DE19913199A1

DE19913199A1 - Cooling device for electrical machine with stator and rotor has stator with sheet metal package and the rotor having groove/slots for the sheet metal package while an open tube is connected to supplier of a cooling medium

Info

Publication number: DE19913199A1
Application number: DE19913199A
Authority: DE
Inventors: Bernd M Baumann; Otmar Bitsche; Christof Bunz; Harald Gugenhan; Jutta Kinder; Helmut Lorenz; Armin Nickel; Uli Paulus; Alfons Rennefeld; Andreas Schell; Jeff Kletrovets
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-12

Abstract

The cooling device comprises stator (1) with sheet metal package and rotor (2) having groove/slots for a sheet metal package (3). The sheet metal package of the rotor is arranged on the rotor shaft (5), while the stator is fastened inside the housing and stored with two bearing shields (7,8). An end (14) of the open tube (12) is connected to cooling medium with supplier (20) with pipe shaped section (17) and line (18). The chamber (21) is part of the fixed housing of the electrical machine situated in hollow cylindrical projection (22). An Independent claim is also included for a method for cooling an electrical machine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, der ein Eisenblechpaket auf einer Rotorwelle aufweist und dessen Verlustwärme durch ein strömendes Kühlmedium abgeführt wird.The invention relates to a method and a Device for cooling an electrical machine with a Stator and a rotor holding a sheet iron package on a Has rotor shaft and its heat loss through a flowing cooling medium is removed.

In jeder elektrischen Maschine entsteht durch fließende Ströme, Unmagnetisierung von Eisen, Luft- und Lagerreibung Wärme, die abgeführt werden muß, damit vorgegebene Grenzen der Temperatur in der Isolation der Wicklung nicht überschritten werden. Als Kühlmittel wird üblicherweise Luft verwendet. Bei großen Gene ratoren wird auch Wasserstoff als Kühlmittel eingesetzt. Bei manchen Maschinen sind auch im Innern Kanäle vorgesehen, in denen Wasser als Kühlmittel strömt. Bekannt sind elektrische Maschinen mit axialer oder radialer Luftführung im Rotor. Im Blechpaket des Rotors sind entsprechend der Luftführung axiale oder radiale Kanäle vorgesehen. Die Art der Kühlung beeinflußt vielfach die Konstruktion der jeweiligen elektrischen Maschine.In every electrical machine is created by flowing currents, Non-magnetization of iron, air and bearing friction heat that must be dissipated so that predetermined temperature limits not be exceeded in the insulation of the winding. As Air is usually used as the coolant. With large genes hydrogen is also used as a coolant. At some machines also have channels inside, in where water flows as a coolant. Electrical are known Machines with axial or radial air flow in the rotor. in the Laminated core of the rotor are axial according to the air flow or radial channels are provided. The type of cooling affects often the construction of the respective electrical machine.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, der ein Blechpaket auf einer Rotorwelle aufweist, dahin gehend weiterzuentwickeln, daß Wärme aus dem Rotor ohne Kanäle im Blechpaket gut abgeführt werden kann, und eine gemäß dem Verfahren kühlbare elektrische Maschine anzugeben.The invention is based on the problem of a method for Cooling an electrical machine with a stator and a Rotor, which has a laminated core on a rotor shaft, there going to develop that heat from the rotor without Channels in the laminated core can be easily removed, and one according to to specify the process of the coolable electrical machine.

