EP2277254A2 - Elektrische maschine mit einer kühleinrichtung - Google Patents

Elektrische maschine mit einer kühleinrichtung

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Publication number
EP2277254A2
EP2277254A2 EP09741971A EP09741971A EP2277254A2 EP 2277254 A2 EP2277254 A2 EP 2277254A2 EP 09741971 A EP09741971 A EP 09741971A EP 09741971 A EP09741971 A EP 09741971A EP 2277254 A2 EP2277254 A2 EP 2277254A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
medium
cooling
rotor
cooling medium
electrical machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09741971A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Esse
Douglas-Brent Hackett
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2277254A2 publication Critical patent/EP2277254A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a housing in which a rotor is rotatably arranged and in which a coolant having a cooling device is provided.
  • the invention further relates to a method for cooling the electric machine.
  • oil cooling systems for electrical machines which are designed as a nozzle cooling or as a sump cooling.
  • a nozzle cooling acting as a cooling medium oil is distributed through nozzles inside the housing.
  • a sump cooling an oil sump is formed in the interior of the housing of the electric machine, in which the rotor dives at least in sections and so entrains oil in a rotation of the oil sump for the purpose of cooling. The oil wets the rotor and parts of the electric machine.
  • a disadvantage here is that, for a sufficient cooling effect in the case of a nozzle cooling, a larger number of nozzles must be arranged in the interior of the housing of the electric machine in order to effect the most effective and effective introduction of the oil. Such nozzles are expensive to assemble and take up space.
  • a sump cooling is disadvantageous that only a good rotor wetting takes place when it runs in the oil sump, so that substantially only an outer circumferential surface of the rotor is sufficiently cooled.
  • the object of the invention is to provide an electrical machine with improved cooling, in particular a sufficient contribution and to effect uniform distribution of cooling medium within the electric machine.
  • an electric machine with a housing in which a rotor is rotatably arranged and in which a coolant having a cooling device is provided.
  • at least one medium swirling element which rotates with the rotor and deviates from a rotationally symmetrical shape, is arranged in the housing.
  • Electric machines that are required to perform well such as in electric motors of electric vehicles or hybrid vehicles, or generally in hybrid applications, require active cooling as described above.
  • a medium swirling element is arranged in the housing, which rotates with the rotor.
  • the medium Verwirungsungselement has such a design that it deviates from a rotationally symmetrical shape.
  • the medium swirling element is a rotor balancing disk.
  • Rotor balancing discs are known in the art, they serve to balance imbalances, such as those in the manufacture of the rotor, in particular by application of electrical windings, arise and are undesirable at higher speeds compensate. They are regularly applied to the end of the rotor on the shaft and rotatably connected to the rotor.
  • the rotor balancing disc hereby obtains a double use, namely on the one hand as a means for balancing the rotor and on the other hand as medium Verwirungsungselement.
  • the medium Verwirungsungselement on at least one of its end faces and / or its lateral surfaces on at least one swirl projection and / or a Verwirbelungsverianaung for the cooling medium has either a swirling protrusion and / or a swirling depression.
  • a swirling projection is an element emerging from the medium swirling element, while a swirling depression is introduced into the swirling element. This results in irregularities of outer surfaces, namely the end faces and / or the lateral surfaces, which impart a pulse in the rotation upon impact of cooling medium molecules and lead to a movement, ultimately to a turbulence of the cooling medium within the housing.
  • the swirling projection and / or the swirling recess are formed in the same material as the medium swirling element. This means that about the Verwirbelungsverianaung introduced into the material of the swirling element, in particular from this by, for example, by machining processes or by way of a casting or other manufacturing process excluded.
  • Verwirbelungsvorsprung is attached to the geometry of the swirling element of the same material, for example, molded or molded.
  • the Verwirbelungsvorsprung in the course of the production of medium Verwirungsungselement mitausge gives the following: - A -
  • the Verwirbelungsvorsprung and / or the Verwirbelungsverianaung is formed as a separate part on Mediumverwirungsungselement.
  • the training is not only uniform in material, but also possible in material diversity.
  • designed as replacement parts especially changeable, swirling projections or Verwirbelungsverianaonne provide that can be maintained or exchanged at high mileages of the electric machine.
  • swirl brush it is meant that a plurality of swirl protrusions are grouped together so as to protrude from the medium swirling element, similar to a brush or forming a brush. Details show the figures.
