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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der
US2003193256 A bekannt, mit einer um eine Rotorachse drehbaren Rotorwelle, die einen Wellenkühlkanal aufweist, mit mehreren entlang einer Umfangsrichtung des Rotors angeordneten Schenkelpolen, zwischen denen Polnuten gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern einer Rotorwicklung, wobei die Rotorwicklung Einzelpolspulen umfasst, die jeweils einen der Schenkelpole umschließen, wobei jede Einzelpolspule zwei in Polnuten liegende Nutabschnitte und zwei außerhalb der Polnuten liegende Wickelkopfabschnitte aufweist, wobei zumindest ein Wickelkopf-Kühlpfad zur Kühlung eines der Wickelkopfabschnitte mit einem Kühlfluid vorgesehen ist.
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Die Kühlung der Wickelkopfabschnitte der Einzelpolspulen ist nicht optimal. Weiterhin ist die Kühlung sehr aufwendig realisiert.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kühlung der Wickelkopfabschnitte verbessert wird, indem der jeweilige Wickelkopf-Kühlpfad zur Direktkühlung von elektrischen Leitern des jeweiligen Wickelkopfabschnittes ausgebildet ist. Hierbei wird unter einer Direktkühlung eine Kühlung verstanden, bei der das Kühlfluid in unmittelbaren Kontakt mit den Leitern der jeweiligen Einzelpolspule kommt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.
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Nach vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Direktkühlung kann der jeweilige Wickelkopf-Kühlpfad in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse entlang einer untersten und/oder obersten Wickellage und/oder zweier mittlerer Wickellagen des jeweiligen Wickelkopfabschnittes verlaufen.
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Nach einem vorteilhaften ersten Ausführungsbeispiel ist der zwischen den Leitern verlaufende Wickelkopf-Kühlpfad gebildet durch zumindest einen im Wickelkopfabschnitt ausgeführten kanalförmigen Hohlraum, der durch Anordnen zumindest eines Einlegeteils zwischen elektrischen Leitern, insbesondere zwischen zwei Wickellagen, des jeweiligen Wickelkopfabschnittes erzeugt ist. Das erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die mittleren Wickellagen des jeweiligen Wickelkopfabschnittes direkt und besser gekühlt werden.
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Nach einem alternativen zweiten Ausführungsbeispiel kann der entlang der untersten Wickellage verlaufende Wickelkopf-Kühlpfad zumindest einen radialen Kanalabschnitt in einem Wicklungsumlenkkörper zur Umlenkung der Windungen der jeweiligen Einzelpolspule umfassen. Das zweite Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die unterste Wickellage des jeweiligen Wickelkopfabschnittes direkt gekühlt wird.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der Wicklungsumlenkkörper nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zum Aufliegen der untersten Wickellage des jeweiligen Wickelkopfabschnittes einen Wickelgrund umfasst und wenn der radiale Kanalabschnitt einen langlochförmigen Durchbruch zum Wickelgrund aufweist zur Direktkühlung der untersten Wickellage des jeweiligen Wickelkopfabschnittes. Auf diese Weise kann das Kühlfluid des Kühlkanals die unterste Wickellage unmittelbar kühlen. Der jeweilige Wickelkopfabschnitt kann für das Kühlfluid durchlässig (z.B. durch unvergossenen Wickelkopfabschnitt) oder undurchlässig (z.B. durch vergossenen Wickelkopfabschnitt) ausgebildet sein. Wenn der jeweilige Wickelkopfabschnitt für das Kühlfluid durchlässig ist, könnte das Kühlfluid von der untersten Wickellage in Richtung der obersten Wickellage durch den jeweiligen Wickelkopfabschnitt durchsickern und den Wickelkopfabschnitt dadurch noch besser kühlen.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der entlang der untersten Wickellage verlaufende Wickelkopf-Kühlpfad einen Pfadeinlass und einen Pfadauslass aufweist, wobei der Pfadeinlass nach dem zweiten Ausführungsbeispiel an einer radialen Innenseite des jeweiligen Wicklungsumlenkkörpers vorgesehen und über eine zum Pfadeinlass beabstandete Sprüheinrichtung oder über eine in den Wellenkühlkanal führende Strömungsverbindung mit dem Kühlfluid versorgbar ist. Dadurch wird Kühlfluid auf einfache Weise in die Wickelkopf-Kühlpfade eingeleitet.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Schenkelpol von einem hülsenförmigen Spulenträger aus Kunststoff umschlossen ist, auf dem die jeweilige Einzelpolspule angeordnet ist, wobei der jeweilige Wicklungsumlenkkörper nach dem zweiten Ausführungsbeispiel an einer Schmalseite des Spulenträgers als separates Bauteil angeordnet oder als einstückiger Teil des Spulenträgers ausgeführt ist. Auf diese Weise kann der Wicklungsumlenkkörper kostengünstig hergestellt werden.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die auf derselben Stirnseite des Rotors angeordneten Wickelkopfabschnitte von einer ringförmigen Wickelkopfbandage umschlossen sind, wobei zwischen dem jeweiligen Wicklungsumlenkkörper und der Wickelkopfbandage jeweils ein axialer Kanalabschnitt des entlang der untersten Wickellage verlaufenden Wickelkopf-Kühlpfades gebildet ist, insbesondere als Nut an einer radialen Außenseite des Wicklungsumlenkkörpers. Auf diese Weise tritt das Kühlfluid in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse aus den Wickelkopf-Kühlpfaden aus.
