DE112013003975T5

DE112013003975T5 - Flüssigkeitsgekühlter Elektromotor

Info

Publication number: DE112013003975T5
Application number: DE112013003975.3T
Authority: DE
Inventors: Wally E. Rippel; Christopher C. Moore; Paul F. Carosa
Original assignee: AC Propulsion Inc
Current assignee: AC Propulsion Inc
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2015-07-09
Also published as: CN104704723A; WO2014025928A2; US20150035393A1; US8970075B2; US20140042841A1; WO2014025928A3

Abstract

Ein flüssigkeitsgekühlter Radial-Luftspalt-Elektromotor enthält einen Stator, einen Rotor, eine Rotorwelle, zwei Lagerschilde, ein Gehäuse, ein Kühlmittelverteilersystem, und einen Kühlmittelsammelbehälter. Der Rotor weist eine Vielzahl von axial ausgerichteten Schlitzen auf, die sich in der Nähe seiner Peripherie befinden. Das Kühlmittelverteilersystem lenkt einen ersten Teil des flüssigen Kühlmittels, um an einem Teil des Stators vorbeizufließen und lenkt einen zweiten Teil des flüssigen Kühlmittels, um durch die Rotorschlitze zu fließen. Einiges von dem flüssigen Kühlmittel oder das gesamte flüssige Kühlmittel wird durch den Kühlmittelsammelbehälter aufgenommen, von dem aus das Kühlmittel rückgefördert werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von elektrischen Motoren bzw. Elektromotoren.
Hintergrund
Bei Elektromotoren ist das Drehmoment ungefähr proportional zu dem Produkt aus Strom und Magnetflussdichte. Im Gegenzug gibt es zwei Hauptverlustkomponenten, welche mit diesen beiden Größen verknüpft sind. Die strombedingten Verlustkomponente ist durch den Stromfluss durch die Leiter bedingt (z.B. Verluste innerhalb von Windungen bzw. Wicklungen und Rotor- bzw. Läuferstäben). Diese Verlustkomponente ist proportional zu dem Quadrat des Effektivstroms. Die zweite Verlustkomponente tritt physisch in Magnetkernelementen, wie etwa den Blechen bzw. Beschichtungen, auf und ist in etwa proportional zum Quadrat des Produktes der magnetischen Flussdichte und der Stromfrequenz bzw. der elektrischen Frequenz. Zwei wichtige Folgen dieser Beziehungen sind erstens, dass die Energieeffizienz in den Betriebspunkten optimiert ist, bei denen die Leiterverluste und die magnetischen Verluste in etwa gleich sind, und zweitens, dass die Durchgangsleistung erhöht werden kann ohne Effizienzverlust, falls die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit (elektrische Frequenz) proportional zu dem Drehmoment gehalten wird.
Wenn Drehzahl bzw. Geschwindigkeit und Drehmoment erhöht werden, wird die Wärmeableitung erhöht. Daher werden verbesserte Kühlverfahren erforderlich, um Temperaturen auf gewünschte Werte zu begrenzen. Im Fall der Asynchronmaschinen bzw. -Motoren bzw. Induktionsmotoren ist dies eine besondere Herausforderung, da ein signifikanter Anteil der gesamten Wärmeabfuhr physikalisch innerhalb des Rotors aufgrund der I²R-Verluste erfolgt, die mit der Rotorstäbe und Endringen in Zusammenhang stehen. Luftkühlung ist in der Regel unzureichend, wenn Wärmeflusswerte zugehörige Schwellenwerte überschreiten. Leider haben sich Flüssigkühltechniken für solche Rotoren in der Vergangenheit aufgrund von Problemen im Zusammenhang mit der Übertragung des Fluidflusses zwischen rotierenden und nicht-rotierenden Elementen als umständlich erwiesen. Zusätzliche Probleme bestehen, wie etwa zu verhindern, dass der radiale Luftspalt zwischen Rotor und Stator mit Kühlmittel geflutet wird, da dies die Reibungsverluste bei hohen Geschwindigkeiten stark erhöht. Weitere Herausforderungen mit Flüssigkeitskühlung beinhalten die Vereinfachung des mechanischen Aufbaus, die Gleichmäßigkeit der Kühlung, Verhinderung von Lufteinschlüssen in dem Kühlmittel und, in einigen Fällen, die Notwendigkeit der Isolation des Rotors und des Stators von dem Gehäuse.