  • Verwirbelungsverianaung formed radially extending. This means that the Verwirbelungsvorsprung or the Verwirbelungsverianaung runs in the direction of the radial extension, so for example, the Verwirbelungsvorsprung beyond an outer periphery of the medium Verwirungsungs instituten, so for example in the form of the aforementioned brush, which extends extending in the radial direction, or that the Verwirbelungsvertiefung example in a Front side of the medium Verwirungsungselement extending in the radial direction, for example, starting from the rotor shaft, is designed to extend radially.
  • At least one swirling recess is formed as an open-edged recess extending over a partial circumference of the medium swirling element.
  • the swirling recess runs circumferentially, wherein it is designed as an open-edged recess which extends over a partial circumference of the medium swirling element, that is to say with a deviation from the rotationally symmetrical shaping.
  • recesses are introduced into the outer circumference of the medium swirling element, that is to say, for example, the rotor balancing disk already mentioned, which effect the impingement of cooling medium and cause it to swirl.
  • the cooling device a
  • Cooling medium sump device and / or a cooling medium injection device is. Both cooling medium sump devices and cooling medium injection devices are known. In the
  • Cooling medium sump device the rotor runs in a sump of cooling medium, which is arranged in the interior of the housing, while in the cooling medium injection device, the cooling medium is sprayed via injection nozzles into the interior of the housing and in this case components of the electrical machine, in particular the rotor acted upon.
  • cooling medium sump device and cooling medium injection device are also conceivable.
  • At least one Mediumsprüh- and / or Mediumnebelflinder is arranged, which has a guide for collected cooling medium.
  • the Mediumsprüh- and / or medium mist catcher serves to catch sprayed or atomized cooling medium and to hold and / or to guide in a desired manner, including a guide for the cooling medium collected by him is provided.
  • the guide is directed to the medium Verwirungsungselement. Collected cooling medium is therefore passed directly back to the medium Verwirungsungselement and re-whirled from there.
  • a particularly effective and effective feedback and refluidization of the cooling medium can be achieved so that it does not have to run lengthily from the walls of the housing, for example into the cooling medium sump, but is immediately available for the new turbulence.
  • the cooling medium is a cooling lubricant, in particular an oil.
  • a cooling lubricant in particular an oil.
  • the lubrication in particular also the already mentioned rotor shaft. Due to the turbulence of the cooling lubricant, this can be done in a particularly advantageous manner in the housing of the electric machine distribute and thus reaches places that are difficult to reach by lubricant or from which lubricant is easily discharged again. In this way it is very advantageous to prevent a lack of lubrication, even under unfavorable operating conditions.
  • a method for cooling an electric machine is proposed, in particular, as described above, inside its housing, in which a rotor is rotatably arranged and in which a cooling medium having a cooling device is provided.
  • the cooling takes place by swirling the cooling medium by means of at least one medium swirling element, which rotates with the rotor and deviates from a rotationally symmetrical shape.
  • the cooling takes place here by swirling the cooling medium, for which purpose the medium swirling element is provided.
  • Figure 1 shows an electrical machine in longitudinal section
  • FIG. 2 shows the electric machine with turbulence elements and medium spray and / or medium mist catcher
  • FIG. 3 shows a design of the medium swirling element with swirl projections and depressions
  • FIG. 4 shows a swirling element with swirling protrusions designed as swirling brushes
  • FIG. 5 shows the same turbulence element in a different view
  • FIG. 6 shows a swirling element with swirling depressions formed as edge-open recesses of a partial circumference
  • FIG. 7 shows the same medium swirling element in a different view.
  • Figure 1 shows an electric machine 1 with a coil 2 having stator 3, wherein the coils 2 are located within a housing 4 of the electric machine and having an air gap 5 between them a rotor 6 which is rotatable in the housing 4 on a rotor shaft 7 stored between the coil 2.
  • the rotor 6 has at its end sides 8 in each case a rotor balancing disk 9, which is non-rotatably connected to the rotor 6 and / or the rotor shaft 7 and thus rotates with the rotor 6.
  • a cooling medium sump 10 is provided on the underside within the housing 4, in which cooling medium 1 1 accumulates due to gravity.
  • the rotor 6 immersed in the cooling medium 1 1 in the cooling medium sump 10 at least in sections and tears this in a rotation with it, so that it contributes to a spill of cooling medium 11 within the housing 4
  • the cooling medium 1 1 drains from the housing walls 12 and collects again in the cooling medium sump 10.