Das Problem wird bei einem Verfahren zur Kühlung einer elek trischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, der ein Blechpaket und eine Rotorwelle aufweist und dessen Verlustwärme durch ein strömendes Kühlmedium abgeführt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einen in axialer Richtung der Rotorwelle verlaufenden, an einem Ende offenen und am anderen Ende ge schlossenen Hohlraum ein Strom eines flüssigen Kühlmediums ein gespeist, vor dem geschlossenen Ende umgelenkt und zum offenen Ende getrennt von der bis zum Umlenkbereich verlaufenden Strömung bis zum offenen Ende des Hohlraums zurückgeleitet wird, aus dem der Strom abgeleitet wird, und daß der Strom bis zum Umlenkbereich entweder im mittleren Bereich des Hohlraums oder im Bereich nahe an der Wand des Hohlraums geführt und der Strom nach dem Umlenkbereich entweder im Bereich nahe an der Wand des Hohlraums oder im mittleren Bereich des Hohlraums ge führt wird. Bei diesem Verfahren findet der Wärmeübergang an der Innenseite des Hohlraums zu dem flüssigen Kühlmittel statt. Da das flüssige Kühlmedium eine sehr viel höhere spezifische Wärme als ein Gas hat, findet eine intensive Wärmeabgabe an das Kühlmedium statt. Durch die Strömungsgeschwindigkeit, d. h. die pro Zeiteinheit durch den Hohlraum bewegte Menge an Kühlmedium, kann die Wärmeabgabe an die jeweiligen Belastungszustände der Maschine angepaßt werden. Da die Rotorwelle durch das flüssige Kühlmedium wirksam gekühlt wird, gelangt der überwiegende Teil der im Blechpaket des Rotors und in einer eventuell vorhandenen Rotorwicklung entstehenden Wärme zur Rotorwelle und wird von dort abgeführt. Die Wärmeabgabe durch Strahlung und Konvektion an der Oberfläche des Rotors ist daher so gering, daß diese Wärme zumeist ohne zwangsweisen Kühlmittelumlauf im Inneren der Maschine über das Gehäuse abgeführt werden kann. Durch die intensive Wärmeableitung über die Rotorwelle läßt sich somit ein Ventilator auf der Rotorwelle einsparen. Der Verzicht auf einen Ventilator und auf Kühlkanäle im Blechpaket des Rotors ermöglicht eine kompakte, geschlossene Bauweise der elek trischen Maschine.The problem is solved in a method for cooling an elec tric machine with a stator and a rotor, the one Has laminated core and a rotor shaft and its heat loss is discharged through a flowing cooling medium, according to the invention solved in that in an axial direction of the rotor shaft running, open at one end and ge at the other end enclosed cavity a stream of a liquid cooling medium fed, redirected in front of the closed end and to the open End separately from the one running up to the deflection area Flow returned to the open end of the cavity from which the current is derived and that the current to to the deflection area either in the central area of the cavity or in the area close to the wall of the cavity and the Current after the deflection area either in the area close to the Wall of the cavity or ge in the central region of the cavity leads. With this process the heat transfer takes place the inside of the cavity to the liquid coolant instead. Because the liquid cooling medium has a much higher specific Has heat as a gas, will give off an intense heat to that Cooling medium instead. By the flow rate, i.e. H. the amount of cooling medium moved through the cavity per unit of time, can the heat release to the respective load conditions of the Machine can be adjusted. Because the rotor shaft through the liquid When the cooling medium is effectively cooled, the majority of it gets that in the laminated core of the rotor and in an existing one The heat generated by the rotor winding is transferred to the rotor shaft dissipated there. The heat given off by radiation and convection on the surface of the rotor is therefore so small that this Heat mostly without forced coolant circulation inside the Machine can be discharged through the housing. Through the intensive heat dissipation via the rotor shaft can thus be save a fan on the rotor shaft. The waiver a fan and cooling channels in the laminated core of the rotor enables a compact, closed design of the elek machine.

Als flüssiges Kühlmittel wird insbesondere Öl verwendet. Mit Öl lassen sich im Vergleich zu Luft bei gleichen Kühlmittelmengen sehr große Wärmemengen abführen. Darüber hinaus hat Öl den Vor teil, daß es elektrisch nichtleitend ist, so daß keine beson deren Vorkehrungen in der Maschine in Bezug auf die elektrische Isolierung des Kühlmittels getroffen werden müssen.Oil in particular is used as the liquid coolant. With oil can be compared to air with the same amount of coolant dissipate very large amounts of heat. In addition, oil has the advantage partly that it is electrically non-conductive, so that no special their precautions in the machine in relation to the electrical Isolation of the coolant must be taken.

Vorzugsweise wird das Kühlmedium in einem Kreislauf, der einen außerhalb der elektrischen Maschine angeordneten Wärmetauscher und eine Pumpe enthält, bewegt.Preferably, the cooling medium in a circuit, the one heat exchanger arranged outside the electrical machine and contains a pump moves.

