruppen 51-58 angeordnet sind. Die Kanäle 61-68 können Funktionen im magnetischen Entwurf der Rotoranordnung dienen. Gemäß der aktuellen Ausführungsform führen die Kanäle 61-68 Kühlöl als Teil des Kühlsystems 36, das durch die Öffnung 38 in die Rotoranordnung 24 eintritt.
Das Kühlsystem 36 enthält ein Wärmerohrkühlsystem 69 mit den Wärmerohrverdampfern 71-86, die in den radialen Innenhohlraumschichten der Hohlraumgruppen 51-58 einschließlich der Hohlräume 43, 47 enthalten sind. Wenn sich die Rotoranordnung 24 mit sehr hohen Drehzahlen dreht, kann sich die Beanspruchung aufgrund der Zentrifugalkraft oder der Erregungskraft auf einen Abschnitt des Rotors konzentrieren, der die magnetischen Elemente, wie z. B. die Magneten 45, 49, enthält. Zusätzlich können bestimmte Wirbelstromverluste des Rotors durch das Vorhandensein von Hohlräumen, wie z. B. der Hohlräume 43, 47, verursacht werden. Dementsprechend zielt das Anordnen der Wärmerohrverdampfer 71-86 in den Hohlräumen auf einen speziellen Bereich der Wärmeerzeugung, in dem die Wärme vorteilhaft an der Quelle entfernt wird, wobei es die Möglichkeit bereitstellt, die Laminierungen des Laminierungsstapels 32 durch die Struktur der Wärmerohrverdampfer 71-86 zu tragen.
In 3 ist ein Bereich der Rotoranordnung 24 um die Hohlraumgruppe 51 an einer freigelegten Laminierung des Laminierungsstapels 32 veranschaulicht. Jede der Hohlraumgruppen 51-58 ist ähnlich, wobei die Einzelheiten der Hohlraumgruppe 51 mit dem Verständnis beschrieben werden, dass die anderen Hohlraumgruppen 52-58 ähnliche Elemente enthalten. Die Hohlraumgruppe 51 enthält zwei Schichten von Flussbarrieren, die in der aktuellen Ausführungsform eines IPM-Motors als die Hohlräume bezeichnet werden. Die radial äußere Schicht enthält die Hohlräume 87, 88, während die radial innere Schicht die Hohlräume 43, 47 enthält. Die Hohlräume 43, 47, 87, 88 definieren die Strukturmerkmale des verbleibenden Stahls der Laminierungen des Laminierungsstapels 32 in der Form von Streben 91, 92 und Brücken 93-96. Die Streben 91, 92 und die Brücken 93-96 halten die äußeren Abschnitte der Laminierungen des Laminierungsstapels 32 gemeinsam gegen rotationsinduzierte Kräfte während des Betriebs der elektrischen Arbeitsmaschine 20 und können als solche den Beanspruchungen ausgesetzt sein. In der radial inneren Schicht enthält der Hohlraum 43 den Magneten 45, während der Hohlraum 47 den Magneten 49 enthält. In der radial äußeren Schicht enthält der Hohlraum 87 einen Magneten 101, während der Hohlraum 88 einen Magneten 102 enthält. Jeder der Magneten 45, 49, 101, 102 erstreckt sich in der axialen Richtung 59 durch seinen jeweiligen Hohlraum und kann wie ein Stab mit einem rechteckigen Querschnitt geformt sein, der eine Erstreckungslänge zwischen den Stirnringen 42 und 44 aufweist.