Überblick
Ein flüssigkeitsgekühlter Radial-Luftspalt-Elektromotor weist einen Stator, einen Rotor, eine Rotorwelle, zwei Lagerschilde, ein Gehäuse, ein Kühlmittelverteilersystem, und einen Kühlmittelsammelbehälter auf. Der Rotor weist eine Vielzahl von axial ausgerichteten Spalten bzw. Schlitzen auf, die sich in der Nähe seines Außenrandes bzw. seiner Peripherie befinden. Das Kühlmittelverteilersystem lenkt einen ersten Teil des flüssigen Kühlmittels, um an einem Teil des Stators vorbeizufließen und lenkt einen zweiten Teil des flüssigen Kühlmittels, um durch die Rotorschlitze zu fließen. Einiges von dem flüssigen Kühlmittel oder das gesamte flüssige Kühlmittel wird durch den Kühlmittelsammelbehälter aufgenommen, von dem aus das Kühlmittel zurückzirkuliert bzw. umgewälzt bzw. rückgefördert werden kann.
Kurze Zusammenfassung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, die hierin eingearbeitet sind und einen Teil dieser Spezifikation darstellen, zeigen ein oder mehrere Beispiele von Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen zur Erklärung der Grundlagen und Anwendungen der Ausführungsformen.
In den Zeichnungen:
1 ist eine Schnittansicht eines Elektromotors, die Kühlmittelströmungspfade in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform identifiziert.
2 ist eine Schnittansicht, die einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
3A ist eine Seitenschnittansicht, die einen Kühlmitteleinlass und eine Rotorwelle für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3B-3B von 3A.
4A ist eine Vorderseitenansicht, die einen Rotorendplatte und einen Abschlussring für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
4B ist eine Rückseitenansicht, die einen Rotor Endplatte und einen Abschlussring für eine elektrische Ausführungsform bzw. einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
4C ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4C-4C von 4B, die einen Kühlmittelkanal für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
5A und 5B sind jeweils vordere und hintere Explosionsansichten eines flüssigkeitsgekühlten Elektromotors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
6 ist ein Systemblockdiagramm, das einen flüssigkeitsgekühlten Elektromotor, einen Sammelbehälter und eine Umwälzpumpe bzw. eine Kühlmittelrückförderpumpe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
7A ist eine End-Schnittansicht eines Stators für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
7B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7B-7B von 7A.
8 ist eine Zusammenstellungszeichnung eines Rotors für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen werden hierin im Zusammenhang mit einem elektrischen Antriebsmotor beschrieben, der beispielsweise als Antriebsmotor für ein elektrisch-angetriebenes Fahrzeug verwendbar ist. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die folgende Beschreibung nur veranschaulichend ist und nicht dazu gedacht ist, in irgendeiner Weise einschränkend zu sein. Andere Ausführungsbeispiele werden sich leicht dem Fachmann offensichtlich, der den Vorteil dieser Offenbarung hat. Bezug wird nun im Detail auf Implementierungen der Ausführungsbeispiele genommen, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Die gleichen Bezugszeichen werden soweit möglich in den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen.