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Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn die auf derselben Stirnseite des Rotors angeordneten Wickelkopfabschnitte von einem Stirndeckel überdeckt sind, der Deckelauslässe zum Abführen des Kühlmediums der Wickelkopf-Kühlpfade und insbesondere zum Kühlen von Stator-Wickelköpfen aufweist. Auf diese Weise kann das Kühlfluid zum Kühlen der Stator-Wickelköpfe genutzt werden. Das Kühlfluid kann auf die axiale Mitte des jeweiligen Stator-Wickelkopfes gerichtet werden, wodurch eine gute Benetzung des Stator-Wickelkopfs erreicht wird.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der Wickelkopfabschnitt der jeweiligen Einzelpolspule bezüglich der Rotorachse nach radial außen hin eine zunehmende Wickelkopf-Höhe aufweist. Die Wickelkopf-Höhe bestimmt sich dabei in axialer Richtung zwischen der untersten und der obersten Wickellage im jeweiligen Wickelkopfabschnitt. Durch die nach radial außen hin zunehmende Wickelkopf-Höhe wird hinsichtlich des entlang der obersten Wickellage verlaufenden Wickelkopf-Kühlpfades die oberste Wickellage des jeweiligen Wickelkopfabschnittes besser überströmt, so dass die Kühlung des Wickelkopfabschnittes verbessert wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor, mit einem Lagerschild zur Lagerung des Rotors und mit einem Stator umfassend Stator-Wickelköpfe. Die Sprüheinrichtung umfasst erfindungsgemäß zumindest eine Sprühöffnung, die an der Rotorwelle mit Strömungsverbindung zum Wellenkühlkanal ausgebildet oder die statisch am Lagerschild mit Strömungsverbindung zu einem im Lagerschild gebildeten Kühlkanal vorgesehen ist.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 im Schnitt einen erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Maschine,
- 2 eine Teilansicht eines Schnittes entlang der Linie II-II in 1,
- 3 das Detail Ader 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 das Detail Ader 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine Anordnung von zwei an einem Spulenträger anliegenden erfindungsgemäßen Wicklungsumlenkkörpern gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für einen der Schenkelpole des Rotors nach 1 und 2,
- 6 eine Ansicht auf eine Rückseite eines der erfindungsgemäßen Wicklungsumlenkkörper nach 5 und
- 7 eine Draufsicht auf die Anordnung nach 5.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Maschine.
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2 zeigt eine Teilansicht eines Schnittes entlang der Linie II-II in 1.
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Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, umfasst eine um eine Rotorachse 3 drehbare Rotorwelle 4, die einen Wellenkühlkanal 5 aufweist, sowie mehrere entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 1 angeordnete Schenkelpole 6 (2), zwischen denen Polnuten 7 gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern 8 einer Rotorwicklung 9. Der elektrische Leiter 8 ist beispielsweise ein Lackdraht. Die Rotorwicklung 9 ist durch Einzelpolspulen 10 gebildet, die jeweils einen der Schenkelpole 6 umschließen. Jede Einzelpolspule 10 weist zwei in Polnuten 7 liegende Nutabschnitte 11 und zwei außerhalb der Polnuten 7 liegende Wickelkopfabschnitte 12 auf. Zur Kühlung zumindest eines der Wickelkopfabschnitte 12 mit einem Kühlfluid ist zumindest ein Wickelkopf-Kühlpfad 15 vorgesehen.
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Der jeweilige Schenkelpol 6 kann nach 2 von einem hülsenförmigen Spulenträger 14 aus Kunststoff umschlossen sein, auf dem die jeweilige Einzelpolspule 10 angeordnet ist. Am Spulenträger 14 ist beispielsweise eine Spulenaufnahme 14.1 zur Aufnahme der jeweiligen Einzelpolspule 10 ausgeführt. Die Spulenaufnahme 14.1 ist in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 beispielsweise zwischen zwei vorstehenden Kragen 13 gebildet.
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Die Wickelkopfabschnitte 12 können unvergossen oder mittels eines Verbundmaterials, insbesondere eines Harzes, vergossen sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der jeweilige Wickelkopf-Kühlpfad 15 zur Direktkühlung von elektrischen Leitern 8 des jeweiligen Wickelkopfabschnittes 12 der jeweiligen Einzelpolspule 10 ausgebildet ist.
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Der jeweilige Wickelkopf-Kühlpfad 15 kann in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 entlang einer untersten WLu und/oder obersten Wickellage WLo des jeweiligen Wickelkopfabschnittes 12 und/oder zwischen elektrischen Leitern 8 des jeweiligen Wickelkopfabschnittes 12 verlaufen.
