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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Rotor, in den Permanentmagnete eingebettet sind, und betrifft insbesondere eine Kühlungskonstruktion für die Permanentmagnete.
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Stand der Technik
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Herkömmliche rotierende elektrische Rotationsmaschinen weisen Folgendes auf: eine Mehrzahl von Permanentmagnetpaaren, die in V-Formen umlaufend in einem einheitlichen Winkelabstand angeordnet sind; eine Vielzahl von axialen Kühlmittelströmungskanälen, die axial verlaufen, so dass sie an einer Vielzahl von Umfangspositionen angeordnet sind; und eine Vielzahl von radial inneren Verbindungskanälen für die Kühlmittelströmung, die mit jedem der axialen Kühlmittel-Strömungskanäle verbunden sind, um es dem Kühlmittel, das aus dem Inneren der rotierenden Welle zugeführt wird, zu ermöglichen, zu jedem der axialen Kühl-mittel-Strömungskanäle zu strömen. Dabei ist jeder der axialen Kühlmittel-Strömungskanäle so angeordnet, dass er nur auf einen Permanentmagneten gerichtet ist, der sich auf einer ersten Seite in der Rotationsrichtung in jedem der Permanentmagnetpaare befindet.
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Patentliteratur 2 offenbart eine gattungsgemäße rotierende elektrische Maschine mit Permanentmagneten, bei der Permanentmagnete in eine äußere Umfangsseite eines Rotorkerns eingebettet sind. Auch offenbart das Patentdokument 2 eine Kühlkonstruktion für die Permanentmagnete, die in den Rotorkern eingebettet sind.
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Literaturverzeichnis
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2014 - 187 834 A
- Patentliteratur 2: US 2016 / 0 261 158 Al
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Weil die axialen Kühlmittelströme so angeordnet sind, dass sie nur einem Permanentmagneten zugewandt sind, der auf einer ersten Seite in Drehrichtung in den Permanentmagnetpaaren, die in V-Formen angeordnet sind, liegt ein Problem bei der in der in der Patentliteratur 1 beschriebenen herkömmlichen rotierenden elektrischen Rotationsmaschine darin, dass das Permanentmagnet-Kühlungsvermögen geringer ist als dann, wenn die axialen Kältemittelströme an beiden Permanentmagneten in den in V-Formen angeordneten Permanentmagnet-paaren angeordnet sind. Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Kühlungs-vermögen für die Permanentmagneten verringert wird, da das Kühlmittel, das durch die axialen Kühlmittelströmungskanäle strömt, nicht mit den Permanentmagneten in Kontakt kommt.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Probleme zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Rotationsmaschine anzugeben, bei der das Kühlungsvermögen für die Permanentmagnete erhöht werden kann, indem eine Konstruktion verwendet wird, bei der ein Kühlmittel mit den Permanentmagneten in Kontakt kommt, um die Permanentmagnete wirksam zu kühlen.
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Lösung des Problems
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rotationsmaschine.
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Eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein Gehäuse; einen Rotor, der eine rotierenden Welle aufweist, die drehbar von dem Gehäuse gelagert ist, einen Rotorkern, der im Inneren des Gehäuses so angeordnet ist, dass er an der rotierenden Welle befestigt ist; Magnetaufnahmeöffnungen, die in Umfangsrichtung so angeordnet sind, dass sie jeweils axial durch den Rotorkern hindurchgeführt werden; Permanentmagneten, die in jeder der Magnetaufnahmeöffnungen angeordnet sind; Kühlmittel-Strömungskanäle, durch die ein Kühlmittel hindurchgeführt wird, das jeden der Permanentmagnete kühlt; eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die an zwei axialen Enden des Rotorkerns angeordnet sind, um ein Verlagern der Permanentmagnete in axialer Richtung zu verhindern; und einen ringförmigen Stator, der vor dem Gehäuse gehalten wird und den Rotor umgibt.
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Die rotierende elektrische Maschine ist so konfiguriert, dass die Kühlmittel-Strömungskanäle Folgendes aufweisen:
- einen Hauptströmungskanal, der so ausgebildet ist, dass er von der Magnetaufnahmeöffnung auf einer inneren Umfangsseite beabstandet ist und einen rohrförmigen Strömungskanal bildet, der axial durch den Rotorkern verläuft; einen Magnetkühlungs-Strömungskanal, der entlang des Permanentmagneten gebildet ist, der in der Magnetaufnahmeöffnung auf einer inneren Umfangsseite des Permanentmagneten aufgenommen ist, wobei der Magnetkühlungs-Strömungskanal axial durch den Rotorkern verläuft, und wobei eine innere Umfangsfläche des Permanentmagneten einen Teil des Magnetkühlungs-Strömungskanals bildet; und
- einen Überleitungs-Strömungskanal, der axial durch den Rotorkern in einem Zustand verläuft, in dem der Hauptströmungskanal und der Magnetkühlungs-Strömungskanal miteinander verbunden sind;
- wobei die erste Endplatte an einem ersten axialen Ende des Rotorkerns angeordnet ist und ein erstes axiales Ende des Hauptströmungskanals öffnet und ein erstes axiales Ende des Magnetkühlungs-Strömungskanals und des Überleitungs-Strömungskanals schließt;
- wobei die zweite Endplatte an einem zweiten axialen Ende des Rotorkerns angeordnet ist und zweite axiale Enden des Hauptströmungskanals, des Magnetkühlungs-Strömungskanals und des Überleitungs-Strömungskanals öffnet; und
- wobei das Kühlmittel, das dem Magnetkühlungs-Strömungskanal von dem ersten axialen Ende zugeführt wird, in den Magnetkühlungs-Strömungskanal durch den Überleitungs-Strömungskanal strömt und mit den Permanentmagneten in Kontakt kommt, während es durch den Magnetkühlungs-Strömungskanal strömt; und
- wobei die Querschnittsfläche des Hauptströmungskanals senkrecht zu einer axialen Richtung größer ist als die Querschnittsfläche des Überleitungs-Strömungskanals senkrecht zu der axialen Richtung; und
- wobei die Kühlmittelströmungskanäle jeweils Folgendes aufweisen:
- - eine Vielzahl von Hauptströmungskanälen;
- - einen der Magnetkühlungs-Strömungskanäle; und
- - eine Vielzahl von Überleitungs-Strömungskanälen, die jeden von der Vielzahl von Hauptströmungskanälen und den Magnetkühlungs-Strömungskanal miteinander verbinden;