In dem Hohlraum 43 ist eine Lücke 104 zwischen dem Magneten 45 und der Wand 108 des Hohlraums 43 definiert. Der Wärmerohrverdampfer 71 ist in der Lücke 104 angeordnet und stimmt mit der Wand 108 und dem Magneten 45 überein, wobei er die Lücke 104 vollständig füllt und mit dem Laminierungsstapel 32 und dem Magneten 45 einen Kontakt herstellt. Ähnlich ist in dem Hohlraum 47 eine Lücke 106 zwischen dem Magneten 49 und der Wand 110 des Hohlraums 47 definiert. Das Wärmerohr 72 ist in der Lücke 106 angeordnet und stimmt mit der Wand 110 und dem Magneten 49 überein, wobei es die Lücke 106 vollständig füllt und mit dem Laminierungsstapel 32 und dem Magneten 49 einen Kontakt herstellt. Die Wärmerohrverdampfer 71, 72 nutzen den verfügbaren Raum in den Lücken 104, 106 aus und stören deshalb den magnetischen Entwurf des Laminierungsstapels 32 nicht, während sie einen Wärmeübertragungsweg neben den temperaturempfindlichen Magneten 45, 47 bereitstellen. Zusätzlich stellen die Wärmerohrverdampfer 71, 72 einen zusätzlichen strukturellen Träger für den Laminierungsstapel 32 bereit, wobei sie die Flexibilität beim Entwerfen der magnetischen Elemente, wie z. B. durch das Ermöglichen der Verwendung einer dünneren Strebe 92, erweitern.
Wie in 4 gezeigt ist, enthält die Rotoranordnung 24 das Kühlsystem 36, das das Flüssigkeitskühlsystem 37 und das Wärmerohrkühlsystem 69 aufweist, die sich jedes in den Kern 30 erstrecken. Die Rotoranordnung 24 enthält den Kern 30, die Stirnringe 42, 44 und die Welle 34, wobei der Stirnring 44 als ein Kondensator konfiguriert ist. Der Multifunktions-Kondensatorstirnring 44 stellt Trag- und Einschließungsfunktionen eines Stirnrings zusammen mit einer Kondensatorfunktion des Wärmerohrnetzes bereit. Als solcher ermöglicht der Kondensatorstirnring 44 das Auswuchten der Rotoranordnung 24, wie z. B. durch das ausgewählte Entfernen von Material, wodurch die Lücken 115 gebildet werden, ohne die Kondensatorfunktionen zu beeinträchtigen. Das Flüssigkeitskühlsystem 37 enthält eine Pumpe 111, die ein Fluid, wie z. B. Öl, durch die Öffnung 38 zuführt, die sich axial durch die Welle 34 erstreckt. Gemäß den Ausführungsformen, wie z. B. einem Fahrzeugantriebssystem, kann die Pumpe 111 ein Fluid für Schmierungs- und Kühlungszwecke des Antriebssystems einschließlich für die elektrische Arbeitsmaschine 20 pumpen, wobei sie variabel gesteuert sein kann, wie z. B. durch einen Controller 113. Die Steuerung der Ölströmung kann eingesetzt werden, um die Strömung, den Strömungswiderstand und/oder den Pumpaufwand zu verringern, so dass während des Betriebszustände geringer Leistung und/oder wenn der Strömungswiderstand hoch ist, ein verringertes Pumpen bereitgestellt werden kann, was den Wirkungsgrad erhöht, während das Wärmerohrnetz alles oder eine Mehrheit der erzeugten Wärme abführt. Wenigstens eine Querbohrung 112 erstreckt sich radial durch die Öffnung 38 zu den Kanälen 61-68, wie z. B. zu den Kanälen 62, 66, wie gezeigt ist. Die Kanäle 62, 66 erstrecken sich axial durch den Kern 30, durchdringen den Kondensatorstirnring 44 und erstrecken sich bis zum Stirnring 42, aber nicht durch ihn hindurch. Das Öl kann die Rotoranordnung 24 durch den Kondensatorstirnring 44 an den Öffnungen 114, 116 verlassen und die Außenfläche 118 zur Kühlung befeuchten. Die Drehung der Rotoranordnung 24 bewirkt, dass das Öl in einer radialen Außenrichtung über die Oberfläche 118 strömt und dann auf den Stator 22 für dessen Kühlung verteilt wird.
