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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf die Technik elektrischer Maschinen und insbesondere auf ein Kühlsystem für eine elektrische Maschine.
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Elektrische Maschinen enthalten typischerweise einen Rotor, der in einem Stator dreht. Während eines Betriebs erhöht Fluss elektrischer Energie durch die elektrische Maschine die Betriebstemperaturen interner Komponenten. Zum Beispiel erhöht elektrischer Fluss durch Rotorwicklungen und Statorwicklungen eine Gesamtbetriebstemperatur des Rotors bzw. Stators. Wärme kann die Betriebsleistung und eine gesamte Betriebslebensdauer einer elektrischen Maschine verringern. Zur Verringerung einer Wärmebildung wird typischerweise ein Kältemittel durch den Elektromotor geleitet. Kältemittel kann die Form eines Fluids annehmen, wie Luft, Wasser oder Öl oder ein anders Fluid.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel ist ein Rotor für eine elektrische Maschine offenbart, enthaltend eine Welle mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende, einer Außenfläche und einer Innenfläche, die einen Durchlass definiert, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt. Mehrere Rotorbleche sind an der Außenfläche der Welle montiert. Mehrere Wicklungen erstrecken sich um die mehreren Rotorbleche. Die mehreren Wicklungen enthalten eine erste Endwindung, die nahe dem ersten Ende angeordnet ist, und eine zweite Endwindung, die nahe dem zweiten Ende angeordnet ist. Ein Endwindungsträger ist an einer der ersten und zweiten Endwindung angeordnet. Der Endwindungsträger enthält einen Kühlkreislauf, der strömungstechnisch mit dem Durchlass verbunden ist. Der Kühlkreislauf enthält einen Auslass, der Kältemittel auf die eine der ersten und zweiten Endwindung lenkt.
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Ebenso ist in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel eine elektrische Maschine offenbart, enthaltend ein Gehäuse, einen Stator, der fixiert in dem Gehäuse gehalten wird, und einen Rotor, der radial nach innen gerichtet in dem Stator montiert ist, der Rotor enthält Welle mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende, einer Außenfläche und einer Innenfläche, die einen Durchlass definiert, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt. Mehrere Rotorbleche sind an der Außenfläche der Welle montiert. Mehrere Wicklungen erstrecken sich um die mehreren Rotorbleche. Die mehreren Wicklungen enthalten eine erste Endwindung, die nahe dem ersten Ende angeordnet ist, und eine zweite Endwindung, die nahe dem zweiten Ende angeordnet ist. Ein Endwindungsträger ist an einer der ersten und zweiten Endwindung angeordnet. Der Endwindungsträger enthält einen Kühlkreislauf, der strömungstechnisch mit dem Durchlass verbunden ist. Der Kühlkreislauf enthält einen Auslass, der Kältemittel auf die eine der ersten und zweiten Endwindung lenkt.
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Figurenliste
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Die folgenden Beschreibungen sollten in keiner Weise als Einschränkung angesehen werden. Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
- 1 zeigt eine elektrische Maschine, die einen Rotor mit einem Kühlsystem enthält, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 2 zeigt den Rotor von 1 in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 3 zeigt den Rotor von 2, wobei eine erste und zweite Endabdeckung entfernt sind, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 4 zeigt den Rotor von 3, wobei ein Teil einer ersten Endwindung entfernt ist, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 5 zeigt den Rotor von 4, der einen Endwindungsträger enthält, mit einem Teil des Kühlsystems in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 6 zeigt einen Querschnitt des Rotors von 5 entlang der Linie 5-5, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 7 zeigt einen Querschnitt des Rotors von 5 entlang der Linie 7-7, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 8 zeigt eine Draufsicht des Endwindungsträgers von 5, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel; und
- 9 zeigt einen Rotor mit einem Kühlsystem in Übereinstimmung mit einem anderen nicht einschränkenden Beispiel.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird hier eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens anhand eines Beispiels und nicht zur Einschränkung in Bezug auf die Figuren offenbart.
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Eine elektrische Maschine, die in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel gebildet ist, ist allgemein mit 10 in 1 angegeben. Die elektrische Maschine 10 enthält ein Gehäuse 12 mit einer Außenfläche 14 und einer Innenfläche 16. Ein Stator 18, der mehrere Statorbleche 20 enthält, ist an der Innenfläche 16 montiert. Der Stator 18 enthält eine Statorwicklung 21 mit einer ersten Statorendwindung 22 und einer zweiten Statorendwindung 23. Ein Rotor 24 wird drehbar in dem Stator 18 gehalten.