wobei die Querschnittsflächen der Vielzahl von Hauptströmungskanälen, die senkrecht zu einer axialen Richtung verlaufen, voneinander verschieden sind, und die Querschnittsflächen von der Vielzahl von Überleitungs-Strömungs-kanälen, die senkrecht zu der axialen Richtung verlaufen, voneinander verschieden sind; und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Hauptströmungskanälen und die Vielzahl von Überleitungs-Strömungskanälen derart angeordnet sind, dass deren Querschnittsflächen sich zu der radialen Innenseite hin vergrößern.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Permanentmagnete effizient gekühlt werden, da das Kühlmittel mit den inneren Umfangsflächen der Permanentmagnete in Kontakt steht, während es durch die Magnetkühlungs-Srömungskanäle strömt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Längsschnitt, der eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist ein Längsschnitt, der die Kühlmittelströmung in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
- 3 ist ein Querschnitt, der entlang A - A in 1 in Pfeilrichtung betrachtet wird;
- 4 ist eine Vergrößerung des Bereiches C in 3;
- 5 ist ein Querschnitt, der entlang B - B in 1 in Pfeilrichtung betrachtet wird;
- 6 ist ein Teilausschnitt, der die Umgebung einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar von einem Lastende aus betrachtet;
- 7A ist ein Teilquerschnitt, der eine erste Abwandlung eines Magnetkühlungs-Strömungskanals in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 7B ist ein Teilquerschnitt, der eine zweite Variante eines Magnetkühlungs-Strömungskanals in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 8 ist ein Teilausschnitt, der die Nähe einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar von einem unbelasteten Ende aus betrachtet;
- 9 ist ein Teilausschnitt, der die Nähe einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar von einem unbelasteten Ende aus betrachtet;
- 10 ist ein Teilausschnitt, der den Verlauf des magnetischen Flusses in der Nähe der Magnetaufnahmeöffnung des Rotors in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 11 ist ein Teilquerschnitt, der die Umgebung eines Hauptströmungskanals einer Strömungskanalplatte in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 12 ist ein Teilausschnitt, der die Umgebung einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar von einem Lastende aus betrachtet;
- 13A ist ein Teilausschnitt, der eine erste Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
- 13B ist ein Teilausschnitt, der eine zweite Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
- 13C ist ein Teilausschnitt, der eine dritte Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
- 13D ist ein Teilausschnitt, der eine vierte Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
- 13E ist ein Teilausschnitt, der eine fünfte Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
- 13F ist ein Teilausschnitt, der eine sechste Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
- 13G ist ein Teilausschnitt, der eine siebte Variante eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und
- 13H ist ein Teilausschnitt, der eine achte Abwandlung eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigt, der an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausführungsform 1
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1 ist ein Längsschnitt, der eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist ein Längsschnitt, der die Kühlmittelströmung in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert, 3 ist ein Querschnitt entlang A - A in 1 in Richtung der Pfeile betrachtet, 4 ist eine Vergrößerung des Bereichs C in 3, 5 ist ein Querschnitt entlang B - B in 1 in Richtung der Pfeile betrachtet; und 6 ist ein Teilausschnitt, der die Umgebung einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar von einem Lastende aus betrachtet.
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Außerdem ist ein „Längsquerschnitt“ ein Querschnitt in einer Ebene, die die zentrale Achse einer rotierenden Welle enthält. 2 dient zur Erläuterung der Kühlmittelströmung, wobei nur ein Teil der Konfiguration mit Bezugszeichen versehen ist.
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Gemäß 1 weist eine elektrische Rotationsmaschine Folgendes auf: ein Gehäuse 100; einen Rotor 8, der drehbar innerhalb des Gehäuses 100 angeordnet ist; und einen ringförmigen Stator 1, der vom Gehäuse 100 gehalten wird und der den Rotor 8 umgibt, wobei er koaxial zum Rotor 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 100 ist hier in drei Teile geteilt: einen Mittelrahmen 3, einen Vorderrahmen 5 und einen Hinterrahmen 7. Außerdem ist zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 8 ein magnetischer Luftspalt ausgebildet.
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Der Stator 1 wird durch eine ringförmige Anordnung von Kernsegmenten aufgebaut, auf die z. B. Spulen gewickelt sind, und wird in einen zylindrischen Rahmen 2 aus Eisen eingeschoben und an diesem im eingebauten Zustand durch Einpressen oder Schrumpfen o. dgl. befestigt. Ferner wird der Stator 1, der an dem Rahmen 2 befestigt ist, durch Einpressen oder Schrumpfmontage usw. im Inneren an dem rohrförmigen Mittelrahmen 3 aus Aluminium befestigt.
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Die Stromschienen 9 zur Einspeisung der elektrischen Energie in die jeweiligen Phasen der Spulen sind in einem Sammelschienenhalter 10 untergebracht und an einer Endfläche des Stators 1 an einem lastfreien Ende angeordnet. Darüber hinaus bilden Teile der Spulen, die aus zwei axialen Endbereichen des Stators 1 hervorstehen, Spulenendbereiche 11.
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Der Vorderrahmen 5 und der Hinterrahmen 7 sind so angeordnet, dass der Mittelrahmen 3 von zwei axialen Enden eingespannt wird und durch die Haltekräfte von Befestigungsschrauben (nicht abgebildet) verbunden. Der Stator 1 wird dabei vom Vorderrahmen 5 und dem Hinterrahmen 7 gehalten. Eine rotierende Welle 12 des Rotors 8 wird von den Lagern 4 und 6 getragen, die vom Vorderrahmen 5 und vom Hinterrahmen 7 gehalten werden.
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Der Rotor 8 weist Folgendes auf: einen Rotorkern 15, der durch Laminieren von elektromagnetischen Stahlblechen ausgebildet ist und der an der rotierenden Welle 12 befestigt ist, die durch eine zentrale Position davon hindurchgeht. Permanentmagneten 16, die so eingebettet sind, dass sie durch den Rotorkern 15 hindurchgehen; eine belastete Endplatte 17, die als zweite Endplatte fungiert, und eine lastfreie Endplatte 18, die als erste Endplatte fungiert, sind an zwei axialen Enden des Rotorkerns 15 angeordnet, und verhindern ein Verlagern der Permanentmagnete 16. Eine Strömungskanalplatte 19 ist axial außerhalb der lastfreien Endplatte 18 am lastfreien Ende angeordnet. Ein Ring 20 ist axial außerhalb der belasteten Endplatte 17 angeordnet und verhindert ein Lösen bzw. Verlagern des Rotorkerns 15.