Bei einer Vorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, der ein Blechpaket und eine Rotorwelle aufweist und dessen Verlustwärme durch ein strömen des Kühlmedium abgeführt wird, wird das Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem in axialer Richtung in der Rotorwelle verlaufenden, an einem Ende offenen und am anderen Ende geschlossenen Hohlraum ein an beiden Enden offenes, in Längsrichtung des Hohlraums verlaufendes Rohr angeordnet ist, dessen Außenseite gegenüber der Wand des Hohlraums beabstandet ist und dessen eines offenes Ende im Abstand vom geschlossenen Ende des Hohlraums angeordnet ist, und daß das andere Ende des Rohrs entweder an eine Quelle für ein flüssiges Kühlmedium und die das Rohr umgebende Öffnung des Hohlraums mit einer Kammer zum Aufnehmen und Abführen des Kühlmediums oder mit einer Kam mer zum Aufnehmen und Abführen des Kühlmediums und die das Rohr umgebende Öffnung des Hohlraums mit einer Quelle für das flüssige Kühlmedium verbunden ist.In a device for cooling an electrical machine with a stator and a rotor, which is a laminated core and a Has rotor shaft and its heat loss through a flow the cooling medium is removed, the problem is inventively solved in that in an axial direction in the Rotor shaft extending, open at one end and at the other End closed cavity an open at both ends, in Pipe extending in the longitudinal direction of the cavity is arranged, the outside of which is spaced from the wall of the cavity is and an open end at a distance from the closed End of the cavity is arranged, and that the other end of the Pipe either to a source of a liquid cooling medium and the cavity opening surrounding the tube with a chamber for taking up and discharging the cooling medium or with a cam mer for receiving and removing the cooling medium and the the pipe surrounding opening of the cavity with a source for that liquid cooling medium is connected.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine strömt das flüssige Kühlmedium an der Wand des Hohlraums entlang und ent zieht der Rotorwelle Wärme, so daß ein großes Temperaturgefälle im Betrieb der Maschine zwischen dem Blechpaket bzw. einer eventuell vorhandenen Rotorwicklung und der Rotorwelle ent stehen kann. Die im Rotor aufgrund von in Leitern fließenden elektrischen Strömen und Unmagnetisierung der Lamellen des Blechpakets sowie Lagerreibung entstehende Wärme wird daher rasch abgeführt. Die Kühlung des Rotors kann durch die Ein stellung einer entsprechenden Fördermenge an Kühlmittel pro Zeiteinheit so gut sein, daß demgegenüber die vom Rotor durch Strahlung und Konvektion abgegebene Restwärme nicht mehr von Bedeutung ist und ohne weiteres über das Gehäuse nach außen ab geführt werden kann. Die elektrische Maschine benötigt daher keinen Ventilator im Gehäuse, wodurch sich eine einfachere, kompaktere Bauweise ergibt.In the electrical machine according to the invention, this flows liquid cooling medium along the wall of the cavity and ent draws heat from the rotor shaft, causing a large temperature gradient in the operation of the machine between the laminated core or one any existing rotor winding and the rotor shaft can stand. Those in the rotor due to flowing in conductors electrical currents and unmagnetization of the lamellae of the Laminated core as well as bearing friction heat is therefore quickly dissipated. The cooling of the rotor can be done by the A setting a corresponding flow rate of coolant per Unit of time should be so good that, in contrast, that of the rotor Radiation and convection are no longer emitted by Significance is and easily from the housing to the outside can be performed. The electrical machine therefore needs no fan in the housing, which makes it easier, more compact design results.

Insbesondere hat der Hohlraum eine zylindrische Innenwand und umgibt im Abstand konzentrisch das Rohr. Bei dieser Ausfüh rungsform ist eine gleichmäßige Aufteilung des zugeführten Kühlmittelstroms auf die Wand des Hohlraums gewährleistet.In particular, the cavity has a cylindrical inner wall and surrounds the pipe concentrically at a distance. With this execution form is an even distribution of the feed Coolant flow to the wall of the cavity ensured.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Rohr durch Stege mit der Wand des Hohlraums verbunden. Das Rohr läuft bei dieser Ausführungsform mit der Welle um. Dies ist besonders, bei Ma schinen mit großer axialer Länge zweckmäßig.In an expedient embodiment, the tube is through webs connected to the wall of the cavity. The pipe runs at this Embodiment with the shaft around. This is special with Ma Appropriate machines with a large axial length.

Günstig ist es auch, wenn das Rohr mit dem Gehäuse der Maschine verbunden ist. Da das Rohr bei dieser Ausführungsform nicht mit der Welle rotiert, wird eine Dichtung am Übergang von sta tionären zum rotierenden Teil des Kühlmittelkanals eingespart. Diese Ausführungsform eignet sich gut für axial kürzere Ma schinen.It is also convenient if the pipe with the housing of the machine connected is. Since the tube is not included in this embodiment the shaft rotates, a seal at the transition from sta savings on the rotating part of the coolant channel. This embodiment works well for axially shorter dimensions seem.

Insbesondere ist das Kühlmedium Öl. Für die Kühlung der elek trischen Maschine ist Öl gut geeignet, weil es einerseits auf grund seiner gegenüber Luft hohen spezifischen Wärme eine gute Wärmeaufnahme bei gegenüber Luft geringen Durchfluß hat und weil anderseits die gute elektrische Isoliereigenschaft keinen Aufwand für die Isolierung des Kühlmediums erforderlich macht.In particular, the cooling medium is oil. For cooling the elec trical machine is well suited because it is based on one hand good because of its high specific heat compared to air Has heat absorption with low flow compared to air and because on the other hand there is no good electrical insulation Requires effort for the insulation of the cooling medium.

Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform mündet die Öff nung des Hohlraums außerhalb des Rohrs in die Kammer, die das Ende der Rotorwelle umgibt und gegen das Austreten des Kühl mediums abgedichtet ist. Je nach der Einspeisung der Kühl flüssigkeit in das Rohr oder die Hohlraumöffnung, die das Rohr umgibt, strömt die Kühlflüssigkeit in die Kammer oder aus der Kammer heraus.In another expedient embodiment, the opening opens opening of the cavity outside the tube into the chamber that the End of the rotor shaft surrounds and against the leakage of the cooling is sealed medium. Depending on the cooling supply liquid into the tube or cavity opening that the tube surrounds, the coolant flows into or out of the chamber Chamber out.

Insbesondere ist die Kammer in einem Gehäusevorsprung ange ordnet, der im Abstand von einer ein Lager der Welle ent haltenden Gehäusewand angeordnet ist. Diese Ausführungsform eignet sich für eine Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit, bei der erwärmte Kühlflüssigkeit in die Kammer strömt und aus dieser zum Wärmetauscher abgeführt wird. Aufgrund des Abstands der Kammer vom Lager findet kein ins Gewicht fallender Wärme übergang von der Kühlflüssigkeit auf die Wand mit dem Lager statt.In particular, the chamber is in a housing projection arranges the one bearing at a distance from the shaft holding housing wall is arranged. This embodiment is suitable for a flow direction of the coolant, at the heated coolant flows into and out of the chamber this is discharged to the heat exchanger. Because of the distance the chamber from the camp finds no significant heat transition from the coolant to the wall with the bearing instead of.

Die elektrische Maschine ist vorzugsweise eine Asynchron maschine. Aufgrund der guten Kühlung läßt sich diese Maschine kompakt bauen. Die durch Unmagnetisierung bei hohen Drehzahlen entstehenden Wärme kann ohne weiteres abgeführt werden. Eine auf die oben beschriebene Art ausgebildete Asynchronmaschine eignet sich besonders gut als Antriebsmaschine für Kraft fahrzeuge, dessen Energiequelle insbesondere eine Brennstoff zelle ist.The electrical machine is preferably an asynchronous machine. Because of the good cooling, this machine can build compact. The through non-magnetization at high speeds The heat generated can easily be dissipated. A Asynchronous machine designed in the manner described above is particularly well suited as a prime mover for power vehicles, whose energy source is in particular a fuel cell is.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeich nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher be schrieben, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vor teile ergeben.The invention is described below with reference to one in a drawing voltage shown, preferred embodiment be closer wrote, out of which further characteristics, details and pre parts result.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor schematisch im Längsschnitt der oberen Hälfte, Fig. 1 shows an electrical machine with a stator and a rotor, schematically in longitudinal section the upper half,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linien I-I der in Fig. 1 dargestellten Maschine, Fig. 2 shows a section along the lines II of the machine illustrated in Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer elektrischen Ma schine mit einem Stator und einem Rotor im Längs schnitt. Fig. 3 shows another embodiment of an electrical machine with a stator and a rotor in longitudinal section.

Eine elektrische Maschine enthält einen Stator 1, der aus einem nicht näher bezeichneten Blechpaket und einer nicht näher be zeichneten Wicklung besteht, und einen Rotor 2, der ein Blech paket 3 mit nicht näher dargestellten Nuten aufweist, in die eine Wicklung 4 gelegt ist. Das Blechpaket 3 des Rotors 2 ist auf einer Rotorwelle 5 angeordnet. Der Stator 1 ist im Inneren eines Gehäuses 6 befestigt, das zwei Lagerschilde 7, 8 auf weist. Der im Inneren des Gehäuses angeordnete Rotor 2 ist in den beiden Lagerschilden 7, 8 mit nicht näher bezeichneten Wälzlagern drehbar gelagert. Bei der elektrischen Maschine kann es sich um eine Asynchronmaschine oder Gleichstrommaschine handeln.An electrical machine contains a stator 1 , which consists of a sheet metal package and an unspecified winding, and a rotor 2 , which has a sheet metal package 3 with grooves, not shown, into which a winding 4 is placed. The laminated core 3 of the rotor 2 is arranged on a rotor shaft 5 . The stator 1 is fastened inside a housing 6 which has two end shields 7 , 8 . The rotor 2 arranged in the interior of the housing is rotatably mounted in the two end shields 7 , 8 with roller bearings (not shown). The electrical machine can be an asynchronous machine or a DC machine.

