EP2702669A2 - Gehäuseeinheit und elektrische maschine mit einer gehäuseeinheit - Google Patents

Gehäuseeinheit und elektrische maschine mit einer gehäuseeinheit

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Publication number
EP2702669A2
EP2702669A2 EP12725655.0A EP12725655A EP2702669A2 EP 2702669 A2 EP2702669 A2 EP 2702669A2 EP 12725655 A EP12725655 A EP 12725655A EP 2702669 A2 EP2702669 A2 EP 2702669A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
housing
opening
housing unit
flow medium
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Withdrawn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
EP12725655.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Hartig
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2702669A2 publication Critical patent/EP2702669A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/10—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the invention relates to a housing assembly for an electrical ⁇ specific machine with at least one housing and at least a flow device for generating at least a first stream of a fluid medium, said Strömungsvor ⁇ direction is disposed within the at least one housing.
  • Different types of cooling of components of an electrical machine are known. These may also be arranged differently in or on a housing unit.
  • an air cooling system wherein one electric machine is supplied via external fan L—, wherein the air for a press through of ⁇ is recooled components to be cooled of the electric machine by an externally arranged as radiator.
  • di ⁇ direct cooling for example, windings of winding heads of an electric machine by means of liquid cooling.
  • a water jacket cooling of a stator is known.
  • It is an object of the present invention provides a housing ⁇ unit in which can be carried out a good dissipation of heat loss ⁇ Ver.
  • the inventive configuration provides a higher power density ge ⁇ geninate arrangements of the prior art. This leads to a compact housing unit and accordingly to a compact electric machine. Also, such a housing unit is quiet.
  • an electric machine is to be understood as meaning a motor or generator, such as a low-voltage machine, a high-temperature superconductor (HTS) motor, a permanent magnet (PM) motor, and / or any other machine conceivable to the person skilled in the art.
  • a housing unit is to be understood as meaning a unit which comprises components of the electrical machine, such as a shaft, a rotor, a rotor
  • the housing unit may comprise a single housing or a plurality of housings, such as an inner and an outer housing.
  • a flow device is intended here to represent a device which actively influences a flow of a flow medium, such as a liquid, a gas and in particular of air.
  • the flow device has at least one fan, but can also have other components, such as ⁇ a deflecting.
  • a blower is to be understood here as a device which accelerates the flow medium or air.
  • the fan is formed wingless, wherein said wings ⁇ los that the flow of the flow medium, which give off or ejected without takes place by means of wings, rotor blades, or a rotating component.
  • the part of the fan from which the flow of the flow ⁇ medium emerges such as a distributor ring or an opening on it, no wings, rotor blades or rotating components.
  • the flow device may include a primary source for the first flow of the flow medium.
  • This primary source can be any apparatus deemed suitable by a person skilled in the art, such as a pump, a generator or a motor, which may have a rotor and a fan wheel.
  • this definition of the fanless fan does not extend to components of the flow device that perform secondary functions, such as angular displacement or change in flow intensity.
  • a Coanda surface should be understood to mean a surface in which a flow medium, the emerges from an opening and a surface follows the Coanda effect shows.
  • the flow of the flow medium tends to "run along" a convex surface rather than peeling off and moving in the original direction of motion.
  • the Coanda effect is a well known and proven entrainment effect by directing a primary media flow over a Coanda surface is. a be ⁇ scription of the features of a Coanda surface, and the effect of the media stream to the Coanda surface may in scientific loan publications, are found for example in Reba, Scientific American, publication 214, may 1966, pp 84 to 92.
  • the first current of the Stömungsmediums directed and one that can be disposed in the housing construction ⁇ part, in particular the rotor, the stator and / or the winding heads is blown towards the cooling is
  • the flow device or the blower is preferably arranged axially spaced in front of and / or behind the electric machine in an axial direction of the shaft of the electric machine which can be arranged in the housing having Strö ⁇ mung medium.
  • egg under ⁇ nem distribution channel a structure are understood to include the stream of flow medium and / or a direction of flow of the current dictates. advantageously supplied to the
  • Distribution channel the at least one opening with Strömungsmedi ⁇ order.