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Der Rotor 24 enthält Rotorbleche 26 mit einem ersten Ende 27 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 28, die an einer Welle 29 montiert sind. Rotorbleche 26 enthalten eine ringförmige Außenfläche 30 und eine ringförmige Innenfläche 31 (6). Die Welle 29 kann elektrische Komponenten tragen, wie zum Beispiel Gleitringe 34 an einem ersten Ende 35 und ein Zahnrad 38 an einem zweiten gegenüberliegenden Ende 37. Rotor 24 enthält Rotorwicklungen 36 (3), die von Rotorblechen 26 getragen werden. Rotor 24 enthält ein Kühlsystem 39 (4), das von der Welle 29 und den Rotorblechen 26 getragen wird, wie hier ausführlich beschrieben wird. Kühlsystem 39 enthält eine erste Reihe von Endwindungsträgern 42, die am ersten Ende 27 der Rotorbleche 26 angeordnet ist, und eine zweite Reihe von Endwindungsträgern 44, die an einem gegenüberliegenden Ende 28 der Rotorbleche 26 angeordnet ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel, das in 2 gezeigt ist, ist eine erste Endabdeckung 48 über dem ersten Ende 27 der Rotorbleche 26 bereitgestellt und eine zweite Endabdeckung 50 ist über dem zweiten Ende 28 der Rotorbleche 26 bereitgestellt. Die Endabdeckung 50 kann aus einem nicht magnetischen Material wie Aluminium oder rostfreiem Stahl gebildet sein. Die Endabdeckung 50 kann auch als ein Ausgleichsring dienen, wobei Material selektiv entfernt ist, um das Gleichgewicht des Rotors zu verbessern. Jede Endabdeckung 48, 50 enthält mehrere Öffnungen, die mit 52 angegeben sind, auf der ersten Endabdeckung 48, die Kältemittel auf den Stator 18 schleudern.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel, das in 3 dargestellt ist, enthalten Rotorwicklungen 36 mehrere erste Endwindungen 54 mit einer Innenfläche 55 (5), die am ersten Ende 27 angeordnet sind, und mehrere zweite Endwindungen 56 mit einer Innenfläche 57, die am zweiten Ende 28 angeordnet sind. Endwindungen 54 und 56 werden durch erste bzw. zweite Endwindungsträger 42 und 44 an Rotorblechen 26 gehalten, um Kühlung zu fördern, wie hier ausführlich beschrieben wird. Wie in 4 dargestellt, enthalten die zweiten Endwindungsträger 44 einen ringförmigen Körper 60, der sich um die Welle 29 erstreckt und mit den Rotorblechen 26 verbunden ist. Der ringförmige Körper 60 enthält mehrere Endwindungsträgerteile 62, die einen Steg bilden (nicht separat markiert), der die ersten Endwindungsträger 42 verbindet.
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Es wird nun auf 5-8 mit anhaltender Bezugnahme auf 4 zur Beschreibung des Kühlsystems 39 als Teil eines der zweiten Endwindungsträger 44 in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel Bezug genommen, wobei klar ist, dass andere der zweiten Endwindungsträger 44 und der ersten Endwindungsträger 42 eine ähnliche Struktur aufweisen können. Endwindungsträger 44 enthält eine erste Wand 66, die sich im Wesentlichen von dem Endwindungsträgerteil 62 radial nach außen relativ zu Welle 29 erstreckt, eine zweite Wand 70, die sich axial nach außen von der ersten Wand 66 mit Abstand zu Welle 29 erstreckt, und eine dritte Wand 72, die sich axial nach außen von der ersten Wand 66 entlang Welle 29 erstreckt. Die erste Wand 66, zweite Wand 70 und dritte Wand 72 bilden gemeinsam einen Kanal 74 mit einer im Allgemeinen U-Form, der eine der ersten Endwindungen 54 aufnimmt.