Im Inneren der Rotorwelle 5 befindet sich ein Hohlraum 9, der sich in axialer Richtung der Rotorwelle erstreckt. Der Hohlraum 9 hat vorzugsweise eine zylindrische Innenwand und ist an einem Ende 10 geschlossen. Am anderen Ende 11 ist der Hohlraum 9 offen. Der Hohlraum 9 ist z. B. als Sacklochbohrung ausge bildet. Innerhalb des Hohlraums 9 ist ein Rohr 12 angeordnet, das an seinen beiden Enden 13, 14 offen ist. Das Rohr 12 ist insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet und wird von der Wand des Hohlraum 9 im Abstand konzentrisch umgeben. Der Hohlraum 9 und das Rohr 12 sind mit ihren Mittellinien längs der Drehachse 15 der Rotorwelle 5 angeordnet. Das Rohr 12 ist mittels radial von der Außenseite vorspringender Stege 16 an der Innenseite des Hohlraums 9 befestigt. Zwischen dem Ende 13 und dem ge schlossenen Ende 10 ist ein freier Raum vorhanden.Inside the rotor shaft 5 there is a cavity 9 which extends in the axial direction of the rotor shaft. The cavity 9 preferably has a cylindrical inner wall and is closed at one end 10 . At the other end 11 , the cavity 9 is open. The cavity 9 is, for. B. forms out as a blind hole. A tube 12 is arranged within the cavity 9 and is open at both ends 13 , 14 . The tube 12 is in particular hollow cylindrical and is surrounded concentrically by the wall of the cavity 9 at a distance. The cavity 9 and the tube 12 are arranged with their center lines along the axis of rotation 15 of the rotor shaft 5 . The tube 12 is fastened to the inside of the cavity 9 by means of webs 16 projecting radially from the outside. There is a free space between the end 13 and the closed end 10 .

Das offene Ende 14 des Rohrs 12 ist über einen rohrförmigen Ab schnitt 17 und eine Leitung 18, die an den Abschnitt 17 an grenzt, mit einer Quelle 20 für ein Kühlmedium verbunden. Das Kühlmedium ist vorzugsweise Öl. Die Quelle 20 ist insbesondere eine Pumpe. Die Öffnung des Hohlraums 9 am Ende 11 zwischen der Außenseite des Rohrs 12 und dem Innenseite des Hohlraums 9 mündet in eine Kammer 21 ein, deren eine Wand vom Abschnitt 17 gebildet wird. Die Kammer 21 ist ein Teil des feststehenden Ge häuses der elektrischen Maschine und befindet sich in einem vom Lagerschild 8 ausgehenden hohlzylindrischen Vorsprung 22, der nicht nur einen über das Lagerschild 8 hinausragenden Stumpf 25 der Rotorwelle 5 umgibt sondern noch in axialer Richtung das Ende der Rotorwelle 5 überragt. The open end 14 of the tube 12 is connected via a tubular section 17 and a line 18 which borders on the section 17 to a source 20 for a cooling medium. The cooling medium is preferably oil. The source 20 is in particular a pump. The opening of the cavity 9 at the end 11 between the outside of the tube 12 and the inside of the cavity 9 opens into a chamber 21 , one wall of which is formed by the section 17 . The chamber 21 is a part of the fixed Ge häuses the electrical machine and is located in a proceeding from the bearing plate 8 hollow cylindrical projection 22 surrounding not only a projecting beyond the bearing plate 8 stump 25 of the rotor shaft 5 but even in the axial direction of the end of the rotor shaft 5 towers.

Der Vorsprung 23 ist am seinem Ende durch einen Deckel 23 ver schlossen, mit dem der Abschnitt 17 integral verbunden ist. Die Stirnseite des hohlzylindrischen Abschnitts 17 grenzt an das Ende 14 des Rohrs 12 an. Zwischen der Stirnseite des Abschnitts 17 und dem stirnseitigen Rand des Rohrs 12 ist eine Dichtung 24 angeordnet. Zwischen dem Stumpf 25 und der Innenseite des Vorsprungs 22 ist eine weitere Dichtung 26 angeordnet.The projection 23 is closed at its end by a cover 23 with which the section 17 is integrally connected. The end face of the hollow cylindrical section 17 is adjacent to the end 14 of the tube 12 . A seal 24 is arranged between the front side of the section 17 and the front edge of the tube 12 . A further seal 26 is arranged between the stump 25 and the inside of the projection 22 .

Der Hohlraum 21 weist eine z. B. in der zylindrischen Außenwand angeordnete Öffnung 27 auf, an die eine in der Zeichnung sche matisch dargestellte Rohrleitung 28 angeschlossen ist, die zu einem Behälter 29 bzw. Tank verläuft. Vom Behälter 29 verläuft eine in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Rohrleitung zur Quelle 20 bzw. Pumpe. Im Zuge der Leitung 28, d. h. zwischen der Kammer 21 und dem Behälter 29, ist ein in der Zeichnung schematisch dargestellter Wärmetauscher 31 ange ordnet.The cavity 21 has a z. B. in the cylindrical outer wall arranged opening 27 to which a pipe 28 shown in the drawing is connected, which extends to a container 29 or tank. From the container 29 runs a pipe shown only schematically in the drawing to the source 20 or pump. In the course of the line 28 , ie between the chamber 21 and the container 29 , a heat exchanger 31 shown schematically in the drawing is arranged.