Das Wärmerohrkühlsystem 69 enthält die Wärmerohrverdampfer 71-86 einschließlich der Wärmerohrverdampfer 71, 77, wie gezeigt ist. Die Wärmerohrverdampfer 71-86 können vor dem Einsetzen in den Kern 30 an dem Kondensatorstirnring 44 befestigt werden, wobei eine integrierte Unterbaugruppe gebildet wird. Die Wärmerohrverdampfer erstrecken sich axial durch den Kern 30 bis zum Stirnring 42, wobei sie in dem Rotor-Laminierungsstapel 32 eingerastet sind, um den Rotor zu verstärken und ihm zusätzliche mechanische Integrität, wie z. B. beim Betrieb bei hohen Drehzahlen, bereitzustellen. Die Einrastwirkung kann durch Mittel, wie z. B. durch eine Presspassung, oder durch Vor-Ort-Aushärtung der Wärmerohrverdampfer 71-86 bewirkt werden, die mit dem verfügbaren Raum übereinstimmen. Die durch das Wärmerohrkühlsystem 69 bereitgestellte Kühlung ist eine Funktion von Faktoren, wie z. B. der Arbeitsfluidströmung und der Temperatur der Rotoranordnung 24. Die Verdampfer 71-86 sind geschlossene Rohre, in denen das Arbeitsfluid zwischen dem Kondensatorstirnring 44 mit niedrigerer Temperatur und dem Abschnitt mit höherer Temperatur innerhalb des Kerns 30, wo während des Betriebs der elektrischen Arbeitsmaschine 20 Wärme erzeugt wird, zirkuliert. Wenn die Temperaturen steigen, wird eine Verdunstungskühlung verursacht, da das Arbeitsfluid in den Verdampfern 71-86 verdampft, wobei es die Wärmeenergie für den Transport zum Kondensatorstirnring 44 absorbiert, wo das Arbeitsfluid in einen flüssigen Zustand zurückkehrt und zurück in die Bereiche mit höherer Temperatur strömt.
Wie in 5 veranschaulicht ist, enthält das Kühlsystem 36 das Flüssigkeitskühlsystem 37 wie in 4, wobei es ein Wärmerohrkühlsystem 120 mit zwei Kondensatorstirnringen 42, 44 enthält. Die Wärmerohrverdampfer 121-124 repräsentieren eine Anzahl von Verdampfern, die sich bidirektional in den Kern 30 erstrecken. Die Wärmerohrverdampfer 121, 122 sind mit dem Kondensatorstirnring 44 gekoppelt, während die Wärmerohrverdampfer 123, 124 mit dem Kondensatorstirnring 42 gekoppelt sind. Die Länge der Wärmerohrverdampfer 121-124 ist ein Parameter für die Wärmemenge, die aus der Rotoranordnung 24 abgeführt werden kann. Die Längen können abhängig von den Erfordernissen der Wärmeableitung eingestellt werden. Die Wärmerohrverdampfer 121-124 können sich weniger als die Hälfte des Weges durch den Kern 30 erstrecken, wie gezeigt ist, oder können sich mehr als die Hälfte des Weges durch den Kern 30 erstrecken. Wenn sich die Wärmerohrverdampfer 121, 123 mehr als die Hälfte des Weges durch den Kern 30 erstrecken, können sie z. B. voneinander versetzt sein, so dass sie sich nicht kreuzen, während sie in der axialen Richtung überlappen können. In der gegenwärtig veranschaulichten Ausführungsform sind die Wärmerohrverdampfer 121, 123 z. B. in einer gemeinsamen Lücke 104 angeordnet, um keine Modifikation des magnetischen Entwurfs zu erfordern. Ähnlich sind die Wärmerohrverdampfer 122, 124 in einer gemeinsamen Lücke 126 eines der Hohlräume angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform kühlt das Flüssigkeitskühlsystem 37 die Außenflächen 118, 128 der beiden Kondensatorstirnringe 42, 44 durch die Öffnungen 114, 116, 130, 132.