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Wie in 4 gezeigt, sind Magnetaufnahmeöffnungen 14 so ausgebildet, dass sie axial durch den Rotorkern 15 hindurchgehen, und zwar so, dass ihre Querschnittsformen senkrecht zur Mittelachse der rotierenden Welle 12 eine rechteckige Form haben, die eine erste äußere Umfangs-Magnethaltewand 104a, eine erste innere Umfangs-Magnethaltewand 104b, eine zweite äußere Umfangs-Magnethaltewand 105 und eine innere Umfangslangseite 106 aufweist. Paare von Magnetaufnahmeöffnungen 14 sind in V-Form angeordnet, wobei sich die Längsseiten des rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnungen 14 in Richtung auf eine äußere Umfangsseite des Rotorkerns 15 erweitern.
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Zehn Paare sind mit einem gleichmäßigen Winkelabstand in Umfangsrichtung um die äußere Umfangsseite des Rotorkerns 15 angeordnet. Zusätzlich sind Durchdringungsöffnungen 13, die Kühlmittelströmungskanäle bilden, axial durch den Rotorkern 15 auf einer inneren Umfangsseite jeder Magnetaufnahmeöffnung 14 geführt.
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Die Permanentmagnete 16 sind so ausgebildet, dass sie stabförmige Körper mit rechteckigem Querschnitt haben. Sie berühren die erste äußere Umfangs-Magnethaltewand 104a und die innere Umfangs-Magnethaltewand 104b, die aus den kurzen Seiten des rechteckigen Querschnitts jeder Magnetaufnahmeöffnung 14 und der zweiten äußeren Umfangs-Magnethaltewand 105 bestehen, die aus einer langen Seite des rechteckigen Querschnitts jeder Magnetaufnahmeöffnung 14 besteht, und sind an der zweiten äußeren Außenseite durch Kleben befestigt.
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Dementsprechend sind Paare von Permanentmagneten 16, die in V-Formen angeordnet sind, die sich zu einer äußeren Umfangsseite hin aufweiten, mit einem gleichmäßigen Winkelabstand umlaufend angeordnet. Jeder der Permanentmagnete 16 ist magnetisch so ausgerichtet, dass die äußeren Umfangspolaritäten der Paare der Permanentmagnete 16 umlaufend abwechselnd in Nord (N)- und Süd (S)-Polen zueinander liegen.
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Luftspaltbereiche 107 werden gebildet durch ein Aufweiten nach außen der ersten äußeren Umfangsmagnet-Haltewand 104a und der inneren Umfangs-Magnethaltewand 104b der Magnetaufnahmeöffnung 14 in Längsrichtung des rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnung 14 in der Nähe der jeweils zweiten äußeren Umfangs-Magnethaltewand 105.
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Hauptströmungskanäle 101 haben einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Mittelachse der Rotationswelle 12 und sind so ausgebildet, dass sie axial durch den Rotorkern 15 geführt werden, und sind von den Magnetaufnahmeöffnungen 14 an inneren Umfangsseiten der Magnetaufnahmeöffnungen 14 beabstandet.
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Die Langseitenlänge des rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnung 14 ist gleich der oder geringfügig länger als die Langseitenlänge des rechteckigen Querschnittes der Permanentmagnete 16, und die Kurzseitenlänge des rechteckigen Querschnittes ist länger als die Kurzseitenlänge des rechteckigen Querschnittes der Permanentmagnete 16. Somit sind die Permanentmagnete 16, die an den zweiten äußeren Umfangsmagnet-Haltewänden 105 befestigt sind, so angeordnet, dass sie im Inneren der Magnetaufnahmeöffnung 14 Richtung einer äußeren Umfangsseite vorgespannt sind.
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Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 sind in den Magnetaufnahmeöffnungen 14 an den inneren Umfangsseiten der Permanentmagnete 16ausgebildet. Die einer inneren Umfangsseite zugewandten Flächen der Permanentmagnete 16 stellen Teile der Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 dar. Außerdem sind die Überleitungskanäle 102 so ausgebildet, dass sie axial durch den Rotorkern 15 geführt werden, um die Hauptströmungskanäle 101 und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 miteinander zu verbinden.
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Die Weite der Überleitungskanäle 102 ist geringer als der Durchmesser der Hauptströmungskanäle 101. Mit anderen Worten: Die Querschnittsflächen der Hauptströmungskanäle 101 sind größer als die Querschnittsflächen der Überleitungs-Strömungskanäle 102. Die Weite der Überleitungs-Strömungskanäle 102 ist außerdem eine Länge der Überleitungs-Strömungskanäle 102 in Längsrichtung des rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnung 14.
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Die Kühlmittelströmungskanäle bzw. Öffnungen 13 bestehen aus den Hauptströmungskanälen 101, den Überleitungs-Strömungskanälen 102 und den Magnetkühlungs-Strömungskanälen 103 und sind so ausgebildet, dass sie axial durch den Rotorkern 15 geführt werden und einen konstanten Querschnitt aufweisen. Die Kühlmittelströmungskanäle bzw. Öffnungen 13 und die Magnetaufnahmeöffnungen 14 werden als Einzelöffnungen ausgebildet, und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 und die Luftspaltbereiche 107 werden durch Aufnahme der Permanentmagnete 16 in den Magnetaufnahmeöffnung 14 gebildet.
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Die Hauptströmungskanäle 101 sind hier rohrförmige Strömungskanäle, die axial verlaufen. Die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 durchlaufen den Rotorkern 15 axial längsseits der Permanentmagnete 16 an den inneren Umfangsseiten der Permanentmagnete 16. Die Überleitungs-Strömungskanäle 102 verbinden die Hauptströmungskanäle 101 und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103.
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Die Umfangsbreite dieser Überleitungskanäle 102 ist schmaler als die Umfangsbreite der Hauptströmungskanäle 101 und der Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103, so dass zwischen den Hauptströmungskanälen 101 und den Magnetkühlungs-Strömungskanälen 103 eine Einengung entsteht. Der Bereich des Rotorkerns 15, durch den der magnetische Fluss 201 strömt, vergrößert sich durch diese Verengung, wenn der in 4 gezeigte magnetische Fluss 201 aus den Permanentmagneten 16 durch den Rotorkern 15 strömt.
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Wie in 6 dargestellt, wird die lastseitige Endplatte 17 in eine ringförmige, flache Platte mit einem Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Rotorkerns 15 eingearbeitet und deckt die lastseitigen Endbereiche der Permanentmagnete 16 ab. Zusätzlich werden in der lastseitigen Endplatte 17 hindurchgehende Öffnungen 17a gebildet, um die lastseitigen Endbereiche der Hauptströmungskanäle 101, die Überleitungs-Strömungskanäle 102 und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 zu öffnen.