Im Tank 29 bzw. Behälter befindet sich ein Vorrat an Kühl flüssigkeit, insbesondere Öl. Die Welle 5 ragt über das Lager schild 5 mit einem Wellenstumpf 32 hinaus, an dem eine nicht dargestellte, angetriebene Einheit angekuppelt ist.In the tank 29 or container there is a supply of cooling liquid, in particular oil. The shaft 5 protrudes over the bearing plate 5 with a stub shaft 32 , to which a driven unit, not shown, is coupled.

Im Betrieb der elektrischen Maschine, insbesondere bei der Ab gabe einer höheren Leistung, z. B. Nennleistung, an die An triebseinheit, saugt die Pumpe 20 aus dem Behälter 29 Kühl flüssigkeit an und speist sie über die Leitung 18 und den Ab schnitt 17 in das Rohr 12 ein. Die Kühlflüssigkeit durchströmt das Rohr 12 und tritt am Ende 13 aus. Zwischen dem Ende 13 und dem geschlossenen Ende 10 befindet sich der freie Raum 33, in dem die Kühlflüssigkeit umgelenkt wird und nach der Umlenkung in den Raum zwischen der Außenseite der Rohrs 12 und der zylin drischen Innenseite des Hohlraums 9 eintritt. Die Kühlflüssig keit strömt in diesen Raum bis zum Ende 11 und strömt von dort in die Kammer 21. Von der Kammer 21 aus gelangt die Kühl flüssigkeit zum Wärmetauscher 31 bzw. Kühler, von dem sie zum Behälter 29 strömt.In the operation of the electrical machine, especially when giving a higher power, z. B. nominal power, to the drive unit, the pump 20 sucks cooling fluid from the container 29 and feeds it via the line 18 and the section 17 into the tube 12 . The coolant flows through the tube 12 and exits at the end 13 . Between the end 13 and the closed end 10 is the free space 33 , in which the cooling liquid is deflected and after the deflection into the space between the outside of the tube 12 and the cylindrical inner side of the cavity 9 occurs. The cooling liquid flows into this space up to the end 11 and flows from there into the chamber 21 . From the chamber 21 , the cooling liquid reaches the heat exchanger 31 or cooler, from which it flows to the container 29 .

Im Rotor 2 entsteht im Betrieb der elektrischen Maschine Wärme. Die Wärme wird von der Verlustleistung der in der Wicklung fließenden Ströme und der Unmagnetisierung des Eisen hervor rufen. Weitere Verluste entstehen durch Lager- und Luft treibung. Durch diese Verluste erwärmt sich der Rotor 2. Von den Wärmequellen der Wicklung und dem Statorblechpaket wird auch die Rotorwelle 5 erwärmt. An der Wand des Hohlraums 5 findet ein Wärmeübergang zur Kühlflüssigkeit statt, deren Tem peratur hierdurch zunimmt. Die erwärmte Kühlflüssigkeit strömt zum Wärmetauscher 31, wo ihr Wärme entzogen wird. Anschließend strömt die Kühlflüssigkeit zum Behälter 29, aus dem die Pumpe 20 Kühlflüssigkeit entnimmt. Es ist somit ein Kühlkreislauf vorhanden. Der Durchsatz, d. h. die Menge an Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit, kann der im Rotor 2 entstehenden Wärme so an gepaßt werden, daß die Rotorwellentemperatur gegenüber dem Blechpaket einen starken Temperaturgradienten hat. Infolge dessen gelangt der überwiegende Teil der im Rotor erzeugten Verlustwärme über die Rotorwelle 5 in die Kühlflüssigkeit. Dies bedeutet, daß die durch Strahlung und Konvektion von der Oberfläche abgegebene Wärme im Vergleich zu der von der Kühl flüssigkeit abgeführten Wärme gering ist, so daß diese Wärme über die Oberfläche des Gehäuses abgeführt werden kann, ohne daß eine Belüftung im Gehäuse notwendig ist.Heat is generated in the rotor 2 during operation of the electrical machine. The heat will result from the power loss of the currents flowing in the winding and the non-magnetization of the iron. Warehousing and air drift cause further losses. The rotor 2 heats up as a result of these losses. The rotor shaft 5 is also heated by the heat sources of the winding and the stator laminated core. On the wall of the cavity 5 there is a heat transfer to the cooling liquid, the temperature of which increases as a result. The heated coolant flows to the heat exchanger 31 , where heat is extracted from it. The coolant then flows to the container 29 , from which the pump 20 removes coolant. There is therefore a cooling circuit. The throughput, ie the amount of cooling liquid per unit time, can be adapted to the heat generated in the rotor 2 so that the rotor shaft temperature has a strong temperature gradient compared to the laminated core. As a result, the major part of the waste heat generated in the rotor reaches the cooling liquid via the rotor shaft 5 . This means that the heat emitted by radiation and convection from the surface is small in comparison to the heat dissipated by the cooling liquid, so that this heat can be dissipated over the surface of the housing without ventilation in the housing being necessary.