  • Strö ⁇ mung medium can be structurally simple passed and the opening to be supplied.
  • the distribution channel can be any conceivable to the expert as conceivable form, such as raceway-shaped, rod-shaped, polygonal, square, oval, half-round and especially round aufwei- sen.
  • the distributor channel extends at least over a partial region of the blower, as a result of which the flow of the flow medium can be sufficiently distributed via the blower.
  • the partial region may be a polygonal region, a sector of a ring, a half of a ring or, preferably, a ring.
  • the at least one opening is adapted to be ⁇ vorzugt the design of the distribution channel and extends along its entire extent.
  • the opening is designed as a slot which is co-centric to the distribution channel or its ring shape.
  • the fan is annular.
  • the fan can be realized with a low weight.
  • the fan thereby has a central recess, whereby the fan can be integrated to save space in the housing unit.
  • the fan may be arranged so that the axis of the electric machine passes through the opening. Cooling, for example of the rotor or of the stator, can be particularly uniform in this case if the fan extends centrally around the shaft. In principle, however, an unzentharide arrangement would be conceivable.
  • the distribution channel and the fan through the ring shape have the same shape, whereby the distribution channel can be structurally easily integrated into the fan.
  • the distribution channel extends along an entire circumference of the blower.
  • a wall of the distri ⁇ lerkanals forms a basic shape of the blower and / or the fan is a wall of the distribution channel.
  • the at least one opening has an opening direction which is aligned substantially coaxially with respect to an axis of a component which can be rotated about the axis and can be arranged in the housing.
  • ⁇ a direction to be understood as an opening direction, which extends in the same direction as the flow direction of the flow of the flow medium.
  • the opening direction thus points to the components of the electrical machine which can be arranged in the housing.
  • substantially coaxial is to be understood ⁇ the target that even a deviation in the opening direction of the axis at an angle of up to 30 ° understood as a coaxial arrangement.
  • the alignment according to the invention makes it possible to ensure that the first flow of the flow medium can flow out of the opening without hindrance and without turbulence.
  • the at least one opening to be ⁇ forms to provide the blower, an action as a nozzle.
  • the first flow of the flow medium can be easily accelerated in terms of design.
  • an entrained around the fan flowing second stream of the flow medium is amplified many times over the first flow of the flow medium.
  • This amplification has, for example, a factor of 15.
  • the central Ausspa ⁇ tion of the fan proves to be advantageous, since so the second stream of the flow medium can be freely supplied and entrained.
  • the Coanda surface can have any orientation that can be considered practicable by the person skilled in the art or can be arranged at any conceivable location in the region of the opening, preferably directly at the opening. In a further embodiment of the invention, however, it is provided that the Coanda surface is arranged in a Strö ⁇ tion direction of the flow medium after the at least one opening of the distribution channel.
  • the opening is an exit point of the first stream of Strö ⁇ mung medium from the manifold channel.
  • the voltage Publ ⁇ there is arranged on the distributor channel, where at a configura- ration of two adjacent walls of the distribution channel one of these walls ends.
  • an extension surface of the opening is oriented perpendicular to the flow or opening direction, wherein the extension surface, starting from the end of the shorter wall, is oriented perpendicular to the opposite wall.
  • the Coanda surface and the axis enclose an angle between 7 ° and 20 ° and in particular 15 °. These values have proven to be particularly useful for using the Coanda effect. With these values, a sufficient flow of the first fluid medium over the Coanda surface can be ⁇ it is sufficient, resulting in an effective entrainment of the second stream of the flow medium and therefore to a maxima ⁇ len total media stream.
  • the blower is formed from a non-magnetic material.
  • the material is preferably a plastic which is resistant to high Tem ⁇ temperatures, such as polyimides, polyetherimides or Polyacrynitrile. In general, however, any other material considered suitable by the person skilled in the art can be used. It may also be advantageous if the material is carried out elekt ⁇ driven conductive. In this case, aluminum, copper or polyacrylonitriles in particular could be used. Furthermore, it may be advantageous if the housing unit having a turbomachine, which sucks the first stream of the flow medium and supplies it to the distributor channel of the Ge ⁇ blvesses.