Im Interesse der Klarheit werden nicht alle Routinemerkmale der Implementierungen, die hierin beschrieben sind, gezeigt und beschrieben. Es wird natürlich erkannt werden, dass bei der Entwicklung jeder solchen tatsächlichen Umsetzung zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie etwa Einhaltung von anwendungs- und geschäftsbezogenen Rahmenbedingungen, und dass diese spezifischen Ziele von einer Implementierung zu einer anderen und von einem Entwickler zum anderen variieren. Außerdem versteht es sich, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, aber für den Fachmann auf diesem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung dennoch eine Routinemaßnahme des Ingenieurswesens ist.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform wird ein Flüssigkühlmittelstrom mit einem Elektromotor bereitgestellt, so dass das Volumen des Kühlmittels derart gesteuert wird, dass ein Luftvolumen innerhalb des Motors besteht, so dass der Rotor-Stator-Radial-Luftspalt nicht mit dem Kühlmittel geflutet ist. Für viele der internen Strömungspfade müssen keine flüssigkeitsdichten Dichtungen bereitgestellt werden, was Kosten spart. Die einzigen wirklich flüssigkeitsdichten Dichtungen, die erforderlich sind, sind solche, die zwischen dem Kühlmittel und der äußeren Umgebung anschließen. Diese Lösung benötigt keine Verwendung einer Saugpumpe bzw. Spülpumpe – nur eine einfache Kühlmittelumwälzpumpe bzw. Kühlmittelrückförderpumpe – was weitere Kosten spart.
Gemäß einer Ausführungsform leitet ein Verteilersystem einen ersten Teil eines Flüssigkühlmittelzuführung, um über eine Umfangsfläche bzw. Peripheriefläche eines Stators eines flüssigkeitsgekühlten Elektromotors zu fließen, während es einen zweiten verbleibenden Teil der Flüssigkühlmittelzuführung leitet, um in das hintere Ende der Rotorwelle zu fließen. Zusätzliche Kühlmittelströmungswege können ebenfalls umfasst sein. Der zweite Teil der Flüssigkühlmittelzuführung verlässt dann die Welle mittels radial gerichteter Löcher in der Welle, und wird dann durch eine Abschlussplatte geleitet, um durch axiale Durchgänge oder Öffnungen in dem Rotor zu fließen. An dem entgegengesetzten Ende des Rotors wird der Fluss durch eine ähnliche Abschlussplatte aufgenommen und wird dann geleitet, um entweder wieder in die Welle einzutreten, oder um die Endplatte an einer Stelle zu verlassen, die nahe an der Drehachse ist, wodurch kinetische Verluste unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen minimiert werden. Die beiden Abschlussplatten erleichtern das Auswuchten bzw. Ausbalancieren des Elektromotors während der Herstellung, indem erlaubt wird Schrauben oder Bolzen ausgewählter Längen an gewünschten Stellen einzufügen. (Alternativ kann Material von ausgewählten Abschnitten der Endplatten entfernt werden, um das gewünschte Gleichgewicht in herkömmlicher Weise zu erzielen.) Schließlich dienen die Endplatten zum Einfangen bzw. Aufnehmen von Abschlusserfassungsringen bzw. Abschlussgussringen über entsprechende periphere Schlüsselelemente – so dass Hochgeschwindigkeitsbetrieb ohne mechanisches Versagen der Abschlussringe ermöglicht wird, während die Notwendigkeit für externe Erfassungsringe gelindert wird. (Alternativ können herkömmliche externe Erfassungsringe über den Abschlussringen angeordnet werden, um die benötigte Bandunterstützung für die Abschlussringe bereitzustellen.) Der Kühlmittelstrom von sowohl dem Stator als auch dem Rotor von einem Sammelbehälter wiedererlangt, der sich am Boden des Motors befindet. Der Kühlmittelsammelbehälter dient dazu eingeschlossene Luft aus dem Kühlmittel zu trennen.