Das Gehäuse kann daher geschlossen ausgebildet werden, wodurch sich eine hohe Schutzart erzielen läßt, d. h. Staub und Feuch tigkeit können nicht ins Innere des Gehäuses eindringen.The housing can therefore be made closed, whereby a high degree of protection can be achieved, d. H. Dust and damp activity cannot penetrate inside the housing.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung strömt die Kühlflüssig keit vom Rohr 12 zur Kammer 21. Die umgekehrte Strömungs richtung ist ebenfalls möglich, d. h. die Pumpe speist in die Kammer 21 ein und die erwärmte Kühlflüssigkeit gelangt vom Hohlraum 9 in das Rohr 12 und von dort zum Wärmetauscher 31. Durch die Verbindung des Rohrs 12 mit der Rotorwelle 5 rotieren beide Teile gemeinsam um die Drehachse 15.In the device shown in FIG. 1, the cooling liquid flows from the tube 12 to the chamber 21 . The reverse flow direction is also possible, ie the pump feeds into the chamber 21 and the heated cooling liquid passes from the cavity 9 into the tube 12 and from there to the heat exchanger 31 . By connecting the tube 12 to the rotor shaft 5 , both parts rotate together about the axis of rotation 15 .

In der Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform einer elek trischen Maschine im Längsschnitt dargestellt. Bei dieser Ma schine handelt es sich um eine Geschaltete Reluktanzmaschine, die ausgeprägte Pole im Stator 33 und Rotor 34 hat. Der Rotor hat keine Wicklung. Der Rotor 34 weist eine Rotorwelle 35 auf, die in zwei Lagerschilden 36, 37 eines Gehäuses 38 drehbar ge lagert ist. Ein über das Lagerschild 36 hinausragender Wellen stumpf 39 ist für die Verbindung mit einer Antriebseinheit z. B. über eine Kupplung bestimmt. In der Rotorwelle 35 ist ein zylindrischer Hohlraum 40 vorhanden, der in axialer Richtung der Welle verläuft und auf dem Niveau, auf dem sich das Lager schild 36 befindet, geschlossen ist. Die Rotorwelle 35 hat wei terhin einen über das Lagerschild 37 hinausragenden Wellen stumpf 41, in dem sich der Hohlraum 40 ebenfalls bis zu dessen Ende mit einer Öffnung 42 erstreckt. Vom Lagerschild 37 springt ein Gehäuseabschnitt 43 vor, der den Wellenstumpf 41 umgibt und in seinem, dem Lagerschild abgewandten vorderen Bereich eine Kammer 44 bildet, die im Abstand vor der Öffnung 42 einen Durchlaß 45 hat, durch den ein Rohr 46 flüssigkeitsdicht hin durchgeführt ist. Das Rohr 46 erstreckt sich im Inneren des Hohlraums 40 bis nahe an dessen geschlossenen Ende. Zwischen der Außenseite des Rohrs 46 und der Wand des Hohlraums 40 ist ein Abstand vorhanden, wobei die zylindrische Wand der Rotor welle 35 das Rohr 46 konzentrisch umgibt.In Fig. 3, another embodiment of an electrical machine is shown in longitudinal section. This machine is a switched reluctance machine that has pronounced poles in the stator 33 and rotor 34 . The rotor has no winding. The rotor 34 has a rotor shaft 35 which is rotatably supported in two end plates 36 , 37 of a housing 38 . A protruding over the end shield 36 waves stump 39 is for connection to a drive unit z. B. determined via a clutch. In the rotor shaft 35 there is a cylindrical cavity 40 which extends in the axial direction of the shaft and is closed at the level on which the bearing plate 36 is located. The rotor shaft 35 has a stub 41 protruding beyond the end shield 37 , in which the cavity 40 also extends to the end with an opening 42 . A housing section 43 projects from the end shield 37 , which surrounds the stub shaft 41 and forms in its front region facing away from the end shield a chamber 44 which has a passage 45 at a distance from the opening 42 through which a tube 46 is passed in a liquid-tight manner. The tube 46 extends inside the cavity 40 to close to its closed end. There is a distance between the outside of the tube 46 and the wall of the cavity 40 , the cylindrical wall of the rotor shaft 35 concentrically surrounding the tube 46 .

Die Öffnung 42 mündet in die Kammer 44, die eine vordere Wand 47, eine dem Lagerschild 37 nähere Wand 48 und eine zylindrische äußere Wand 49 hat, in der sich eine Öffnung 50 befindet.The opening 42 opens into the chamber 44 , which has a front wall 47 , a wall 48 closer to the end shield 37 and a cylindrical outer wall 49 in which there is an opening 50 .