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Darüber hinaus sind die lastseitigen Endbereiche der Hauptströmungskanäle 101, die Überleitungs-Strömungskanäle 102 und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 vollständig offen, aber es ist ausreichend, wenn zumindest ein Teil des lastseitigen Endbereichs jedes der Hauptströmungskanäle 101, die Überleitungs-Strömungskanäle 102 und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 geöffnet sind.
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Wie in 5 gezeigt, wird die Endplatte 18 am lastfreien Ende in eine ringförmige, flache Platte mit einem Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Rotorkerns 15 eingearbeitet, die die Endbereiche der Permanentmagnete 16 am unbelasteten Ende abdeckt. Zusätzlich werden auf der Endplatte 18 am lastfreien Ende hindurchgehenden Öffnungen 18a gebildet, um nicht Endbereiche der Hauptströmungskanäle 101 am lastfreien Ende zu öffnen, und zumindest ein Teil der Endbereiche der Überleitungs-Strömungskanäle 102 am lastfreien Ende ist offen. Darüber hinaus werden die Endbereiche der Magnet-kühlungs-Strömungskanäle 103 durch die Endplatte 18 am lastfreien Ende verschlossen.
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Wie in 5 dargestellt, wird die Strömungskanalplatte 19 in einer ringförmigen, flachen Platte mit einem Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Rotorkerns 15 hergestellt, die so angeordnet ist, dass sie mit der Endplatte 18 am lastfreien Ende in Kontakt kommt. Die Verbindungs-kanäle 19a sind in eine Fläche der Strömungskanalplatte 19 radial auf einer Seite in der Nähe der Endplatte 18 am lastfreien Ende eingelassen, und die äußeren Umfangsendbereiche der Verbindungskanäle 19a überschneiden sich axial mit jeder der hindurchgehenden Öffnungen 18a.
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Ein erster Wellenströmungskanal 21 wird an einer mittigen axialen Position der rotierenden Welle 12 gebildet, so dass er sich von einem Endbereich am lastfreien Ende bis radial in einen Endbereich des Rotorkerns 15 am belasteten Ende erstreckt. Zusätzlich werden an der rotierenden Welle 12 die zweiten Wellenströmungskanäle 22 gebildet, die sich radial von einem lastseitigen Endbereich des ersten Wellenströmungskanals 21 nach außen erstrecken und zwischen dem ersten Wellenströmungskanal 21 und jedem der Verbindungskanäle 19a kommunizieren.
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An dem mittleren Rahmen 3 ist ein Einlass 24 gebildet, um Kühlöl einzuleiten, das als Kühlmittel wirkt, das unter Druck von einer externen Pumpe 23 gefördert wird, und ein erster Strömungskanal 25, der axial durch den mittleren Rahmen 3 strömt, um das Kühlöl, das durch den Einlass 24 eingebracht wird, zum Vorderrahmen 5 und zum Hinterrahmen 7 strömen zu lassen.
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An dem Vorderrahmen 5 sind eine Spulendüse 26, die das durch den ersten Strömungskanal 25 in Richtung der Spulenkopfbereiche 11 eingeströmte Kühlöl und eine Lagerdüse 27 ausgebildet, die in Richtung des Lagers 4 spritzt. An dem Hinterrahmen 7 ist eine Spulendüse 26, die das durch den ersten Strömungskanal 25 eingeflossene Kühlöl auf die Spulenkopfbereiche 11 spritzt, und eine Wellendüse 32 ausgebildet, die auf einen Kühlmitteleinlaufbereich 29 (nachstehend näher erläutert) spritzt.
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In dem Hinterrahmen 7 ist ein Deckel 28 axial angeordnet. Zusätzlich ist außerhalb des Hinterrahmens 7 eine hintere Abdeckung 34 axial angeordnet, um einen aus dem Hinterrahmen 7 nach außen vorstehenden Endbereich der rotierenden Welle 12 abzudecken. Zwischen dem Hinterrahmen 7 und dem Deckel 28 wird ein zweiter Strömungskanal 31 gebildet, der aus dem Kühlmittel-einlaufbereich 29 und einem Kühlmittelspeicherbereich 30 besteht.
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An der hinteren Abdeckung 34 ist außerdem ein dritter Strömungskanal 35 ausgebildet, der dem ersten Wellenkanal 21 zugewandt ist. In dem Hinterrahmen 7 ist eine hindurchgehende Öffnung 33 zwischen dem Kühlmittelspeicherbereich 30 und dem dritten Strömungskanal 35 ausgebildet.
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An einem Bereich des Hinterrahmens 7, der eine untere Endfläche des Kühlmittelspeichers 30 bildet, wird ein Stufenbereich 36 gebildet, um ein Lastende abzusenken. Zusätzlich ist in der Abdeckung 28 eine kleine VerbindungsÖffnung 37 zwischen dem Stufenbereich 36 und einer Seite in der Nähe des Rotorkerns 15 ausgebildet.
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Eine derart konfigurierte Kühlungseinrichtung für die Permanentmagnete 16 in der elektrischen Rotationsmaschine wird unter Bezugnahne auf 2 erläutert. Die Pfeile in 2 stellen dabei den Kühlöl-Strömungsverlauf dar.
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Das Kühlöl wird unter Druck von einer externen Pumpe 23 zum ersten Strömungskanal 25 durch den Einlass 24 gefördert und strömt in den Vorderrahmen 5 und den Hinterrahmen 7. Das in den Vorderrahmen 5 eingeflossene Kühlöl wird von der Spulendüse 26 in Richtung Spulenendbereiche 11 und von der Lagerdüse 27 in Richtung Lager 4 gespritzt. Dabei werden die vorderen Spulenendbereiche 11 und das Lager 4 gekühlt. Das in den Hinterrahmen 7 eingeflossene Kühlöl wird von der Spulendüse 26 in Richtung der Spulenendbereiche 11 gesprüht.
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Dabei werden die hinteren Spulenendbereiche 11 gekühlt. Zusätzlich wird das in den Hinterrahmen 7 eingeflossene Kühlöl von der Wellendüse 32 in Richtung Kühlmitteleinlaufbereich 29 gesprüht. Das Kühlöl durchläuft dabei den Kühlmitteleinlaufbereich 29 und wird in dem Kühlmittelspeicherbereich 30 gelagert. Das in dem Kühlmittelvorrat 30 gespeicherte Kühlöl wird aus dem stufenförmigen Bereich 36 durch die kleine Öffnung 37 geführt und auf das Lager 6 gegossen. Das Hecklager 6 wird dabei gekühlt.