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3 zeigt das Detail Ader 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist der zwischen den elektrischen Leitern 8 verlaufende Wickelkopf-Kühlpfad 15 gebildet durch zumindest einen im jeweiligen Wickelkopfabschnitt 12 ausgeführten kanalförmigen Hohlraum 16, der durch Anordnen zumindest eines Einlegeteils 17 zwischen elektrischen Leitern 8, insbesondere zwischen zwei Wickellagen WL, des jeweiligen Wickelkopfabschnittes 12 erzeugt ist.
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4 zeigt das Detail Ader 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst der entlang der untersten Wickellage WLu verlaufende Wickelkopf-Kühlpfad 15 zumindest einen radialen Kanalabschnitt 15.1 in einem Wicklungsumlenkkörper 18 zur Umlenkung der Windungen der jeweiligen Einzelpolspule 10.
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Der entlang der untersten Wickellage WLu verlaufende Wickelkopf-Kühlpfad 15 hat einen Pfadeinlass 15.i und einen Pfadauslass 15.o. Der Pfadeinlass 15.i ist an einer radialen Innenseite 18.1 des jeweiligen Wicklungsumlenkkörpers 18 vorgesehen und ist über eine zum Pfadeinlass 15.i beabstandete Sprüheinrichtung 23 oder über eine nicht dargestellte, in den Wellenkühlkanal 5 führende Strömungsverbindung mit dem Kühlfluid versorgbar.
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Nach 3 und 4 hat der Wickelkopfabschnitt 12 der jeweiligen Einzelpolspule 10 nach radial außen hin bezüglich der Rotorachse 3 eine zunehmende Wickelkopf-Höhe H.
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5 zeigt eine Anordnung von zwei an einem Spulenträger anliegenden erfindungsgemäßen Wicklungsumlenkkörpern gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für einen der Schenkelpole des Rotors nach 1 und 2.
6 zeigt eine Ansicht auf eine Rückseite eines der erfindungsgemäßen Wicklungsumlenkkörper nach 5.
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Der jeweilige Wicklungsumlenkkörper 18 ist nach dem Ausführungsbeispiel an einer Schmalseite des jeweiligen Schenkelpols 6 oder des jeweiligen Spulenträgers 14 als separates Bauteil angeordnet. Alternativ kann der jeweilige Wicklungsumlenkkörper 18 auch als einstückiger Teil des Spulenträgers 14 ausgeführt sein. Die auf derselben Stirnseite des Rotors angeordneten und als separates Bauteil ausgeführten Wicklungsumlenkkörper 18 können zu einem Bauteil, insbesondere einer sternförmigen Scheibe, einstückig verbunden sein.
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Der Wicklungsumlenkkörper 18 hat einen Wickelgrund 19 zum Aufliegen der untersten Wickellage WLu des jeweiligen Wickelkopfabschnittes 12. Der radiale Kanalabschnitt 15.1 des Wickelkopf-Kühlpfades 15 weist zumindest einen langlochförmigen oder schlitzförmigen Durchbruch 20 zum Wickelgrund 19 auf zur Direktkühlung der untersten Wickellage WLu des jeweiligen Wickelkopfabschnittes 12. Es können auch mehrere, durch Stege voneinander getrennte Durchbrüche 20 vorgesehen sein.
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Nach 1 sind die auf derselben Stirnseite des Rotors 1 angeordneten Wickelkopfabschnitte 12 von einer Wickelkopfbandage 24 umschlossen, wobei zwischen dem jeweiligen Wicklungsumlenkkörper 18 und der Wickelkopfbandage 24 jeweils ein axialer Kanalabschnitt 15.2 des entlang der untersten Wickellage WLu verlaufenden Wickelkopf-Kühlpfades 15 gebildet ist, insbesondere als Nut an einer radialen Außenseite 18.2 des äußeren Kragens 13 des Wicklungsumlenkkörpers 18. An einer radialen Innenseite des äußeren Kragens 13 des Wicklungsumlenkkörpers 18 kann auch ein axialer Wickelkopf-Kühlpfad 15.2 zwischen dem Wickelkopfabschnitt 12 und dem Kragen 13 vorgesehen sein, beispielsweise durch Ausbildung einer Nut.
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Nach 1 sind die auf derselben Stirnseite des Rotors 1 angeordneten Wickelkopfabschnitte 12 von einem Stirndeckel 25 überdeckt, der Deckelauslässe 26 zum Abführen des Kühlmediums der Wickelkopf-Kühlpfade 15 und insbesondere zum Kühlen von Stator-Wickelköpfen 31 aufweist.
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Nach 1 umfasst die elektrische Maschine 2 Lagerschilde 28 zur Lagerung des erfindungsgemäßen Rotors 1 und einen Stator 29 mit einer Statorwicklung 30 und Stator-Wickelköpfen 31. Die Sprüheinrichtung 23 zur Fluidversorgung der Wickelkopf-Kühlpfade 15 weist zumindest eine Sprühöffnung 23.1 auf, die nach dem Ausführungsbeispiel an der Rotorwelle 4 mit Strömungsverbindung zum Wellenkühlkanal 5 ausgebildet oder alternativ statisch am jeweiligen Lagerschild 28 mit Strömungsverbindung zu einem im Lagerschild 28 gebildeten Kühlkanal vorgesehen sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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