Mit Bezug auf die Figuren, ist 1 eine Schnittansicht entlang einer Längsdrehachse 10 eines Elektromotors 12, die Kühlmittelströmungswege identifiziert (durch nicht nummerierten Pfeile gezeigt) in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von 1 senkrecht zur Ansicht in 1. Der Elektromotor 12 umfasst sowohl herkömmliche als auch neue Elemente. Die herkömmlichen Elemente umfassen Rotorwelle 14, Rotorkern 16, Rotorstäbe 18, Hinterrotor-Abschlussring 20, Vorderrotor-Abschlussring 22, Rückrotor-Wellenlager 24, Vorderrotor-Wellenlager 26, Statorkern 28, Motorwicklungen 30, die im Statorschlitzen 32 des Statorkerns 28 enthalten sind, Hinterlagerschild 34, Hinterlagerschild-Innenfläche 35, Vorderlagerschild 36 und Gehäuse 38.
Das Flüssigkeitskühlsystem umfasst Teile, die die Strömung eines flüssigen Kühlmittels ermöglichen, so dass Wärme von den Rotorstäben 18, den Abschlussringen 20 und 22, dem aktiven Teil der Wicklungen 30, den Stirnwindungsabschnitten der Motorwicklungen 30 und dem Statorkern 28 entfernt wird. Kühlmitteleinlassanschluss 40 empfängt einen Strom von Flüssigkühlmittel (beispielsweise von einer Kühlmittelrückförderpumpe (gezeigt in 6)) und lenkt einen ersten Teil der Strömung des Flüssigkühlmittels zu einem koaxialen Wellenanschluss 42 in dem hinteren Ende der Rotorwelle 14, wo die Strömung radial ein Teil 44 der Rotorwelle 14 über eine oder mehrere radiale Wellenbohrungen 46 verlässt und wird durch eine Innenfläche 47 der Hinterrotorabschlussplatte 48 gelenkt, um durch einen Rotorkühlmittelkanal zu fließen, der durch rotoraxiale Kühlschlitze 50 innerhalb der Rotoranordnung 52 gebildet ist.
Ein zweiter Teil des Flusses on Flüssigkühlmittel wird von dem Kühlmitteleinlassanschluss 40 durch Einlassradiallöcher 54 in dem Kühlmitteleinlassanschluss 40 geleitet, um einen Fluss durch einen ringförmigen Anschluss oder einen peripheren Kühlmitteldurchgang 56 zu erzeugen, der durch das Gehäuse 38 und die Peripherie des Statorkerns 28 umgrenzt ist. Alternativ kann dieser zweite Teil der Strömung auch Strömungswege innerhalb der Statorkühlschlitze 58 enthalten (in 2 dargestellt). An dem Vorderende des Motors 60 ist Kühlmittel, das die rotoraxialen Kühlschlitze 50 (auch als Rotorkühlmitteldurchgang bezeichnet) verlässt, enthalten und wird durch die Innenfläche 61 der Rotorvorder-Abschlussplatte 62 zu dem Kühlmittelaustrittsanschluss 64 in der Rotorvorder-Abschlussplatte 62 geleitet, die nahe der Längsrotationsachse 10 ist. (Durch Beschränken des Fluids zum Austritt nahe dem Drehmittelpunkt werden kinetische Verluste minimiert.)
Der Kühlmittelstrom für den Stator wird nach dem Austreten aus den Einlassradiallöchern 54 in dem Kühlmitteleinlassanschluss 40 durch eine Kombination aus Kühlmitteleinlassverteilersystem 66 und Hinterkühlmittelleitblech 68 geleitet, um durch Kühlmitteldurchgang 56 zu fließen, so dass Wärme von der peripheren Fläche 70 des Statorkerns 28 entfernt wird. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform können radial gerichtete Kühlrippen 72 (in 2 dargestellt) zu der Peripherie des Statorkerns 28 hinzugefügt werden, um dieses Element der Wärmeübertragung zu verstärken. Der von Ringanschluss 56 aufgenommen Kühlmittelfluss wird gezwungen durch die Löcher im vorderen Kühlmittelleitblech 74 zu gehen. Die Anzahl dieser Löcher und ihre jeweiligen Durchmesser sind so gewählt, dass ein gewünschter Druckabfall auftritt – was wiederum eine Gleichförmigkeit in dem ringförmigen Anschluss herstellt. Dies hilft der Etablierung gleichmäßiger Kühlung für Statorkern 28 und Motorwicklungen 30. Die Auswahl der Anzahl und Größe dieser Löcher liegt innerhalb der Fähigkeit des Durchschnittsfachmanns und hängt von den genauen Abmessungen des entsprechenden Motors und seiner zugehörigen Teile ab.