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Das im Kühlmittelvorratsbehälter 30 gespeicherte Kühlöl durchströmt ebenfalls die Durchtrittsöffnung 33 und strömt in den dritten Strömungskanal 35. Das in den dritten Strömungskanal 35 eingeflossene Kühlöl durchströmt vom ersten Wellenkanal 21 durch die zweiten Wellenkanäle 22 und die Verbindungs-kanäle 19a und strömt dann durch die hindurchgehenden Öffnungen 18a in die Hauptströmungskanäle 101.
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Das in die Hauptströmungskanäle 101 eingeströmte Kühlöl strömt axial durch die Hauptströmungskanäle 101, nimmt dabei Wärme vom Rotorkern 15 auf und strömt an der Lastseite durch die hindurchgehenden Öffnungen 17a aus. Ein Teil des Kühlöls, das durch die Hauptströmungskanäle 101 strömt, strömt dabei durch die Überleitungs-Strömungskanäle 102 in die Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 aufgrund von Fliehkräften, nimmt die Wärme der Permanentmagnete 16 auf und strömt dabei axial durch die Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 und strömt an der Lastseite durch die hindurchgehende Öffnung 17a aus.
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Da das Kühlöl, das die Permanentmagnete 16 kühlt, axial durch den Rotorkern 15 strömt und nicht in einen magnetischen Luftspalt zwischen Stator 1 und Rotor 8 ausströmt, wird gemäß Ausführungsform 1 die Erzeugung von Reibungswärme durch das Vorhandensein von Kühlöl im magnetischen Luftspalt-bereich unterdrückt, so dass das Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16 nicht abnimmt.
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Da die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 so ausgebildet sind, dass jeder der Permanentmagnete 16 gekühlt wird, kann das Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16 verbessert werden. Da das Kühlöl mit den Permanentmagneten 16 beim Durchströmen der Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 in Kontakt kommt, kann zudem die Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16 weiter verbessert werden.
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Es sind Hauptströmungskanäle 101 ausgebildet, die axial durch den Rotorkern 15 an den inneren Umfangsseiten der Magnetkühlungs-Strömungs-kanäle 103 hindurchgehen, und das nicht erwärmte Kühlöl strömt durch die Hauptströmungskanäle 101, ohne zur Kühlung der Permanentmagnete 16 beizutragen. Da der Durchmesser der Hauptströmungskanäle 101 größer ist als die Weite der Überleitungs-Strömungskanäle 102, kann die Querschnittsfläche der Hauptströmungskanäle 101 vergrößert werden, so dass der Strömungsdurchsatz des Kühlöls erhöht werden kann.
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Damit kann der Rotorkern 15, der eine Wärmequelle darstellt, effizient gekühlt werden. Da das durch die Hauptströmungskanäle 101 strömende Kühlöl durch die Hauptströmungskanäle 101 die Überleitungs-Strömungskanäle 102 aufgrund der Zentrifugalkraft des Rotors 8 passiert und den Magnetkühlungs-Strömungskanälen 103 zugeführt wird, ist es kein Problem, die Weite der Überleitungs-Strömungskanäle 102 schmaler zu gestalten.
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Wie nun die Pfeile in 4 zeigen, tritt der magnetische Fluss 201 aus den Permanentmagneten 16 von einer Oberfläche auf einer inneren Umfangsseite, die durch eine Längsseite des rechteckigen Querschnitts gebildet ist, aus und strömt durch den Statorkern hindurch, um zu einer Oberfläche auf einer äußeren Umfangsseite zurückzukehren, die durch eine Längsseite des rechteckigen Querschnitts der Permanentmagnete 16 gebildet wird.
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Das heißt, die magnetische Flussdichte ist in den Magnetkühlungs-Strömungskanälen 103 am höchsten. Da die Luftspaltbereiche 107 durch das Aufweiten der ersten äußeren Umfangsmagnet-Haltewand 104a und der inneren Umfangsmagnet-Haltewand 104b der Magnetaufnahmeöffnung 14 in Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung 14 in der Nähe der zweiten äußeren Umfangsmagnet-Haltewand 105 gebildet sind, erhöht sich der magnetische Widerstand in einem Magnetpfad, der folgendermaßen verläuft: aus der Oberfläche der Permanentmagnete 16 auf der inneren Umfangs-seite, die von der langen Seite des rechteckigen Querschnittes gebildet ist, heraus, außerhalb der Luftspaltbereiche und zurück in die äußere Umfangsseite, die von der langen Seite des rechteckigen Querschnittes gebildet ist, so dass ein magnetischer Streufluss vermieden wird.
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Da die radiale Dicke der Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 kleiner ist als die kurze Seite des rechteckigen Querschnitts der Permanentmagnete 16 und da die Breite der Überleitungskanäle 102 kleiner ist als der Durchmesser der Hauptströmungskanäle 101, wird der Fluss des magnetischen Flusses von den inneren Umfangsflächen der Permanentmagnete 16, die sich aus der langen Seite des rechteckigen Querschnitts durch die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 zum Rotorkern 15 zusammensetzen, nicht behindert.
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Bei der obigen Ausführungsform 1 sind nun die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 so ausgebildet, dass sie eine Öffnungsform haben, die einen rechteckigen Querschnitt mit einer Längsseite hat, die eine Länge aufweist, die der der Längsseite des rechteckigen Querschnitts der Permanentmagnete 16 entspricht, aber die Querschnittsform der Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 ist nicht auf eine rechteckige Form beschränkt.
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Wie in 7A gezeigt, können z. B. die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 des Magneten so geformt sein, dass sie eine Öffnungsform haben, die einen rechteckigen Querschnitt hat, der eine Längsseite hat, die eine Länge besitzt, die kürzer ist als die einer Längsseite des rechteckigen Querschnitts der Permanentmagnete 16.
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Wie in 7B gezeigt, können die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 des Magneten eine Form haben, die einen gleichschenkligen trapezförmigen Querschnitt hat, der eine untere Basis mit einer Länge, die gleich der Länge der Längsseite des rechteckigen Querschnitts der Permanentmagnete 16 ist, und eine obere Basis mit einer Länge aufweist, die kürzer ist als die der Längsseite des rechteckigen Querschnitts der Permanentmagnete 16.