  • the housing 4 has in each case end in its interior medium nebulizer 13, which collects spilled cooling medium 11 and directed by training as a guide 14 targeted to the rotary balancing disks 9, the when Medium Verwirungsungsimplantation 15 are formed.
  • a targeted admission of Mediumverwirbelungsetti 15 is achieved so that an immediate turbulence of the trapped and on the
  • Coolor would have to be spun again.
  • a cooling device 18 is formed for the electric machine, which is designed as a cooling medium sump device 19.
  • FIG. 2 again shows the electric machine 1 with the housing 4 and the rotor 6, to the end of which the rotor balancing disks 9 designed as medium swirling elements 15 are non-rotatably connected.
  • the electric machine 1 in this case has a cooling medium injection device 20, is injected at the cooling medium 1 1 via spray nozzles 21 in the housing 4, to which a cooling medium circuit 22 is provided with a cooling medium reservoir 23 and a cooling medium 11 promoting cooling medium pump 24.
  • the cooling medium pump 24 downstream of the spray nozzles 21 are arranged downstream, with cooling medium 1 1 from the interior of the housing 4 via a drain point 25 in the coolant reservoir 23 back.
  • the spray nozzles 21 act on a plurality of jets of cooling medium 1 1 or via ademediumsprühfnatureer 26
  • FIG. 3 shows a rotor balancing disk 9 designed as a medium swirling element 15 for the above-described electrical machine 1 (not shown here) in a perspective view.
  • This has a central recess 28 for the passage of the rotor shaft 7, not shown here.
  • the medium swirling element 15 Verwirbelungsveriana 30, which are introduced in the form of open-edged recesses 31 in the end face 27, such that they extend from the central recess 28 at radially extending up to the lateral surface 32 of the medium Verwirungsungselements 15.
  • the open-edged recesses 31 are in this case as four equally angularly spaced edge open
  • the Verwirbelungsveriana 30 are remote from the rotor 6, not shown here and facing the housing 4, not shown here.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the medium swirling element 15 in which swirling protrusions 33 in the form of swirling brushes 34 are formed. These are preferably formed as replaceable Verwirbelungsbürsten 34 and made of a different material than the medium Verwirungsungselement 15, so that they can be replaced, for example, when worn.
  • FIG. 5 shows the same medium swirling element 15, viewed on its lateral surface 32, from which the swirling brushes 34, namely the swirling protrusions 33, protrude.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the medium Verwirungsungselements 15, namely the rotor balancing disk 9, in cross-section, wherein Verwirbelungsveriana 30 in the form of open-edged recesses 31 are formed over a partial circumference 35 of the medium Verwirbelungselement 15 interrupting the continuous lateral surface 32.
  • FIG. 7 shows the same medium swirling element 15 with the open-edged recesses 31 as swirling recesses 30, which extend over the partial circumference 35 of the medium swirling element 15, namely its lateral surface 32, and are formed diametrically opposite one another.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem Gehäuse (4), in dem ein Rotor (6) drehbar angeordnet und in dem eine ein Kühlmedium (11) aufweisende Kühleinrichtung (18) vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dass mindestens ein, mit dem Rotor (6) mit drehendes, von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweichendes Mediumverwirbelungselement (15) im Gehäuse (4) angeordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen der elektrischen Maschine (1).

Description

Beschreibung
Titel Elektrische Maschine mit einer Kühleinrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, in dem ein Rotor drehbar angeordnet und in dem eine ein Kühlmedium aufweisende Kühleinrichtung vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen der elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Ölkühlungen für elektrische Maschinen bekannt, die als Düsenkühlung oder als Sumpfkühlung ausgebildet sind. Bei einer Düsenkühlung wird als Kühlmedium wirkendes Öl über Düsen im Gehäuseinneren verteilt. Bei einer Sumpfkühlung wird im Inneren des Gehäuses der elektrischen Maschine ein Ölsumpf ausgebildet, in dem der Rotor zumindest abschnittsweise eintaucht und so bei einer Rotation aus dem Ölsumpf Öl zum Zwecke der Kühlung mitreißt. Das Öl benetzt hierbei den Rotor und Teile der elektrischen Maschine.