Der Kühlmittelstrom von sowohl dem Rotor als auch dem Stator wird durch Drainagehohlraum 76 aufgenommen. Der Drainagehohlraum 76 wiederum entwässert bzw. zieht Flüssigkühlmittel über den Frontablaufanschluss 78 und den hinteren Ablaufanschluss 80 in den Kühlmittelsammelbehälter 82. Das Kühlmittel verlässt Kühlmittelsammelbehälter 82 über den Kühlmittelaustritt 84. Die Vorderwellenflüssigkeitsdichtung 86 verhindert, dass Flüssigkühlmittel über Vorderrotor-Wellenlager 26 austritt.
Mit Bezug auf 2 zeigt eine Querschnittsansicht eine Rotoranordnung 52, eine Statoranordnung 88 und ein Gehäuse 38 für einen Elektromotor 12 gemäß einer Ausführungsform. Rotorwelle 14, Rotorkern 16, Statorkern 28 und das Gehäuse 38 sind im Detail dargestellt. Rotorkern 16 ist in der Regel aus gestapelten magnetischen Lamellen strukturiert – mit hinzugefügten Rotorstabschlitzen 90, um Rotorstäbe 18 aufzunehmen – in Übereinstimmung mit herkömmlichen Verfahren für Asynchronmotoren. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform werden rotoraxialen Kühlschlitze 50 nahe den Rotorstäben 18 hinzugefügt, um Kühlmitteldurchgänge bereitzustellen (Axialdurchgänge parallel zur Längsdrehachse 10) zur zusätzlichen Kühlung der betroffenen Bereiche. Kühlmittelfluss, der durch diese Durchgänge gelangt, dient dazu Wärme, die innerhalb der Rotorstäbe 18 und den Abschlussringen 20, 22 erzeugt wurde, zu entfernen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Elektromotor 12 eine ringförmige Öffnung bzw. einen ringförmigen Anschluss 56 zwischen der peripheren Fläche 70 des Statorkerns 28 und der Innenfläche 92 des Gehäuses 38. Kühlmittelfluss, der durch diese Region geleitet wird, dient dazu Wärme zu entfernen, die innerhalb der Statoranordnung 88 erzeugt wurde (beides Wicklungs- und Kernverluste). Mit dem Zusatz von radial gerichteten Kühlrippen 72 an der peripheren Fläche 70 des Statorkerns 28 wird diese Komponente der Wärmeübertragung weiter verbessert. Noch weitere Verbesserungen in dieser Komponente der Wärmeübertragung können erreicht werden, wenn Statorkühlschlitze 58 im Statorkern 28 enthalten sind, um axiale Durchgänge bzw. Passagen zu bilden, so dass der Kühlmittelfluss innerhalb dieser Durchgänge zusätzliche Wärmeübertragung bereitstellen kann.
Optionale Spurstangen 94 können verwendet werden, um die entgegengesetzten Rotorabschlussplatten zusammenzuziehen, so dass der Rotorkern zusammengedrückt wird. Dies dient dazu, den Rotorsteifigkeit zu verbessern, bei gleichzeitiger Minimierung von Taschen zwischen Lamellen in denen sich Kühlmittel willkürlich sammeln kann. So werden zufällige Anhäufungen von Kühlmittel zwischen den Lamellen vermieden, die zu einem schlechteren Gleichgewicht des Rotors führen können.