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Ausführungsform 2
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8 ist eine Teilansicht, die die Umgebung einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar von einem unbelasteten Ende aus betrachtet.
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In 8 sind ein erster Hauptströmungskanal 101a und ein zweiter Hauptströmungskanal 101b an einer radialen Innenseite eines Magnetkühlungs-Strömungskanals 103 ausgebildet, die axial durch einen Rotorkern 15 hindurch-gehen, wobei die Öffnungsformen kreisförmige Querschnitte gleichen Durch-messers aufweisen und in Längsrichtung eines rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnung 14 voneinander getrennt sind.
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Ein erster Überleitungs-Strömungskanal 102a und ein zweiter Überleitungs-Strömungskanal 102b sind so ausgebildet, dass sie axial durch den Rotorkern hindurchgehen, so dass sie gleiche Breiten und Querschnittsflächen haben, um den ersten Hauptströmungskanal 101a und den Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 miteinander zu verbinden, oder den zweiten Hauptströmungskanal 101b bzw. den Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 miteinander zu verbinden.
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Bei dieser Konfiguration werden ferner in einer Endplatte an der unbelasteten Seite, in ähnlicher Weise wie in 5 dargestellt, hindurchgehende Öffnungen 18a gebildet, um Endbereiche an der unbelasteten Seite des ersten Hauptströmungskanals 101a und des zweiten Hauptströmungskanals 101b zu öffnen und zumindest einen Teil der Endbereiche an der unbelasteten Seite des ersten Überleitungs-Strömungskanals 102a und des zweiten Überleitungs-Strömungskanals 102b zu öffnen.
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Ähnlich oder identisch zu der in 5 dargestellten Konstruktion werden in einer Strömungskanalplatte die Verbindungskanäle 19a gebildet, so dass deren äußere Umfangsendbereiche axial mit den auf der Endplatte gebildeten Durchdringungsöffnungen überlappen.
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Darüber hinaus sind die lastseitigen Endbereiche des ersten Hauptströmungskanals 101a, des zweiten Hauptströmungskanals 101b, des ersten Überleitungs-Strömungskanals 102a, des zweiten Überleitungs-Strömungskanals 102b und der Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 offen, ähnlich oder identisch wie in 6 dargestellt.
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Außerdem ist der übrige Teil der Konfiguration gemäß Ausführungsform 2 in ähnlicher oder identischer Weise konfiguriert wie die bei der obigen Ausführungsform 1.
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Bei der Ausführungsform 2 strömt Kühlöl, das die Permanentmagnete 16 kühlt, axial durch den Rotorkern 15 und strömt nicht in den magnetischen Luftspalt zwischen Stator 1 und Rotor 8 aus. Zur Kühlung der Permanentmagnete 16 werden auch Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 gebildet. Das Kühlöl kommt außerdem mit den Permanentmagneten 16 in Kontakt, während es durch die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 strömt. Folglich können auch mit der Ausführungsform 2 ähnliche oder identische Wirkungen wie mit der Ausführungsform 1 erzielt werden.
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Wird z. B. das Kühlöl aus einem zentralen Bereich in Längsrichtung des Rechteckquerschnitts den Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 zugeführt, so treten an zwei Längsendbereichen der Längsseiten des Rechteckquerschnitts der Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 eher Wirbel im Kühlöl auf. Treten Wirbel im Kühlöl in den Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 auf, verringert sich das Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16.
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Da ein erster Hauptströmungskanal 101a und ein zweiter Hauptströmungskanal 101b so angeordnet sind, dass sie in Längsrichtung eines rechteckigen Querschnittes einer Magnetaufnahmeöffnung 14 auseinanderliegen, wird dem Magnetkühlungsstrom 103 Kühlöl aus zwei Positionen zugeführt, die in Längsrichtung des rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnung 14 auseinanderliegend angeordnet sind. Das Kühlöl durchströmt dabei die Magnetkühlungs-Strömungskanäle 103 wirbelfrei, so dass das Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16 verbessert werden kann.
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Ferner sind bei der obigen Ausführungsform 2 zwei Hauptströmungskanäle so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung in Längsrichtung voneinander entfernt sind, aber die Anzahl der Hauptströmungskanäle kann auch drei oder mehr betragen.
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Ausführungsform 3
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9 ist eine Teilansicht, die die Umgebung eines Magneten zeigt, der die Magnetaufnahmeöffnung für einen Rotor in einer elektrischen Rotationsmaschine bildet, entsprechend der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, von einem unbelasteten Ende aus betrachtet, und 10 ist eine Teilansicht, die den Fluss des magnetischen Flusses in der Nähe der Magnetaufnahmeöffnung des Rotors in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß 9 ist bei einem ersten Hauptströmungskanal 101a und einem zweiten Hauptströmungskanal 101b die Querschnittsfläche des zweiten Hauptströmungskanals 101b, der auf einer inneren Umfangsseite angeordnet ist, größer als die Querschnittsfläche des ersten Hauptströmungskanals 101a, der auf einer äußeren Umfangsseite angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Breite eines zweiten Überleitungs-Strömungskanals 102b, der den zweiten Hauptströmungskanal 101b und einen Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 miteinander verbindet, größer als die Breite eines ersten Überleitungs-Strömungskanals 102a, der den ersten Hauptströmungskanal 101a mit dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 verbindet. Mit anderen Worten, die Querschnittsfläche des zweiten Überleitungs-Strömungskanals 102b ist größer als die Querschnittsfläche des ersten Überleitungs-Strömungskanals 102a.
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Außerdem ist der übrige Teil der Konfiguration gemäß Ausführungsform 3 in ähnlicher oder identischer Weise konfiguriert wie die bei der obigen Ausführungsform 2.
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Folglich können ähnliche Effekte wie bei der obigen Ausführungsform 2 auch mit der Ausführungsform 3 erzielt werden.
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Da nunmehr die Zentrifugalkraft, die auf das Kühlöl wirkt, das durch den inneren umlaufenden zweiten Hauptströmungskanal 101b strömt, geringer ist als die Zentrifugalkraft, die auf das Kühlöl einwirkt, das durch den radial äußeren ersten Hauptströmungskanal 101a strömt, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Kühlöl über den zweiten Überleitungs-Strömungskanal 102b durch den inneren umlaufenden zweiten Hauptströmungskanal 101b dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 zugeführt wird.