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Unter Bezugnahme auf 6 enthält in einem nicht einschränkenden Beispiel Welle 29 eine Außenfläche 81 und eine Innenfläche 82. Die Außenfläche 81 trägt Rotorbleche 26 und die Innenfläche 82 definiert einen Durchlass 83. Eine Öffnung 84 erstreckt sich vom Durchlass 83 durch die Außenfläche 81. Ein Kältemitteldurchlass 86 ist zwischen Rotorblechen 26 und Außenfläche 81 definiert. Der Kältemitteldurchlass 86 kann als Bogen an einem Innendurchmesser (nicht separat markiert) der Rotorbleche 26 gebildet sein. Es sollte klar sein, dass mehrere Bögen (und daher Kältemitteldurchlässe 86) um den Umfang der ringförmigen Innenfläche 31 der Rotorbleche 26 beabstandet sein können. Kältemitteldurchlass 86 kann Kältemittel in entgegengesetzte axiale Richtungen zu dem ersten Endwindungsträger 44 und dem zweiten Endwindungsträger 42 lenken. Die Öffnung 84 verbindet Durchlass 83 und Kältemitteldurchlass 86 strömungstechnisch. Kältemittel, wie Öl, kann in Durchlass 83 geleitet werden, durch Öffnung 84 und zu dem ersten Ende 35 und zweiten Ende 37 durch Kältemitteldurchlass 86 fließen. Das Kältemittel kann mit Rotorblechen 26 Wärme tauschen.
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In Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Beispiel ist ein Dämpfungselement (nicht separat markiert) zwischen dem ersten Endwindungsträger 44 und Rotorblechen 26 angeordnet. Ein anderes Dämpfungselement (nicht dargestellt) kann zwischen dem zweiten Endwindungsträger 46 und Rotorblechen 26 angeordnet sein. Das Dämpfungselement kann zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Mehrere Bolzen (auch nicht separat markiert) erstrecken sich durch Rotorbleche 26 und das Dämpfungselement. Das (die) Dämpfungselement(e) isoliert (isolieren) im Allgemeinen Rotorbleche 26 von Vibrationen und anderen Kräften, was zur Isolierung der Rotorwicklungen 36 beiträgt.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält das Kühlsystem 39 einen Kühlkreislauf 90, der in jeden ersten Endwindungsträger 42 integriert ist. Der Kühlkreislauf 90 enthält einen ersten Kreislaufteil 92, der sich zwischen den Rotorblechen 26 und der ersten Wand 66 erstreckt. Der erste Kreislaufteil 92 enthält einen ersten Auslass 94, der in der Form einer geschlitzten Öffnung 95 (5) dargestellt ist, die zu Kanal 78 freiliegt. Der Kühlkreislauf 90 enthält auch einen zweiten Kreislaufteil 97 und einen dritten Kreislaufteil 99 (7). Der zweite Kreislaufteil 97 endet an mehreren offenen Kanälen 102, die in der zweiten Wand 70 gebildet sind, die axial nach außen und radial nach innen weisen, und der dritte Kreislaufteil 99 enthält einen zweiten Auslass 107, der radial nach außen weist.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel lenkt der erste Auslass 94 Kältemittel in den zweiten Kreislaufteil 97. Das Kältemittel fließt entlang einer axialen Innenfläche 110 der zweiten Endwindungen 56, bevor es in den zweiten Kreislaufteil 97 und dritten Kreislaufteil 99 geleitet wird. Der Endwindungsträger 44 kann Rillen 100 (5) enthalten, die den ersten Auslass 94 und die Kanäle 102 strömungstechnisch verbinden. Die Rillen 100 sind strömungstechnisch mit dem ersten Auslass 94 verbunden. Die Rillen 100 erstrecken sich radial von dem ersten Auslass 94. Die Rillen 100 sind strömungstechnisch mit Kanälen 102 verbunden, die sich axial erstrecken und in der zweiten Wand 70 liegen. Das Kältemittel in dem zweiten Kreislaufteil 97 wird von den Kanälen 102 nach außen auf eine Außenfläche 111 der ersten Endwindungen 54 geleitet. Das Kältemittel im dritten Kreislaufteil 99 wird durch einen zweiten Auslass 107 geleitet und wird nach außen auf eine Innenfläche 112 der ersten Endwindungen 54 gelenkt.