3A ist eine Schnittansicht entlang der Längsachse des Motors und 3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3B-3B von 3A, die einen Kühlmitteleinlassanschluss 40 und die Rotorwelle 14 eines Elektromotors 12 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel darstellt. Kühlmitteleinlassanschluss 40 und die Rotorwelle 14 sind in Detail gezeigt. Ein Einlasswellenspalt 96 besteht zwischen diesen beiden Teilen (40, 14), der Wellendrehung ohne wesentliche Reibung ermöglicht. Im Gegenzug verursacht der Einlasswellenspalt 96 einen kleinen "Nebenfluss" des Kühlmittels. Diese Fluss führt zu Kühlmittelentwässerung in den Drainagehohlraum 76, der wiederum über Ablauföffnungen 78, 80 in den Kühlmittelsammelbehälter 82 fließt.
4A ist eine Vorderseitenansicht, die eine vorderseitige Endansicht für die Rotoranordnung 52 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt. Die Rotorvorder-Abschlussplatte 62 und die Hinterabschlussplatte 48 und entsprechende Gussabschlussring 20, 22 werden im Detail gezeigt. (Es sei darauf hingewiesen, dass die hinteren 48 und vorderen 62 Abschlussplatten ähnlich sind). Verschlüsselte bzw. Formschlüssige Elemente 98 der Abschlussplatten greifen in entsprechende schlüsselartige Elemente 99 der Abschlussringe ein, wie in einem Beispiel gezeigt, um eine Befestigung, radiale Abstützung und Retention für die Abschlussringe 22, 20 bereitzustellen, wodurch geholfen wird mechanisches Versagen unter Bedingungen hoher Geschwindigkeit zu verhindern. Sie tun dies durch das ineinander Eingreifen und irgendeine geeignete Form, die dies erreicht, kann verwendet werden, die anders ist als die der symmetrischen Ecken 98, 99, wie sie gezeigt sind. Diese Lösung eliminiert den herkömmlichen Bedarf nach maschineller Entfernung von Material, um Balance bereitzustellen und ermöglicht somit das Ausgleichsverfahren vollständig auszuführen während der Rotor in der Unwuchtmaschine bzw. Ausgleichsmaschine platziert ist. (Die herkömmliche Vorgehensweise kann selbstverständlich stattdessen verwendet werden, wenn gewünscht). Zugankerlöcher 102 sind vorgesehen, so dass sich die Spurstangen 94 von der Rotorvorder-Abschlussplatte 62 durch den Rotorkern 16 zu der Hinterrotorabschlussplatte 48 erstrecken können, so dass die gesamte Rotoranordnung 52 zusammengedrückt werden kann.
4B ist eine Vorderseitenansicht, die eine Vorderseiten-End-Ansicht für einen Elektromotor 12 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt. Die Rotorvorder-Abschlussplatte 62 und die Hinterabschlussplatte 48 und entsprechende Gussabschlussringe 20, 22 werden im Detail gezeigt. (Es sei darauf hingewiesen, dass die hinteren 48 und vorderen 62 Abschlussplatten ähnlich sind). Endplatten-Kühlmittelkanäle 104 stellen einen Kühlmittelströmungspfad von den Ausgangspunkten auf der Rotorwelle 14 zu den Eintrittspunkten auf der Fläche des Rotors bereit.
4C ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4C-4C von 4B, die einen Kühlmittelkanal für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt. Endplatten-Kühlmittelkanäle 104 sind im Detail dargestellt.