In 6 ist ein beispielhafter Aufbau des Wärmerohrverdampfers 71 als ein Repräsentant der Wärmerohrverdampfer 71-86 veranschaulicht. Der Wärmerohrverdampfer 71 enthält im Allgemeinen ein Gehäuse 134, eine Kapillare 136 und ein Arbeitsfluid 138, das für die Wärmebewegung zwischen Dampf- und Flüssigkeitszuständen übergeht. In einem Abschnitt 140 wird die im Kern 30 erzeugte Wärme auf das Arbeitsfluid 138 übertragen, wobei die Flüssigkeit verdampft und die Wärme in den Dampf absorbiert wird. Durch die Erzeugung des zusätzlichen Dampfes strömt der Dampf zum anderen Abschnitt 142 am Kondensatorstirnring 44, wo er kondensiert und die Wärme an den Kondensatorstirnring 44 abgibt. Die kondensierte Flüssigkeit bewegt sich durch Kapillarwirkung zurück in Richtung des Abschnitts 140, wobei der Zyklus abgeschlossen wird. Das Gehäuse 134 kann mit der Lücke, in die es eingesetzt ist, wie z. B. die Lücke 104, konform sein. Das Gehäuse 134 kann z. B. aus einem keramischen Harz hergestellt sein, das durch additive Fertigung gedruckt oder anderweitig geformt und dann für die Festigkeit ausgehärtet werden kann, wie z. B. durch Erwärmen mit ultraviolettem Licht. Das Gehäuse 134 kann an Ort und Stelle in der Lücke 104 ausgehärtet werden oder in einer der Lücke 104 nachgebildeten Form ausgehärtet und dann in die Lücke 104 eingesetzt werden. Die Kapillare 136 kann eine einer Anzahl von Konstruktionen sein, wobei sie in der aktuellen Veranschaulichung ein keramischer Docht ist, der durch Pulversintern gebildet werden kann. Die Kapillare 136 kann vor dem Gehäuse 134 gebildet werden, das auf der Kapillare 136 aufgebaut werden kann, oder die Kapillare 136 kann aufgebaut und in ein geformtes Gehäuse 134 eingesetzt werden. Das Arbeitsfluid 138 kann ein dielektrisches Fluid sein, um das Erzeugen elektromagnetischer Verluste in der Rotoranordnung 24 zu vermeiden.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Kapillare 136 eine weitere Struktur sein, die mit dem Bewegen des Arbeitsfluids 138 kompatibel ist, wie z. B. Rillen, Durchgänge, Wärmerohrformen oder andere. Das Arbeitsfluid 138 in einem Dampfzustand mit seiner zugehörigen latenten Wärme bewegt sich im Allgemeinen in Richtung des Kondensatorabschnitts 142 mit niedrigerer Temperatur, wo es kondensiert und Wärme abgibt. Die Wirkung der Kapillare 136 bewegt das Arbeitsfluid 138 als eine kondensierte Flüssigkeit durch die Kapillarstruktur zurück durch den Verdampfer 71.
In 7 ist die Form des Wärmerohrverdampfers 71 als eine Struktur der Kapillare 136 veranschaulicht. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 134 des Wärmerohrverdampfers 71 konisch zulaufend, um eine kleinere Querschnittsfläche des Abschnitts 142 am Kondensatorstirnring 44 und bei Bewegung weg vom Kondensatorstirnring durch den Abschnitt 140 eine zunehmend größere Querschnittsfläche aufzuweisen. Die Drehung 150 der Rotoranordnung 24 um die Achse 25 erzeugt eine Zentrifugalkraft 152, die auf den Wärmerohrverdampfer 71 wirkt. Die konisch zulaufende Form des Gehäuses 134 fördert die Strömung der flüssigen Form des Arbeitsfluids 138 vom Kondensatorstirnring 44 durch das Gehäuse 134 und in den Kern 30 unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft 152. Die dichtere flüssige Form des Arbeitsfluids 138 bewegt sich entlang der radialen Außenseite des Gehäuses 134. Die weniger dichte Dampfform des Arbeitsfluids 138 bewegt sich entlang der radial inneren Seite des Gehäuses 134 zurück in Richtung des Kondensatorstirnrings 44. Das Anwenden einer Kegelform des Gehäuses 134 als die Kapillare 136 kann verwendet werden, um die Notwendigkeit einer separaten Komponente des Dochttyps zu eliminieren.