Hierbei ist nachteilig, dass zu einer hinreichenden Kühlwirkung im Falle einer Düsenkühlung eine größere Anzahl von Düsen im Inneren des Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet werden muss, um eine möglichst wirksame und effektive Einbringung des Öls zu bewirken. Derartige Düsen sind aufwendig zu montieren und beanspruchen Bauraum. Bei einer Sumpfkühlung ist nachteilig, dass lediglich eine gute Rotorbenetzung stattfindet, wenn dieser im Ölsumpf läuft, so dass im Wesentlichen lediglich eine Außenmantelfläche des Rotors hinreichend gekühlt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung bereitzustellen, insbesondere eine hinreichende Einbringung und gleichmäßige Verteilung von Kühlmedium innerhalb der elektrischen Maschine zu bewirken.
Offenbarung der Erfindung
Hierzu wird eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse vorgeschlagen, in dem ein Rotor drehbar angeordnet und in dem eine ein Kühlmedium aufweisende Kühleinrichtung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist im Gehäuse mindestens ein, mit dem Rotor mitdrehendes, von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweichendes Mediumverwirbelungselement angeordnet. Elektrische Maschinen, die hohe Leistungen erbringen müssen, wie dies beispielsweise bei Elektromotoren von Elektrofahrzeugen oder von Hybridfahrzeugen, oder generell in Hybridanwendungen, der Fall ist, benötigen eine aktive Kühlung, wie vorstehend beschrieben. Erfindungsgemäß wird ein Mediumverwirbelungselement im Gehäuse angeordnet, das sich mit dem Rotor mitdreht. Das Mediumverwirbelungselement hat dabei eine solche Ausbildung, dass es von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweicht. Seine Geometrie ist folglich nicht rotationssymmetrisch-gleichmäßig, sondern sie weist Bereiche auf, in denen keine Rotationssymmetrie vorliegt. Hierdurch kann erreicht werden, dass im Gehäuse befindliches Kühlmedium besser verteilt wird, insbesondere verwirbelt wird, als dies mit rein rotationssymmetrischen Formgebungen, wie beispielsweise im Stand der Technik über den Rotor selbst, möglich ist. Gerade die von der rotationssymmetrischen Formgebung abweichende Ausbildung des Mediumverwirbelungselements führt in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine zu einer fortdauernden Impulsbeaufschlagung von Kühlmedium-Molekülen, die entweder auf das Mediumverwirbelungselement auftreffen oder im Gehäuse vorhanden sind und von der nicht rotationssymmetrischen Form des Mediumverwirbelungselements getroffen werden. Es wird folglich auf die Kühlmedium-Moleküle eine kinetische Energie eingetragen, die zu deren
Wandern im Inneren des Gehäuses führen, so dass auch entlegene Bereiche dieses Gehäuses und der darin befindlichen Anordnung, insbesondere des Rotors, des Stators und der Welle beziehungsweise deren Lagerungen, erreicht werden. Es tritt demzufolge eine aktive Verwirbelung des Kühlmediums ein. In einer Ausführungsform ist das Mediumverwirbelungselement eine Rotorwuchtscheibe. Rotorwuchtscheiben sind im Stand der Technik bekannt, sie dienen dazu, Unwuchten, wie sie bei der Herstellung des Rotors, insbesondere durch Aufbringung von elektrischen Wicklungen, entstehen und bei höheren Drehzahlen unerwünscht sind, auszugleichen. Regelmäßig werden sie endseitig des Rotors auf der Welle aufgebracht und mit dem Rotor drehfest verbunden. Die Rotorwuchtscheibe erhält hiermit eine Doppelverwendung, nämlich zum Einen als Mittel zum Auswuchten des Rotors und zum Anderen als Mediumverwirbelungselement.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Mediumverwirbelungselement an mindestens einer seiner Stirnseiten und/oder seiner Mantelflächen mindestens einen Verwirbelungsvorsprung und/oder eine Verwirbelungsvertiefung für das Kühlmedium auf. Mindestens eine der Stirnseiten und/oder mindestens eine der Mantelflächen des Mediumverwirbelungselements weist demzufolge entweder einen Verwirbelungsvorsprung und/oder eine Verwirbelungsvertiefung auf. Ein Verwirbelungsvorsprung ist hierbei ein aus dem Mediumverwirbelungselement heraustretendes Element, während eine Verwirbelungsvertiefung in das Verwirbelungselement eingebracht ist. Hierdurch ergeben sich Unregelmäßigkeiten von Außenflächen, nämlich der Stirnseiten und/oder der Mantelflächen, die in der Rotation bei Auftreffen von Kühlmedium-Molekülen diesen einen Impuls verleihen und zu einer Bewegung, letztlich zu einer Verwirbelung des Kühlmediums, innerhalb des Gehäuses führen.