5A und 5B sind jeweils vordere und hintere Explosionsansichten eines flüssigkeitsgekühlten Elektromotors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
6 ist ein Systemblockdiagramm, das einen flüssigkeitsgekühlten Elektromotor 12, den Sammelbehälter 82, der konfiguriert ist, um verbrauchtes Kühlmittel aus dem Motor 12 aufzunehmen, und die Kühlmittelrückförderpumpe 106 zu empfangen, die konfiguriert ist, um Kühlmittel aus dem Sammelbehälter 82 zur Kühlmitteleinlassanschluss 40 über ein herkömmlichen Kühlkörper 107 zum Kühlen des Kühlmittels zu pumpen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Das Kühlmittel kann jede geeignete Flüssigkeit sein, die einer Durchbruchsspannung standhalten kann, die ähnlich groß wie die in dem Motor vorhandene Spannung ist. Niedrigviskose Öle werden derzeit für diese Anwendung bevorzugt, obwohl auch andere geeignete Materialien verwendet werden, wie nun ersichtlich, die dem Fachmann auf diesem Gebiet als angemessen erscheinen werden. Die in dem Motor vorhandenen Kühlmittelmenge sollte so begrenzt werden, dass der Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor nicht überflutet wird. Der Stator und/oder der Rotor können elektrisch von dem Gehäuse isoliert werden, falls gewünscht. Ein Rotordrehzahl- und/oder Positionssensor 108 können vorgesehen sein. Solche Sensoren können an dem Stator, dem Gehäuse oder dem Lagerschild (wie gezeigt) befestigt sein und die Welle oder einen Rotor optisch beobachten (beispielsweise ein optisch erfassbares Muster darauf), oder sie können mit der Welle gekoppelt werden. Magnetsensoren können, wie auch wie andere geeignete Sensoren, verwendet werden. Pumpe 106 kann innerhalb des Sammelbehälters 82 angeordnet und kann an dem Sammelbehälter 82 befestigt werden.
7A ist eine End-Schnittansicht eines Stators für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform und 7B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7B-7B von 7A. Elektrische Anschlüsse 110 der Statoranordnung 88 werden gezeigt.
8 ist eine Zusammenstellungszeichnung einer Rotoranordnung 52 für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden Gleichgewichtsschrauben 112 an der Vorder- und Rückseite der Rotoranordnung 52 verwendet, um den Rotor auszubalancieren bzw. auszuwuchten, um Vibrationen während der Rotation zu verringern. Zugstangen bzw. Spurstangen 94 sind mit Zuganker-Unterlegscheiben 114 und Zugstangenmuttern 116 gesichert.
Während Ausführungsformen und Anwendungen gezeigt und beschrieben wurden, wäre es für den Fachmann auf diesem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung ersichtlich, dass viel mehr Modifikationen als oben erwähnt möglich sind, ohne von den hier offenbarten erfinderischen Konzept abzuweichen. Daher ist die Erfindung nicht zu beschränken, außer in dem erfinderischen Sinn der beigefügten Ansprüche.

Claims

Flüssigkeitsgekühlter Radial-Luftspalt-Elektromotor, umfassend: einen Stator mit Motorwindungen, einen Rotor mit einer zumindest teilweise hohlen Rotorwelle, die dazu konfiguriert ist um eine Längsrotationsachse zu rotieren, ein Gehäuse, einen Kühlmittelsammelbehälter, der am Boden des Gehäuses angeordnet ist, ein erstes und ein zweites Lagerschild, wobei das erste Lagerschild an einem ersten Ende des Motorgehäuses angeordnet ist und wobei das zweite Lagerschild an einem zweiten Ende des Motorgehäuses angeordnet ist, wobei das erste und das zweite Lagerschild je eine Rotorwellenlager halten, welche die Rotorwelle lagern; und ein Kühlmittelverteilersystem, das mit dem ersten Lagerschild gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein flüssiges Kühlmittel durch einen Kühlmitteleinlassanschluss von einer Flüssigkühlmittelquelle aufzunehmen und um die Flüssigkeit auf wenigstens einem ersten Pfad und einem zweiten Pfad zu verteilen, wobei der erste Pfad in die zumindest teilweise hohle Rotorwelle führt, von wo aus das flüssige Kühlmittel im Betrieb durch ein oder mehrere Wellenradiallöcher in der zumindest teilweise hohlen Rotorwelle radial nach außen fließen kann und dann längs in einen Rotorkühlmitteldurchgang, der in dem Rotor gebildet ist, und dann in den Sammelbehälter, wobei der zweite Pfad im Betrieb radial nach außen durch ein oder mehrere Einlassradiallöcher in dem Kühlmitteleinlassanschluss und dann längs in einen peripheren Kühlmitteldurchgang, der in einer Lücke zwischen dem Gehäuse und dem Stator angeordnet ist, und dann in den Sammelbehälter führt.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei das Kühlmittelverteilersystem ein erstes kreisförmiges Kühlmittelleitblech enthält, das einen ersten ringförmigen Bereich bildet, der von dem Stator, dem ersten Kühlmittelleitblech und einer Innenfläche des Gehäuses umgrenzt ist.