In 8 ist eine weitere Form des Wärmerohrverdampfers 71 als eine Struktur der Kapillare 136 veranschaulicht. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 134 des Wärmerohrverdampfers 71 in einer verdrehten Form ausgebildet, um eine konsistente und rotierende Querschnittsfläche aufzuweisen. Der Abschnitt 156 des Gehäuses 134 weist im Allgemeinen eine vierseitige Form auf und ist vom Ende 158 am Kondensatorstirnring 44 bis zum Ende 160 im Kern 30 um neunzig Grad verdreht. Der Abschnitt 156 bildet die Ecken 161-164 mit einer Verdrehungs-/Spiralorientierung entlang der Länge des Gehäuses 134. Die Drehung 150 der Rotoranordnung 24 um die Achse 25 erzeugt die Zentrifugalkraft 152, die auf den Wärmerohrverdampfer 71 wirkt. Die verdrehte Form des Gehäuses 134 fördert die Strömung der flüssigen Form des Arbeitsfluids 138 vom Kondensatorstirnring 44 durch das Gehäuse 134 und in den Kern 30 unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft 152. Das Gehäuse weist vier Ecklinien 171-174 auf, die entlang seiner Länge verdreht sind. Am Ende 158 sind die Ecklinien 172 und 172 von der Achse 25 gleich entfernt. Am Ende 160 ist die Ecklinie 171 die radial am weitesten von der Achse 25 entfernte der Ecklinien 171-174. Als solche bewegt sich die Ecklinie 171 zunehmend von der Achse 25 weg, wenn sie sich in den Kern 30 bewegt. Die dichtere flüssige Form des Arbeitsfluids 138 bewegt sich im Allgemeinen entlang der verdrehten Ecklinie 171 des Gehäuses 134. Die weniger dichte Dampfform des Arbeitsfluids 138 bewegt sich im Allgemeinen entlang der Ecklinie 172 des Gehäuses 134 zurück in Richtung des Kondensatorstirnrings 44. Das Anwenden einer verdrehten/Spiralform des Gehäuses 134 als die Kapillare 136 kann verwendet werden, die Notwendigkeit einer separaten Komponente des Dochttyps zu eliminieren.
In 9 ist die Form des Wärmerohrverdampfers 71 als eine Struktur der Kapillare 136 mit doppelten Kondensatorstirnringen 42, 44 veranschaulicht. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Gehäuse 134 des Wärmerohrverdampfers 71 eine flache radial innerste Wand 175 und eine gewölbte radial äußerste Wand 176 vom Kondensatorstirnring 44 bis zum Kondensatorstirnring 42 auf. Das Gehäuse 134 bildet ein einheitliches Wärmerohr mit einem offenen Innenraum vom Kondensatorstirnring 44 bis zum Kondensatorstirnring 42. Das Gehäuse 134 weist kleinere Querschnittsflächen an den Kondensatorstirnringen 42, 44 und eine zunehmend größere Querschnittsfläche bei Bewegung weg von den Kondensatorstirnringen 42, 44 in Richtung des Mittelpunkts 178 zwischen den Kondensatorstirnringen 42, 44 auf. Am Mittelpunkt 178 hat sich die radial äußerste Wand 176 radial nach außen gewölbt, so dass sie sich an ihrem am weitesten von der Achse 25 entfernten Punkt befindet. Die Drehung 150 der Rotoranordnung 24 um die Achse 25 erzeugt eine Zentrifugalkraft 152, die auf den Wärmerohrverdampfer 71 wirkt. Die gewölbte/Bogenform der radial äußersten Wand 176 des Gehäuses 134 fördert die Strömung der flüssigen Form des Arbeitsfluids 138 vom Kondensatorstirnring 44 durch das Gehäuse 134 und in den Kern 30 unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft 152. Die dichtere flüssige Form des Arbeitsfluids 138 bewegt sich entlang der radialen Außenseite des Gehäuses 134. Die weniger dichte Dampfform des Arbeitsfluids 138 bewegt sich entlang der radialen Innenseite des Gehäuses 134 zurück in Richtung des Kondensatorstirnrings 44. Das Anwenden einer gewölbten/Bogenform des Gehäuses 134 als die Kapillare 136 kann verwendet werden, um die Notwendigkeit einer separaten Komponente des Dochttyps zu eliminieren. Die optimale gewölbte Form/Krümmung der radial äußersten Wand 176 kann für eine maximale Wärmeübertragung konfiguriert werden, indem das Strömen der Flüssigkeit durch den Verdampfer 71 erhöht wird.