Bevorzugt ist der Verwirbelungsvorsprung und/oder die Verwirbelungsvertiefung materialeinheitlich mit dem Mediumverwirbelungselement ausgebildet. Dies bedeutet, dass etwa die Verwirbelungsvertiefung in das Material des Verwirbelungselements eingebracht, insbesondere aus diesem durch beispielsweise spanabhebende Verfahren oder im Wege eines Guss- oder sonstigen Herstellungsverfahrens ausgenommen, ist. Der
Verwirbelungsvorsprung ist an die Geometrie des Verwirbelungselements materialeinheitlich angebracht, beispielsweise angegossen oder angespritzt. Bevorzugt wird der Verwirbelungsvorsprung im Zuge der Herstellung des Mediumverwirbelungselements mitausgebildet. - A -
In einer anderen Ausführungsform ist der Verwirbelungsvorsprung und/oder die Verwirbelungsvertiefung als separates Teil am Mediumverwirbelungselement ausgebildet. Die Ausbildung ist nicht nur materialeinheitlich, sondern auch in Materialverschiedenheit möglich. Hierdurch lassen sich beispielsweise auch als Ersatzteile ausgebildete, insbesondere wechselbare, Verwirbelungsvorsprünge oder Verwirbelungsvertiefungen vorsehen, die bei hohen Laufleistungen der elektrischen Maschine gewartet oder getauscht werden können.
Bevorzugt sind mehrere Verwirbelungsvorsprünge in Form mindestens einer Verwirbelungsbürste ausgebildet. Mit Verwirbelungsbürste ist gemeint, dass mehrere Verwirbelungsvorsprünge derart zusammengefasst sind, dass sie, einer Bürste ähnlich oder eine Bürste ausbildend, aus dem Mediumverwirbelungselement hervortreten. Näheres zeigen die Figuren.
In einer Ausführungsform ist der Verwirbelungsvorsprung und/oder die
Verwirbelungsvertiefung radial verlaufend ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Verwirbelungsvorsprung beziehungsweise die Verwirbelungsvertiefung in Richtung der Radialerstreckung verläuft, also beispielsweise der Verwirbelungsvorsprung über einen Außenumfang des Mediumverwirbelungselements hinaustritt, also beispielsweise in Form der bereits erwähnten Bürste, wobei sich diese in Radialrichtung verlaufend erstreckt, oder dass die Verwirbelungsvertiefung beispielsweise in eine Stirnseite des Mediumverwirbelungselements in Radialrichtung verlaufend, beispielsweise von der Rotorwelle ausgehend, radial verlaufend ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Verwirbelungsvertiefung als sich über einen Teilumfang des Mediumverwirbelungselements erstreckende randoffene Ausnehmung ausgebildet. Die Verwirbelungsvertiefung verläuft demzufolge umfangsseitig, wobei sie als randoffene Ausnehmung ausgebildet ist, die sich über einen Teilumfang des Mediumverwirbelungselements, mithin also unter Abweichung von der rotationssymmetrischen Formgebung, erstreckt. Hierbei sind in den Außenumfang des Mediumverwirbelungselements, also beispielsweise der bereits erwähnten Rotorwuchtscheibe, Ausnehmungen eingebracht, die die Impulsbeaufschlagung von Kühlmedium bewirken und zu Verwirbelung desselben führen. Weiter ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung eine
Kühlmediumsumpfeinrichtung und/oder eine Kühlmediumspritzeinrichtung ist. Sowohl Kühlmediumsumpfeinrichtungen als auch Kühlmediumspritzeinrichtungen sind bekannt. Bei der
Kühlmediumsumpfeinrichtung läuft der Rotor in einem Sumpf aus Kühlmedium, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, während bei der Kühlmediumspritzeinrichtung das Kühlmedium über Spritzdüsen in das Innere des Gehäuses gespritzt wird und hierbei Bestandteile der elektrischen Maschine, insbesondere den Rotor, beaufschlagt. Selbstverständlich sind auch Kombinationen aus Kühlmediumsumpfeinrichtung und Kühlmediumspritzeinrichtung denkbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Gehäuse mindestens ein Mediumsprüh- und/oder Mediumnebelfänger angeordnet ist, der eine Leiteinrichtung für gesammeltes Kühlmedium aufweist. Der Mediumsprüh- und/oder Mediumnebelfänger dient dazu, eingesprühtes oder vernebeltes Kühlmedium aufzufangen und in einer gewünschten Art und Weise zu halten und/oder zu leiten, wozu eine Leiteinrichtung für das von ihm gesammelte Kühlmedium vorgesehen ist.