Elektromotor gemäß Anspruch 2, wobei das erste Kühlmittelleitblech zumindest eine radial ausgerichtete Öffnung enthält, die derart konfiguriert ist, dass ein Abschnitt des zweiten Pfads des Kühlmittelflusses von dem ersten Kühlmittelleitblech weggeleitet wird.
Elektromotor gemäß Anspruch 2, wobei der Motor derart konfiguriert ist, dass ein Abschnitt des zweiten Pfads des Kühlmittelflusses durch einen Längsdurchgang innerhalb eines Statorkerns des Stators geleitet wird.
Elektromotor gemäß Anspruch 2, wobei die periphere Fläche des Stators ausgestattet ist mir zumindest einer radial ausgerichteten Kühlerrippe.
Elektromotor gemäß Anspruch 2, weiterhin umfassend: ein zweites kreisförmiges Kühlmittelleitblech, das einen zweiten ringförmigen Bereich bildet, der von dem Stator, dem zweiten Kühlmittelleitblech und einer Innenfläche des Gehäuses umgrenzt ist, wobei der zweite ringförmige Bereich derart konfiguriert ist, dass ein Teil des Kühlmittelflusses entlang des zweiten Pfads von dem peripheren Kühlmitteldurchgang durch wenigstens ein radial ausgerichtete Öffnung in dem zweiten Kühlmittelleitblech von dem zweiten Kühlmittelleitblech weggeleitet wird.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor weiterhin eine Vielzahl von Rotorstäben, einen Vorderabschlussring und einen Hinterabschlussring enthält.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor ein Wicklungsrotor ist, der eine Wicklung und wenigstens einen Schleifring und eine Bürste enthält.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor wenigstens einen Permanentmagneten enthält.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor wenigstens eine Rotorabschlussplatte enthält, die wenigstens eine radial ausgerichtete, Gewindeöffnung enthält, die derart konfiguriert ist, dass eine Schraube in die Gewindeöffnung geschraubt werden kann, um die Massebalance des Rotors einzustellen.
Elektromotor gemäß Anspruch 10, wobei die Abschlussplatte und ein Abschlussring wechselseitig mit wenigstens einem paar entsprechend formschlüssiger Elemente angebracht sind.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Stator elektrisch von dem Gehäuse isoliert ist.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor elektrisch von dem Gehäuse isoliert ist.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor und der Stator elektrisch von dem Gehäuse isoliert sind.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Rotorgeschwindigkeitssensor.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Rotorpositionssensor.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine vordere Wellenflüssigkeitsdichtung.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei die Menge an Kühlmittel derart begrenzt ist, dass eine Lücke zwischen dem Rotor und dem Stator während des Betriebs nicht mit Kühlmittel geflutet ist.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei das Kühlmittel ein niedrigviskoses Öl umfasst.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, wobei das Kühlmittel eine Flüssigkeit ist, die sich von Öl unterscheidet.
Elektromotor gemäß Anspruch 2, wobei das erste Lagerschild und das erste Kühlmittelleitblech als ein einzelnes Teil gebildet sind.
Elektromotor gemäß Anspruch 21, wobei das zweite Lagerschild und das zweite Kühlmittelleitblech als ein einzelnes Teil gebildet sind.
Elektromotor gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Pumpe, die konfiguriert ist, um Kühlmittel von dem Sammelbehälter zu dem Kühlmitteleinlassanschluss zu pumpen.
Elektromotor gemäß Anspruch 23, wobei die Pumpe innerhalb des Sammelbehälters angeordnet ist.