In 10 ist der Kondensatorstirnring 44 in einer Perspektive gezeigt. Das Flüssigkeitskühlsystem 37 stößt Flüssigkeit auf die Oberfläche 118 des Kondensatorstirnrings 44 aus, um Wärme (wie z. B. durch die Öffnungen 114, 166 in 4) abzuführen. Das Profil 180 der Oberfläche 118 ist konfiguriert, die Wärmeübertragung zu optimieren. Das Profil 180 enthält einen flachen Abschnitt 181, der an der Welle 34 oder an dem radial innersten Rand 182 beginnt und sich radial nach au-ßen bewegt. Die Oberfläche 118 enthält zwischen dem radial innersten Rand 182 und dem radial äußersten Rand 183 einen Damm 184, der von dem Abschnitt 181 axial nach außen ansteigt und einen Widerstand gegen die Fluidströmung erzeugt. Vom Damm 184 bis zum radial äußersten Rand 183 enthält die Oberfläche einen flachen Abschnitt 185, der von dem flachen Abschnitt 181 in einer Richtung weg vom Kern 30 axial nach außen abgestuft ist. Das Strömen des Fluids über den Abschnitt 181, nach oben und über den Damm 184 und über den Abschnitt 185 optimiert die Wärmeableitung aus dem Kondensatorstirnring 44.
Dementsprechend enthält der Rotor einer elektrischen Arbeitsmaschine einen Kern, der aus einem Stapel von Laminierungen mit inneren Hohlräumen ausgebildet sein kann, die ein Gehäuse für die Quelle des elektromagnetischen Feldes, wie z. B. Permanentmagneten oder elektrische Leiter, bilden. Ein Teil der Hohlräume in der Nähe der Quelle des elektromagnetischen Feldes kann durch Wärmerohrverdampfer belegt sein, die sich durch die Länge des Rotors erstrecken und auf wenigstens einer Seite mit dem Stirnring des Rotors als ein Kondensator verbunden sind. Die Verdampfer können an ihren gegenüberliegenden Enden mit einem Metallstirnring verbunden sein. Der Kondensatorstirnring kann als der zweite Stirnring des Rotors arbeiten, der ein Mittel zum Auswuchten des Rotors und zum axialen Halten des Rotors bereitstellt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Anordnung zwei Sätze von Wärmerohrverdampfern enthalten, die sich von beiden Enden mit einem Kondensatorstirnring an jedem der Enden nach innen erstrecken. Die Wärmerohrverdampfer können konform sein und in den Rotor-Laminierungsstapel einrasten, um die mechanische Integrität des Rotors für den Betrieb bei hohen Drehzahlen zu verstärken. Außerdem kann die Ölströmung in der elektrischen Arbeitsmaschine verwendet werden, um den (die) Kondensatorstirnring(e) zu kühlen, wobei die Ölströmung in Verbindung mit dem Wärmerohrkühlsystem einen Rotorkühlkreislauf bereitstellen kann. Die Steuerung der ÖIströmung zu dem Rotor und dem Stator kann eingesetzt werden, um die Strömung und den Strömungswiderstand oder den Pumpaufwand zu verringern, so dass während Betriebszuständen geringer Leistung und/oder dann, wenn der Strömungswiderstand hoch ist, das Wärmerohrkühlsystem als Hauptweg für die Wärmeübertragung wirkt. Eine verringertes Pumpen des Öls erhöht den Wirkungsgrad. Die Ölströmung kann in Übereinstimmung mit der in der Arbeitsmaschine erzeugten Wärmemenge erhöht werden. Die Wärmerohrverdampfer können unter Verwendung eines gemeinsamen Kondensators/Stirnrings als Einzelrohre konfiguriert sein. Die Herstellung der Rotoranordnung kann so strukturiert sein, dass das Wärmerohr separat geformt wird, mit dem (den) Kondensatorstirnring(en) gekoppelt wird und vor dem Auswuchten an einer teilweise fertiggestellten Rotoranordnung befestigt wird. Der Entwurf der Wärmerohrverdampfer kann die rotationsinduzierte Zentrifugalkraft wirksam einsetzen, um eine Kapillarwirkung zu bewirken, wie z. B. durch Anwenden einer konisch zulaufenden Form, einer verdrehten Spiralform oder einer gekrümmten Form. Der Kondensatorstirnring kann ein abgestuftes Profil mit einem Damm enthalten, um die Wärmeübertragung zu dem Kühlöl zu verbessern.