Bevorzugt ist die Leiteinrichtung auf das Mediumverwirbelungselement gerichtet. Gesammeltes Kühlmedium wird demzufolge direkt zurück auf das Mediumverwirbelungselement geleitet und von dort neu verwirbelt. Auf diese Weise lässt sich eine besonders wirkungsvolle und effektive Rückführung und Neuverwirbelung des Kühlmediums erreichen, so dass dieses nicht langwierig von Wänden des Gehäuses, beispielsweise in den Kühlmediumsumpf, ablaufen muss, sondern sofort zur neuen Verwirbelung zur Verfügung steht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Kühlmedium ein Kühlschmiermittel, insbesondere ein Öl, ist. Auf diese Weise wird nicht nur ein wirksamer Austrag von Abwärme der elektrischen Maschine bewirkt, sondern in sehr vorteilhafter Weise auch deren Schmierung, insbesondere auch der bereits erwähnten Rotorwelle. Durch die Verwirbelung des Kühlschmiermittels nämlich lässt sich dieses in besonders vorteilhafter Weise im Gehäuse der elektrischen Maschine verteilen und erreicht so auch Stellen, die nur schwer von Schmiermittel erreichbar sind oder von denen Schmiermittel leicht wieder ausgetragen wird. Auf diese Weise lässt sich sehr vorteilhaft eine Mangelschmierung verhindern, und zwar auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen. Vielmehr wird sichergestellt, dass die elektrische Maschine nicht nur gut gekühlt, sondern auch über ihre gesamte Laufzeit gut geschmiert ist, ohne dass dem Schmiermittel besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden müsste, wie dies beispielsweise bei intervallischer Schmierung, insbesondere bei durch Wartung erfolgende Schmierung, der Fall ist, da hier ausgetragenes oder verlorenes Schmiermittel stets nachgefüllt werden muss.
Weiter wird ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, insbesondere, wie vorstehend beschrieben, im Inneren ihres Gehäuses, in dem ein Rotor drehbar angeordnet und in dem eine ein Kühlmedium aufweisende Kühleinrichtung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß erfolgt das Kühlen durch ein Verwirbeln des Kühlmediums mittels mindestens eines, mit dem Rotor mitdrehenden, von einer roationssymmetrischen Formgebung abweichenden Mediumverwirbelungselements. Die Kühlung erfolgt hierbei durch ein Verwirbeln des Kühlmediums, wozu das Mediumverwirbelungselement vorgesehen wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine elektrische Maschine im Längsschnitt mit
Mediumverwirbelungselementen und Mediumnebelfänger; Figur 2 die elektrische Maschine mit Verwirbelungselementen und Mediumsprüh-/ und/oder Mediumnebelfänger;
Figur 3 eine Ausbildung des Mediumverwirbelungselements mit Verwirbelungsvorsprüngen und -Vertiefungen;
Figur 4 ein Verwirbelungselement mit als Verwirbelungsbürsten ausgebildeten Verwirbelungsvorsprüngen;
Figur 5 dasselbe Verwirbelungselement in anderer Ansicht;
Figur 6 ein Verwirbelungselement mit als randoffene Ausnehmungen eines Teilumfangs ausgebildete Verwirbelungsvertiefungen und
Figur 7 dasselbe Mediumverwirbelungselement in anderer Ansicht.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Spulen 2 aufweisenden Stator 3, wobei sich die Spulen 2 innerhalb eines Gehäuses 4 der elektrischen Maschine befinden und mit einem Luftspalt 5 zwischen sich einen Rotor 6 aufweisen, der in dem Gehäuse 4 auf einer Rotorwelle 7 drehbar zwischen den Spulen 2 lagert. Der Rotor 6 weist an seinen Endseiten 8 jeweils eine Rotorwuchtscheibe 9 auf, die drehfest mit dem Rotor 6 und/oder der Rotorwelle 7 verbunden ist und sich somit mit dem Rotor 6 mitdreht. Innerhalb des