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Gemäß Ausführungsform 3 wird, da die Querschnittsfläche des inneren Umfangs des zweiten Hauptströmungskanals 101b größer als die Querschnittsfläche des äußeren Umfangs des ersten Hauptströmungskanals 101a ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlöls, das durch den zweiten Hauptströmungskanal 101b strömt, erhöht, so dass die Zufuhr des Kühlmittelöls vom zweiten Hauptströmungskanal 101b zum Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 erhöht wird, so dass wiederum das Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16 verbessert werden kann.
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Da der Querschnitt des radial äußeren ersten Hauptströmungskanals 101a reduziert werden kann, ohne das Kühlvermögen für die Permanentmagnete 16 zu verringern, vergrößert sich außerdem der magnetische Pfadquerschnitt zwischen den Permanentmagnetpaaren 16, der ein Weg des magnetischen Flusses 202 ist, der von den Spulen des Stators erzeugt wird, wie in 10 dargestellt, so dass der Fluss des magnetischen Flusses 202 nicht behindert wird.
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Ferner sind bei der obigen Ausführungsform 3 zwei Hauptströmungskanäle so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts des Magnetkörpers zur Aufnahmeöffnung in Längsrichtung voneinander beabstandet sind, aber die Anzahl der Hauptströmungskanäle kann auch drei oder mehr betragen.
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Ausführungsform 4
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11 ist ein Teilquerschnitt, der die Umgebung eines Hauptströmungskanals einer Strömungskanalplatte in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12 ist ein Teilausschnitt, der die Umgebung einer Magnetaufnahmeöffnung eines Rotors in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, vom Lastende aus betrachtet.
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In den 11 und 12 ist der Öffnungsdurchmesser D2 eines Bereichs einer durchgehenden Öffnung 17a einer lastseitigen Endplatte 17, die einem Auslass eines Hauptströmungskanals 101 zugewandt ist, kleiner als der Öffnungsdurchmesser D1 des Hauptströmungskanals 101.
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Außerdem ist der übrige Teil der Konfiguration gemäß Ausführungsform 4 in ähnlicher oder identischer Weise konfiguriert wie die oben erläuterte Ausführungsform 1.
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Folglich können ähnliche oder identische Wirkungen wie bei der obigen Ausführungsform 1 auch mit der Ausführungsform 4 erzielt werden.
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Gemäß Ausführungsform 4 ist die Öffnungsfläche des Strömungskanalanschlusses im Hauptströmungskanal 101, wenn die Last-Endplatte 17 von einem Lastende aus betrachtet wird, kleiner als die des Strömungskanal-anschlusses im Hauptströmungskanal 101, wenn die Endplatte 18 am lastfreien Ende vom Nichtlastende betrachtet wird. Das bedeutet, der Auslass des Hauptströmungskanals 101 wird von dem Durchmesser D1 auf den Durchmesser D2 durch die Last-Endplatte 17 verengt.
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Da der Druckverlust im Hauptströmungskanal 101 erhöht wird, so wird das Kühlöl, das den Hauptströmungskanälen 101 zugeführt wird, durch die Überleitungs-Strömungskanäle 102 zu den Magnetkühlungs-Strömungskanälen 103 geleitet, so dass die Kühlleistung der Permanentmagnete 16 verbessert wird.
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Darüber hinaus werden bei der obigen Ausführungsform 4 die Öffnungsflächen der Hauptströmungskanäle verringert, wenn die Lastendplatte vom Lastende aus betrachtet wird, indem die Durchtrittsöffnungen der Lastendplatte so reduziert werden, dass die Hauptströmungskanäle teilweise bedeckt werden.
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Die Öffnungsflächen der Hauptströmungskanäle können auch verringert werden, indem der Durchmesser der Öffnungen, die Teil der Hauptströmungskanäle sind, nur in einem elektromagnetischen Stahlblech reduziert wird, das einen belasteten Endbereich des Rotorkerns darstellt, ohne dass dabei die Öffnung der lastseitigen Endplatte verringert wird.
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Abwandlungen des Hauptströmungskanals 101 und des Überleitungs-Strömungskanals 102 werden nachstehend anhand der 13A bis 13H erläutert. Die 13A bis 13H sind jeweilige Teilansichten, die Abwandlungen eines Kühlmittel-Strömungskanals zeigen, der sich gemäß der vorliegenden Erfindung an einem Rotorkern in der elektrischen Rotationsmaschine bildet.
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Bei der obigen Ausführungsform 1 sind der Hauptströmungskanal 101 und der Überleitungs-Strömungskanal 102 an einem zentralen Längsbereich des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung 14 angeordnet, aber der Hauptströmungskanal 101 und der Überleitungs-Strömungskanal 102 können auch so angeordnet sein, dass sie sich in der Nähe eines ersten Längsendes (eines inneren Umfangsendes) des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung 14 befinden, wie in 13A gezeigt, oder sie können so angeordnet sein, dass sie sich in der Nähe eines zweiten Längsendes (äußeres Umfangsende) der Magnetaufnahmeöffnung 14 befinden.
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Bei der obigen Ausführungsform 1 ist der Überleitungs-Strömungskanal 102 mit dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 so verbunden, dass er senkrecht zu einer Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung 14 verläuft. Aber, wie in 13B gezeigt, kann der Überleitungs-Strömungskanal 102 auch mit dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 so verbunden werden, dass er gegenüber der Längsrichtung des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung 14 geneigt ist.
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In 13B ist der Überleitungs-Strömungskanal 102 mit dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 so verbunden, dass er relativ zur Längsrichtung des rechteckigen Querschnittes der Magnetaufnahmeöffnung 14 so geneigt ist, dass eine äußere Umfangsseite einen spitzen Winkel bildet, der Überleitungs-Strömungskanal 102 kann aber mit dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 so verbunden werden kann, dass er relativ zur Längsrichtung des rechteckigen Querschnittes des Magneten mit der Magnetaufnahmeöffnung 14 so geneigt ist, dass eine innere Umfangsseite einen spitzen Winkel bildet.
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Bei der obigen Ausführungsform 1 ist die Querschnittsform des Überleitungs-Strömungskanals 102 senkrecht zur axialen Richtung rechteckig. Aber, wie in 13C gezeigt, kann die Querschnittsform des Überleitungs-Strömungskanals 102 auch senkrecht zur axialen Richtung ein gleichschenkliges Trapez sein, das einen Verbindungsbereich mit den Hauptströmungskanälen 101 als obere Basis hat und das einen Verbindungsbereich mit dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 als untere Basis hat.