Während in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform dargestellt worden ist, sollte erkannt werden, dass es eine riesige Anzahl von Variationen gibt. Es sollte außerdem erkannt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht vorgesehen sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Stattdessen stellt die vorhergehende ausführliche Beschreibung den Fachleuten auf dem Gebiet einen zweckmäßigen Wegweiser zum Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereit. Es sollte erkannt werden, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren gesetzlichen Äquivalenten dargelegt ist.

Claims

Rotor für eine elektrische Arbeitsmaschine, der umfasst: einen Rotorkern mit wenigstens einem Hohlraum innerhalb des Rotorkerns, wobei der wenigstens eine Hohlraum von einer durch den Rotorkern definierten Wand umgeben ist; und ein magnetisches Element, das in dem wenigstens einen Hohlraum angeordnet ist und in dem wenigstens einen Hohlraum zwischen dem magnetischen Element und der Wand eine Lücke lässt; und einen Wärmerohrverdampfer, der in der Lücke angeordnet ist und das magnetische Element und die Wand berührt, um Wärme aus dem Rotorkern abzuführen.
Rotor nach Anspruch 1, wobei das magnetische Element einen Magneten umfasst.
Rotor nach Anspruch 1, der einen Stirnring auf dem Rotorkern umfasst, wobei der Wärmerohrverdampfer mit dem Stirnring als ein Kondensator gekoppelt ist, wobei der Stirnring konfiguriert ist, den Rotorkern zu halten und zu tragen.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Wärmerohrverdampfer ein Gehäuse umfasst, das mit einer Form konfiguriert ist, um eine Kapillarwirkung durch eine Zentrifugalkraft zu bewirken, die durch die Rotation des Rotors erzeugt wird.
Rotor nach Anspruch 4, wobei die Form wenigstens eine von konisch zulaufend, verdreht und gewölbt umfasst.
Rotor nach Anspruch 1, wobei: der wenigstens eine Hohlraum einen Hohlraum umfasst, der Rotorkern zwei axiale Enden enthält, der Wärmerohrverdampfer einen ersten Wärmerohrverdampfer umfasst, der sich von einem ersten der beiden axialen Enden in den Rotorkern erstreckt, einen zweiten Wärmerohrverdampfer, der sich von einem zweiten der beiden axialen Enden in den Rotorkern erstreckt, und sowohl der erste Wärmerohrverdampfer als auch der zweite Wärmerohrverdampfer sich in den einen Hohlraum erstrecken.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Wärmerohrverdampfer konfiguriert ist, mit der Lücke übereinzustimmen und in den Rotorkern einzurasten, um den Rotor zu verstärken.
Rotor nach Anspruch 1, der einen Stirnring auf dem Rotorkern umfasst, wobei der Wärmerohrverdampfer mit dem Stirnring als ein Kondensator gekoppelt ist, wobei der Stirnring eine Außenfläche mit einem Damm enthält, der eine Stufe bildet, wobei der Rotor ein Flüssigkeitskühlsystem aufweist, das konfiguriert ist, Flüssigkeit über die Außenfläche und über den Damm zu leiten, um den Kondensator zu kühlen.
Rotor nach Anspruch 1, der ein Flüssigkeitskühlsystem zum Kühlen des Rotorkerns umfasst, wobei das Flüssigkeitskühlsystem eine Pumpe enthält, die mit einem Controller konfiguriert ist, um das Pumpen eines Fluids für einen optimalen Wirkungsgrad zu verringern, während der Wärmerohrverdampfer Wärme aus dem Rotorkern abführt.
Rotor nach Anspruch 1, der einen Stirnring auf dem Rotorkern umfasst, wobei der Wärmerohrverdampfer mit dem Stirnring als ein Kondensator gekoppelt ist, wobei der Wärmerohrverdampfer und der Stirnring vor dem Einsetzen in den Rotorkern eine einheitliche Anordnung bilden.