Gehäuses 4 ist ein Kühlmediumsumpf 10 unterseitig innerhalb des Gehäuses 4 vorgesehen, in dem sich Kühlmedium 1 1 schwerkraftbedingt sammelt. Der Rotor 6 taucht in das Kühlmedium 1 1 im Kühlmediumsumpf 10 zumindest abschnittsweise ein und reißt dieses in einer Rotation mit sich, so dass es zu einem Verschleudern von Kühlmedium 11 innerhalb des Gehäuses 4 bei
Rotation des Rotors 6 kommt. Das Kühlmedium 1 1 läuft von Gehäusewänden 12 ab und sammelt sich wieder im Kühlmediumsumpf 10. Das Gehäuse 4 weist jeweils endseitig in seinem Inneren Mediumnebelfänger 13 auf, die verschleudertes Kühlmedium 11 auffangen und durch eine Ausbildung als Leiteinrichtung 14 gezielt auf die Rotationswuchtscheiben 9 leiten, die als Mediumverwirbelungselemente 15 ausgebildet sind. Hierdurch wird eine gezielte Beaufschlagung der Mediumverwirbelungselemente 15 erreicht, so dass eine sofortige Verwirbelung des aufgefangenen und auf die
Mediumverwirbelungselemente 15 geleiteten Kühlmediums 1 1 erfolgt, ohne dass dieses erst in den Kühlmittelsumpf 11 gelangen und über die Rotation des
Rotors wieder aufgeschleudert werden müsste. Hierdurch erfolgt eine sehr feine und hochwirksame Verwirbelung und Vernebelung des Kühlmediums 1 1 , das bevorzugt als Kühlschmiermittel 16, insbesondere als Öl 17, ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Kühleinrichtung 18 für die elektrische Maschine ausgebildet, die als Kühlmediumsumpfeinrichtung 19 ausgebildet ist.
Figur 2 zeigt wiederum die elektrische Maschine 1 mit dem Gehäuse 4 und dem Rotor 6, dem endseitig die als Mediumverwirbelungselemente 15 ausgebildeten Rotorwuchtscheiben 9 drehfest angeschlossen sind. Die elektrische Maschine 1 weist hierbei eine Kühlmediumspritzeinrichtung 20 auf, bei der Kühlmedium 1 1 über Spritzdüsen 21 in das Gehäuse 4 eingespritzt wird, wozu ein Kühlmediumkreislauf 22 mit einem Kühlmediumvorratsbehälter 23 und einer hieraus Kühlmedium 11 fördernden Kühlmediumpumpe 24 vorgesehen ist. Der Kühlmediumpumpe 24 stromabwärts sind die Spritzdüsen 21 nachgeordnet, wobei Kühlmedium 1 1 aus dem Inneren des Gehäuses 4 über eine Ablaufstelle 25 in den Kühlmittelvorratsbehälter 23 zurückgelangt. Die Spritzdüsen 21 beaufschlagen über mehrere Strahlen von Kühlmedium 1 1 oder über einen Kühlmediumsprühfänger 26 die Mediumverwirbelungselemente 15, nämlich die Rotorwuchtscheiben 9. In axialer Verlängerung der Rotorwuchtscheiben 9, im Inneren des Gehäuses 4 angeordnet, bevorzugt am Gehäuse 4 innenseitig gehalten, sind Leiteinrichtungen 14, bevorzugt als Leitbleche 27, vorgesehen, die zumindest einen Teil des Kühlmittelsprühfängers 26 fangen und auf die Mediumverwirbelungselemente 15 leiten, so dass durch diese das eingesprühte Kühlmedium 1 1 unmittelbar der Verwirbelung zugeführt wird.
Figur 3 zeigt eine als Mediumverwirbelungselement 15 ausgebildete Rotorwuchtscheibe 9 für die vorstehend beschriebene elektrische Maschine 1 (hier nicht dargestellt) in perspektivischer Ansicht. Diese weist eine Mittenausnehmung 28 zum Durchtritt der hier nicht dargestellten Rotorwelle 7 auf. An ihrer Stirnseite 29 weist das Mediumverwirbelungselement 15 Verwirbelungsvertiefungen 30 auf, die in Form von randoffenen Ausnehmungen 31 in die Stirnseite 27 eingebracht sind, dergestalt, dass sie von der Mittenausnehmung 28 an radial verlaufend bis hin zur Mantelfläche 32 des Mediumverwirbelungselements 15 verlaufen. Die randoffenen Ausnehmungen 31 sind hierbei als vier gleichmäßig winkelbeabstandete randoffene
Ausnehmungen 31 ausgebildet. Die Verwirbelungsvertiefungen 30 sind dem hier nicht dargestellten Rotor 6 abgewandt und dem hier nicht dargestellten Gehäuse 4 zugewandt.