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Bei der obigen Ausführungsform 1 ist die Querschnittsform des Hauptströmungskanals 101 senkrecht zur axialen Richtung kreisförmig, die Querschnittsform des Hauptströmungskanals 101 senkrecht zur axialen Richtung ist jedoch nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt. Die Querschnittsform des Hauptströmungskanals 101 senkrecht zur axialen Richtung kann elliptisch sein, wie zum Beispiel in den 13D und 13E gezeigt, oder sie kann dreieckig sein, wie in 13F gezeigt, oder sie kann dreieckig mit abgerundeten Ecken sein, wie in 13G gezeigt, oder sie kann ein regelmäßiges Achteck sein, wie in 13H gezeigt.
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Der Hauptströmungskanal 101 ist so ausgebildet, dass er eine Querschnittsform aufweist, die symmetrisch zu einem Liniensegment ist, das durch ein Zentrum des Hauptströmungskanals 101 hindurchgeht und das senkrecht zu den Längsseiten des rechteckigen Querschnitts der Magnetaufnahmeöffnung 14 verläuft, aber der Hauptströmungskanal 101 kann auch eine Querschnittsform aufweisen, die asymmetrisch zu dem Liniensegment ist, das durch das Zentrum des Hauptströmungskanals 101 hinduchgeht, und die senkrecht zu den Längsseiten der Magnetaufnahmeöffnung verläuft.
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Auf diese Weise können der Hauptströmungskanal 101 und der Überleitungs-Strömungskanal 102 verschiedene Querschnittsformen und -anordnungen annehmen, sofern das durch den Hauptströmungskanal 101 strömende Kühlöl über den Überleitungs-Strömungskanal 102 dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 zugeführt werden kann.
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Selbst wenn mehrere Hauptströmungskanäle 101 und Überleitungs-Strömungskanal 102 an einem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 angeordnet sind, können die Vielzahl der Hauptströmungskanäle 101 und die Vielzahl der Überleitungs-Strömungskanal 102 verschiedene Querschnittsformen und Querschnittsanordnungen annehmen, mit der Maßgabe, dass das durch die Hauptströmungskanäle 101 strömende Kühlöl dem Magnetkühlungs-Strömungskanal 103 über die Überleitungs-Strömungskanäle 102 zugeführt werden kann. Darüber hinaus können sich die Querschnittsformen der Vielzahl der Hauptströmungs-kanäle 101 und der Vielzahl der Überleitungs-Strömungskanäle 102 voneinander unterscheiden.
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Darüber hinaus wird bei jeder der oben erläuterten Ausführungsformen das Kühlöl von den Spulendüsen aus direkt auf die Spulenendbereiche gespritzt, wobei die Positionen und Formen der Spulendüsen so verändert werden können, dass das Kühlöl nicht direkt auf die Spulenendbereiche aufgesprüht wird, sondern über separate Elemente zu den Spulenendbereichen geführt wird.
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Bei jeder der oben genannten Ausführungsformen wird das Kühlöl von den Lagerdüsen aus direkt auf die Lager gespritzt, wobei die Positionen und Formen der Lagerdüsen so verändert werden können, dass das Kühlöl nicht direkt auf die Lager aufgesprüht wird, sondern das Kühlöl durch separate Bauteile zu den Lagern geführt wird.
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Bei jeder der oben genannten Ausführungsformen werden Ringdüsen, Lagerdüsen und Wellendüsen einzeln an dem Vorderrahmen und dem Hinterrahmen ausgebildet, Ringdüsen, Lagerdüsen und Wellendüsen können jedoch auch an dem Vorderrahmen und dem Hinterrahmen in einer Mehrzahl ausgebildet werden.
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Bei jeder der oben genannten Ausführungsformen ist ein Gehäuse in drei Teile geteilt, d. h. einen Vorderrahmen, einen Zentralrahmen und einen Hinterrahmen. Das Gehäuse kann aber auch durch die Herstellung eines Zentralrahmens so konfiguriert werden, dass es in zwei Teile geteilt wird, so dass der Zentralrahmen den Vorderrahmen oder Hinterrahmen mitumfasst, während der Rest getrennt bleibt.
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Bei jeder der obigen Ausführungsformen sind jeweils Paare von Permanentmagneten, die in V-Formen angeordnet sind, die sich zu einer äußeren Umfangsseite hin erstrecken, umlaufend in einem einheitlichen Winkelabstand angeordnet, aber die Permanentmagnete können auch einzeln in einem einheitlichen Winkelabstand umlaufend angeordnet sein. In diesem Fall sollten die Hauptströmungskanäle, die Überleitungs-Strömungskanäle und die Magnetkühlungs-Strömungskanäle in den Permanentmagneten drehbar angeordnet sein und das Kühlöl sollte mit den Permanentmagneten in Kontakt kommen, während es durch die Magnetkühlungs-Strömungskanäle strömt.
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Die Permanentmagnete werden in jeder der obigen Ausführungen so ausgebildet, dass sie rechteckige Querschnitte haben, aber die Querschnittsformen der Permanentmagnete sind nicht auf rechteckige Formen beschränkt und können z. B. auch kreisbogenförmig sein.
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Darüber hinaus wird bei jeder der oben genannten Ausführungsformen das von einer Pumpe unter Druck geförderte Kühlöl über den ersten Wellenströmungskanal, die zweiten Wellenströmungskanäle und die Verbindungskanäle der Strömungskanalplatte den Hauptströmungskanälen zugeführt, wobei sich das Verfahren zur Zuführung des Kühlöls zu den Hauptströmungskanälen natürlich nicht darauf beschränkt.
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Wenn die elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in Fahrzeugen verwendet wird, ist die Kühlungsleistung hoch, weil Innenbereiche der elektrischen Rotationsmaschine, wie z. B. die Permanentmagnete, direkt gekühlt werden können, so dass die elektrische Rotationsmaschine in ihrer Größe und ihrem Gewicht reduziert werden kann. Durch die Verkleinerung der elektrischen Rotationsmaschine können Einschränkungen für den Einbau in einem Fahrzeug verringert werden, und durch die Reduzierung des Gewichts der elektrischen Rotationsmaschine kann die Energieeffizienz des Fahrzeugs, d. h. der Stromverbrauch undr der Kraftstoffverbrauch usw., verbessert werden. Wenn die elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in Industriemaschinen verwendet wird, kann die Leistung verbessert werden, ohne die äußere Form des Gehäuses zu vergrößern. So kann z. B. bei einer Transporteinrichtung das Gewicht der transportierten Objekte erhöht werden. Bei Bearbeitungswerkzeugen kann die Zeit, die mit dem Bewegen von Werkstücken verbracht wird, verkürzt werden.