  • the turbomachine is the above-described primary source for generating the first stream and is designed as a turbo unit or an electric motor with fan.
  • the suction performance of the flow medium in this case preferably of ne outside of the housing via an outwardly of recess fene ⁇ a machine housing of Turbo Machines.
  • the supply to the distribution channel is again via a connecting channel which is arranged in the flow direction after the fan.
  • the turbomachine may be arranged completely inside, partially in ⁇ nergur, partially outside or completely outside the Ge ⁇ housing.
  • an on ⁇ part is arranged outside the housing, which facilitates maintenance by easy accessibility and / or
  • the flow ⁇ machine is arranged in a normal working operation of the housing can be arranged in the electric machine in the radial direction above the shaft, whereby the entry of Strö ⁇ tion medium in the recess of the machine housing of the turbomachine is facilitated.
  • a further embodiment of the invention provides that the fan is designed in one piece with the housing.
  • the fan and the housing has at least ⁇ only with loss of function of the two components from each other can be separated.
  • the blower in the manufacture of the housing can be poured into this or the blower and the housing are as a component, preferably by means of a
  • the housing has a portion which is integrally ⁇ arranged on one side of the blower, which faces in a direction that is oriented opposite to the flow direction of the first one of the at least one opening exiting stream of the flow medium. Due to the availability of the area, space or a space for the second flow of the flow medium can be created.
  • this area can be supplied by at least one recess of the housing with the second stream of the flow ⁇ medium.
  • the recess is preferably arranged in the region of the housing in which the turbomachine is at ⁇ sorted, whereby an inflow of the flow medium unge ⁇ prevent from possible from the top outside the housing and in the normal operating Häbe ⁇ .
  • advantageous new flow medium can be supplied continuously.
  • the housing unit has at least ⁇ a cooling device for cooling the at least the first stream of the flow medium.
  • a cooling device for cooling the at least the first stream of the flow medium.
  • the cooling device is connected upstream in a flow path of the flow medium of the flow device. It can be arranged centrally or decentrally around the housing and is preferably integrated in a casing of the housing. Preferably, the second stream of the flow medium is cooled.
  • the total flow of the flow medium emerging from the flow device can leave the housing again after passing through the components of the electrical machine and again the first and / or the second stream of the flow medium are supplied.
  • the cooling device may advantageously already recooled flow medium as first and second stream of the flow device and / or the area adjacent to the fan via recesses in the turbomachine and the Ge ⁇ housing to be supplied.
  • the housing unit has an electrical machine which is at least partially disposed in the housing.
  • the rotor, the stator and the winding heads of the electric machine are arranged in the housing.
  • the shaft of the electric machine can pass through the housing in the axial direction and thus can be arranged partially outside of the housing.
  • the invention is based on an electrical machine with at least one housing unit.
  • the flow device has a fan with a turbomachine, wherein the Strö ⁇ tion machine sucks a first stream of the flow medium and a distributor channel of the fan supplies and wherein the first stream of the flow medium after an exit from ⁇ at least one opening of the distribution channel guided by a Coanda surface of the fan at least one component of the electric ⁇ rule machine blows addressed and wherein the housing has an area which is arranged on one side of the blower, which faces in a direction opposite to the flow ⁇ direction of the oriented at least one opening exiting first flow of the flow medium, wherein said ⁇ ser area is supplied by at least one recess of the housing with a second flow of the flow medium.
  • FIG. 2 shows a section of the housing unit according to the invention of FIG. 1 with a flow device
  • FIG. 3 shows the flow device of FIG. 2 in a front view
  • FIG 5 is a perspective and enlarged view of a
  • FIG. 6 shows a detail of an alternative housing unit with an integrally formed with the housing flow device.
  • FIG. 1 shows an electrical machine 12 in the form of a high-temperature superconductor motor 60, which is at least partially disposed in a housing 14 of a housing unit 10.