Der in die Kammer 44 hineinragende, im Betrieb der Reluktanz maschine rotierende Wellenstumpf 41 ist zur feststehenden Wand 48 hin abgedichtet.The protruding into the chamber 44 , rotating in the operation of the reluctance machine stub shaft 41 is sealed off from the fixed wall 48 .

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist das Rohr 46, das insbe sondere aus Aluminium besteht, feststehend mit dem Gehäuse 38 verbunden, während sich die Rotorwelle 35 im Betrieb der Ma schine dreht. Die Kühlflüssigkeit wird in die vor der Wand 47 angeordnete Öffnung 51 des Rohrs 35 eingeleitet und strömt bis zur anderen Öffnung 52 des Rohrs 35. Nach dem Austreten aus dem Rohr 35 wird die Kühlflüssigkeit umgelenkt und strömt im Spalt zwischen der Außenwand des Rohrs 35 und der Wand des Hohlraums 40 bis zur Öffnung 42, die in die Kammer 44 mündet. Die Kühl flüssigkeit wird auch bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 von einer Pumpe gefördert, die in einem nicht dargestellten Kühl flüssigkeitskreislauf mit einem Kühler und einem Behälter ange ordnet ist.In the device according to FIG. 3, the tube 46 , which in particular consists of aluminum, is fixedly connected to the housing 38 , while the rotor shaft 35 rotates during the operation of the machine. The cooling liquid is introduced into the opening 51 of the tube 35 arranged in front of the wall 47 and flows to the other opening 52 of the tube 35 . After exiting the tube 35 , the cooling liquid is deflected and flows in the gap between the outer wall of the tube 35 and the wall of the cavity 40 up to the opening 42 , which opens into the chamber 44 . The cooling liquid is also promoted in the device according to FIG. 3 by a pump which is arranged in a cooling liquid circuit, not shown, with a cooler and a container.

Claims

1. A method for cooling an electrical machine with a stator and a rotor, which has an iron sheet package on a rotor shaft and the heat loss is dissipated by a flowing cooling medium, characterized in that in an axial direction of the rotor shaft, open at one end and at the other end of the closed cavity, a stream of a liquid cooling medium is fed in, is deflected before the closed end, and is returned separately from the flow extending to the deflection region to the open end of the cavity from which the flow is derived, and that the flow up to Deflection area either in the central area of the cavity or in the area close to the wall of the cavity and after the deflection area either in the area close to the wall of the cavity or in the central area of the cavity.

2. The method according to claim 1, characterized in that the The cooling medium is oil.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling medium is moved in a circuit that one arranged outside the electrical machine Contains heat exchanger and a pump.

4. Device for cooling an electrical machine with a stator and a rotor, which has a laminated core and a rotor shaft and whose heat loss is dissipated by a flow of the cooling medium, characterized in that in an axial direction in the rotor shaft ( 5 ), at one end ( 11 ) open and at the other end ( 10 ) closed cavity ( 9 ) is open at both ends in the longitudinal direction of the cavity ( 9 ) extending pipe ( 12 ) is arranged, the outside of which is spaced from the wall of the cavity ( 9 ) and one open end of which is spaced from the closed end ( 10 ) of the cavity ( 9 ), and that the other end of the tube ( 12 ) is connected to a source ( 20 ) for a liquid cooling medium and which the tube ( 12 ) immediate opening of the cavity ( 9 ) with a chamber ( 21 ) for receiving and removing the cooling medium or with a chamber for receiving and removing the cooling medium and bypassing the pipe End opening of the cavity is connected to a source for the liquid cooling medium.

5. The device according to claim 4, characterized in that the cavity ( 9 ) has a cylindrical inner wall and concentrically surrounds the tube ( 12 ) at a distance.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the tube ( 12 ) is connected by webs ( 16 ) to the wall of the cavity ( 9 ).

7. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the tube ( 46 ) is connected to the housing of the machine.

8. The device according to at least one of the preceding An sayings, characterized in that the cooling medium is oil is.

9. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tube ( 12 ) and the cavity ( 9 ) in a cooling circuit with a pump ( 20 ), a heat exchanger ( 31 ) and a container ( 29 ) for the cooling medium are arranged.

10. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the opening of the cavity ( 9 ) outside the tube ( 12 ) opens into the chamber ( 21 ) which surrounds the end of the rotor shaft ( 5 ) and against the leakage the cooling medium from the chamber on the rotor shaft is sealed.

11. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the chamber ( 21 ) is arranged in a housing projection which is arranged at a distance from a housing wall containing a bearing.

12. The device according to at least one of the preceding An sayings, characterized by the training as Asynchronous machine.