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Es wird nun auf 9 zur Beschreibung eines Rotors 130 in Übereinstimmung mit einem anderen nicht einschränkenden Beispiel Bezug genommen. Der Rotor 130 enthält eine Welle 132, die mehrere Rotorbleche 134 und mehrere Rotorwicklungen 136, enthaltend eine Endwindung 137, trägt. Der Rotor 130 enthält ein Kühlsystem 139, das Kältemittel auf die Wicklungen 136 und Endwindung 137 lenkt. In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält das Kühlsystem 139 einen Endwindungsträger 142. Eine Endabdeckung 143 ist über der Endwindung 138 und dem Endwindungsträger 142 bereitgestellt. Der Endwindungsträger 142 enthält eine erste Wand 145, die sich relativ zur Welle 132 entlang Rotorblechen 134 radial nach außen erstreckt, und eine zweite Wand 147, die sich von der ersten Wand 145 über Endwindungen 138 axial nach außen erstreckt.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält Welle 132 eine Außenfläche 149, die Rotorbleche 134 trägt, und eine Innenfläche 150, die einen Durchlass 153 definiert. Eine Öffnung 155 erstreckt sich durch Welle 132, die den Durchlass 153 mit dem Endwindungsträger 142 verbindet. Wie hier besprochen, erlaubt die Öffnung 155 dem Kältemittel, direkt vom Durchlass 153 in die Endwindung 137 zu fließen. In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält das Kühlsystem 139 einen ersten Kühlkreislauf 158, einen zweiten Kühlkreislauf 159, einen dritten Kühlkreislauf 160 und einen vierten Kühlkreislauf 161, die auf dem Endwindungsträger 142 angeordnet sind. Es sollte klar sein, dass jede Endwindung des Rotors 130 einen Endwindungsträger enthält, der ein ähnliches Kühlsystem tragen kann.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel erstreckt sich der erste Kühlkreislauf 158 von der Welle 132 zwischen der ersten Wand 145 und Endwindung 137 radial nach außen. Der zweite Kühlkreislauf 159 erstreckt sich zwischen der zweiten Wand 147 und Endwindung 137, der dritte Kühlkreislauf 160 erstreckt sich zwischen Endabdeckung 143 und Endwindung 137 und der vierte Kühlkreislauf 161 erstreckt sich direkt durch Endwindung 137 und ist mit dem zweiten Kühlkreislauf 159 verbunden. Die Endwindung 137 enthält einen Abstandhalter 163, der einen Hohlraum erzeugt, der den vierten Kühlkreislauf 161 definiert. Der zweite Kühlkreislauf 159 enthält einen ersten Auslass 165, der Kühlung von der zweiten Wand 147 axial nach außen und von dem Rotor 130 radial nach außen lenkt, und einen zweiten Auslass 167, der sich durch die zweite Wand 147 erstreckt. Der zweite Auslass 167 lenkt Kältemittel von dem Rotor 124 direkt radial nach außen.
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An diesem Punkt sollte klar sein, dass die nicht einschränkenden Beispiele Variationen eines Kühlsystems beschreiben, das Kältemittel auf verschiedene Oberflächen einer Endwindung und dann anschließend radial nach außen auf einen Stator lenkt, um Kühlung zu fördern. Die Verwendung von Endwindungsträgern verleiht der Schaffung von Kühlkreisläufen, die Kältemittel auf bestimmte Flächen einer Rotorendwindung leiten, zusätzliche Flexibilität. Die Eingliederung einer Endkappe stellt eine Struktur bereit, die dem Kältemittel ermöglicht, nachdem es über die Endwindungen geleitet wurde, radial nach außen auf Statorendwindungen geschleudert zu werden, um Wärmeabsorptionskapazität des Kältemittels weiter zu nutzen.
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Der Begriff „etwa“ soll den Fehlergrad enthalten, der mit einer Messung einer bestimmten Größe aufgrund der zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung verfügbaren Gerätschaft verbunden ist. Zum Beispiel kann „etwa“ einen Bereich von ± 8% oder 5% oder 2% eines gegebenen Werts enthalten.
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Die hier verwendete Terminologie dient dem Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „einer“, „eine“, „eines“, und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen enthalten, falls der Zusammenhang nicht eindeutig anderes angibt. Es ist weiter klar, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Betriebe, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines/einer oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Betriebe, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute auf dem Gebiet klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente deren Elemente ersetzen können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sein, die als die beste Form offenbart ist, die zur Ausführung dieser Erfindung in Betracht gezogen wird, sondern die Erfindung enthält alle Ausführungsformen, die in den Umfang der Ansprüche fallen.