  • Winding heads 66 of the motor 60 are arranged completely within the Ge ⁇ housing 14.
  • a shaft 68 which extends along an axis 36 and drives the rotor 62, passes through the housing 14 in an axial direction 70.
  • the housing unit 10 has a flow device 16 for generating a first flow 18 of a flow medium 20 in the form of air.
  • the first flow 18 of the flow medium 20 flows from outside the housing 14 along the flow device 16 in a flow direction 40 into an interior space 72 of the housing 14 (see FIG. 2).
  • the Strö ⁇ mungsvoriques 16 is within the housing 14 in axial Direction 70 of the shaft 68 axially spaced behind the elec ⁇ cal machine 12 is arranged.
  • the flow device 16 has a fan 22 and a Strö ⁇ tion machine 46 in the form of an electric motor 74 with a fan 76 in a machine housing 78 (see FIG 3).
  • the blower 22 is formed of a non-magnetic material 44, such as the plastic polyimide.
  • the fan 22 is annular, wherein the ring 80 extends centrally about the axis 36 and the shaft 68.
  • the turbomachine 46 is arranged net.
  • the turbomachine 46 sucks in the first stream 18 of the flow medium 20 and supplies it to a distribution channel 32 of the blower 22.
  • controls not shown here may be arranged on an outwardly facing side, for example to set a rotational speed of the electric motor 74.
  • the housing 14 has a portion 48 which is disposed on one side 50 of the fan 22 which faces away from the electrical machine's ⁇ 12th
  • the region 48 is supplied with a second flow 56 of the flow medium 20 through a recess 54 on the upper side 82 of the housing 14. This second flow 56 flows from outside the housing 14 through the recess 54 into the region 48 and from there through a recess 84 of the ring 80 in the direction of the electrical machine 12.
  • a cooling device 58 for cooling the first flow 18 and the second flow 56 of the flow medium 20 is arranged around the housing 14 in the circumferential direction 88.
  • the cooling device 58 is formed by a heat exchanger is connected upstream in a flow path of Strömungsme ⁇ diums 20 of the flow device sixteenth Thereby already cooled flow medium 20 enters the flow ⁇ device 16 and the area 48 a.
  • the flow device 16 is shown alone. As described above, the flow device 16 has a turbomachine 46 and an annular blower 22.
  • the ring 80 extends concentrically about an axis 42 and defi ⁇ ned with its shape and extent of the recess 84.
  • FIG 4 which shows a section along the line IV-IV in Figure 3 can be seen, has the fan 22 the distri ⁇ lerkanal 32 for the first stream 18 of the flow medium 20, an opening 24 on the distribution channel 32, which is supplied by the distri ⁇ lerkanal 32 with flow medium 20, and a Coanda surface 26.
  • the distributor channel 32 is likewise of annular design and thus extends in the circumferential direction 88 over a partial region 33 and in particular over an entire circumference of the blower 22.
  • the blower 22 forms a wall 90 of the distributor channel 32.
  • a width 94 of the fan coaxial to the axis 42 is 50 mm, wherein the Ver ⁇ divider channel 32 is narrower by the extent of the wall 90.
  • the opening 24 has an opening direction 34 which is coaxial with the axis 36 of the rotatable about the axis 36 Bau ⁇ part 30 and the rotor 62 and the flow direction 40 is aligned. Further, the opening 24 is formed by a ring-shaped gen slot which extends along the ring 80 of the Ge ⁇ bläses 22nd
  • the wall 90 of the fan in the region of the opening 24 has an inner wall region 96 and an outer wall region 98, which are arranged opposite one another in a folded arrangement.
  • a fictitious extension surface of the opening 24 extends, starting from one end 100 of the inner wall region 96, perpendicular to the opposite one Outer wall portion 98 and perpendicular to the flow direction 40 and opening direction 34.
  • An extension of the opening 24 along the extension surface from the end 100 to resonatelie ⁇ ing outer wall portion 98 is between 1 mm and 5 mm wide, preferably 1.3 mm.