Figur 4 zeigt eine andere Ausführung des Mediumverwirbelungselements 15, bei der Verwirbelungsvorsprünge 33 in Form von Verwirbelungsbürsten 34 ausgebildet sind. Diese sind bevorzugt als ersetzbare Verwirbelungsbürsten 34 und aus einem anderen Material als das Mediumverwirbelungselement 15 bestehend ausgebildet, so dass sie beispielsweise bei Abnutzung ausgetauscht werden können.
Figur 5 zeigt dasselbe Mediumverwirbelungselement 15 in Ansicht auf dessen Mantelfläche 32, aus der die Verwirbelungsbürsten 34, nämlich die Verwirbelungsvorsprünge 33, hervortreten.
Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform des Mediumverwirbelungselements 15, nämlich der Rotorwuchtscheibe 9, im Querschnitt, wobei Verwirbelungsvertiefungen 30 in Form von randoffenen Ausnehmungen 31 über einen Teilumfang 35 des Mediumverwirbelungselements 15 unter Unterbrechung der durchgehenden Mantelfläche 32 ausgebildet sind.
Figur 7 zeigt dasselbe Mediumverwirbelungselement 15 mit den randoffenen Ausnehmungen 31 als Verwirbelungsvertiefungen 30, die sich über den Teilumfang 35 des Mediumverwirbelungselements 15, nämlich dessen Mantelfläche 32, erstrecken und diametral gegenüberliegend ausgebildet sind.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Maschine (1 ) mit einem Gehäuse (4), in dem ein Rotor (6) drehbar angeordnet und in dem eine ein Kühlmedium (1 1 ) aufweisende Kühleinrichtung (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, mit dem Rotor (6) mitdrehendes, von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweichendes Mediumverwirbelungselement (15) im Gehäuse (4) angeordnet ist.
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mediumverwirbelungselement (15) eine Rotorwuchtscheibe (9) ist.
3. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Mediumverwirbelungselement (15) an mindestens einer seiner Stirnseiten (29) und/oder seiner Mantelfläche (32) mindestens einen Verwirbelungsvorsprung (33) und/oder eine Verwirbelungsvertiefung (30) für das Kühlmedium (1 1 ) aufweist.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungsvorsprung (33) und/oder die Verwirbelungsvertiefung (30) materialeinheitlich mit dem Mediumverwirbelungselement (15) ausgebildet ist.
5. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungsvorsprung (33) und/oder die Verwirbelungsvertiefung (30) als separates Teil am Mediumverwirbelungselement (15) ausgebildet ist.
6. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verwirbelungsvorsprünge (33) in Form mindestens einer Verwirbelungsbürste (34) ausgebildet sind.
7. Elektrische Maschine (1 )nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungsvorsprung (33) und/oder die Verwirbelungsvertiefung (30) radial verlaufend ausgebildet ist.
8. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verwirbelungsvertiefung (30) als sich über einen Teilumfang (35) des Mediumverwirbelungselements (15) erstreckende randoffene Ausnehmung (31 ) ausgebildet ist.
9. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (18) eine Kühlmediumsumpfeinrichtung (19) und/oder eine Kühlmediumspritzeinrichtung (20) aufweist.
10. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (4) mindestens ein Mediumsprüh- (26) und/oder Mediumnebelfänger angeordnet ist, der eine Leiteinrichtung (14) für gesammeltes Kühlmedium (1 1 ) aufweist.
1 1 . Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (14) auf das Mediumverwirbelungselement (15) gerichtet ist.
12. Elektrische Maschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (1 1 ) ein Kühlschmiermittel (16), insbesondere ein Öl (17), ist.
13. Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine (1 ), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, im Inneren ihres Gehäuses (4), in dem ein Rotor (6) drehbar angeordnet und in dem eine ein Kühlmedium (1 1 ) aufweisende Kühleinrichtung (18) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch ein Verwirbeln des Kühlmediums (1 1 ) mittels mindestens eines, mit dem Rotor (6) mitdrehenden, von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweichenden Mediumverwirbelungselements (15).
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