  • a conically tapered opening 24 to the throat portion 102 is disposed, thereby the opening 24 to be ⁇ forms to give the blower 22, an effect as a nozzle 38th
  • the Coanda surface 26 is arranged in the region of the opening 24 and in the flow direction 40 of the flow medium 20 after the opening 24, the Coanda surface 26 is arranged.
  • the Coanda surface 26 is symmetrical about the axis 42. Further, the Coanda surface 26 and the axis 42 enclose an angle of 15 °.
  • a guide surface 104 is arranged, which extends approximately over two-thirds of the width 94 of the blower 22.
  • the guide surface 104 and the general design of the blower 22 are chosen to a shape of a support ho ⁇ true.
  • the first flow 18 of the flow medium 20 emerges from the opening 24 in a predetermined direction 28 in the direction of the electric machine 12 and selectively blows the components 30 arranged in the housing 14 (see FIG.
  • the guide surface 104 in this case supports the directed outflow of the first stream 18.
  • the mode of operation of the flow device 16 is described in more detail below with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the electric motor 74 of the turbomachine 46 which is arranged in the machine housing 78, sucks through a recess 106 in the Ma ⁇ machine housing 78, the first stream 18 of the flow medium 20 from outside the housing 14 and into the machine housing 78.
  • the sucked amount of flow medium 20 between 20 and 30 liters per second and preferably about 27 liters per second.
  • An arranged on the electric motor 74 and driven by this fan 76 directs the first stream 18 of the flow medium 20 through a Connecting channel 108 in the distribution channel 32 of the blower 22.
  • the first flow 18 of the flow medium 20 is narrowed before sei ⁇ nem exit from the opening 24 only in the constriction region 102 and then at the opening 24.
  • the outflow of the stream 18 from the opening 24 generates a negative pressure at the recess 106 and leads to a further suction of flow medium 24 through the recess 106 in the flow device 16.
  • the flow of the first stream 18 via the Coanda surface 26 and the guide surface 104th amplifies the first stream 18 of the flow medium 20 by means of the Coanda effect.
  • the second flow 56 of the flow medium 20 is influenced. This is or flows in the region 48, which is arranged on the side 50 of the blower 22, wherein the side 50 in a direction 52 facing, opposite
  • Flow direction 40 of emerging from the opening 24 first flow 18 of the flow medium 20 is oriented. Due to the immediate vicinity of the area 48 and the blower 22 or the opening 24, the second current 56 from the first current 18 is carried along. Here, the second stream 56 flows through the recess 84, wherein a part can flow over the guide surface 104, and combines with the first stream 18 to a total flow 110 of the flow medium 20.
  • the total flow 110 can in this case a flow volume of 500 to 700 liters per Second have.
  • the total flow 110 now flows in the direction 28 or in the flow direction 40 to the components 30 of the electric machine 12 to flow through them and thus to cool ⁇ len. After flowing through the components 30, the total current 110 is again directed out of the housing 14 through a recess 112 and can again be supplied to the first flow 18 and the second flow 56 of the flow medium 20 (cf.
  • the flow volume can still amount to 400 to 500 liters per second.
  • the total current 110 may have a speed of 3 to 4 meters per second.
  • Higher gen speeds can be achieved by reducing the angle included between the Coanda surface and the axis. A smaller angle results in that the total current flowing in Ge ⁇ a more focused and more direct manner. Such a total flow is encountered with a higher speed and a reduced flow volume rate .
  • a larger flow volume rate can be achieved by increasing the angle trapped between the Coanda surface and the axis. Here, the speed of the total flow is reduced, but the flow volume rate is increased.
  • a housing may also be formed by an outer housing of an electric machine in the form of a Niederschreibsma ⁇ machine.
  • a shaft is completely arranged in the housing.
  • a second stream of the flow medium comes from the direction of a La ⁇ shield, which is arranged opposite of, for example, an output side of the machine (B-bearing plate) (not shown).
  • FIG 6 an alternative embodiment of the Ge ⁇ reheatier 10 is shown. Essentially, the same components, features and functions are always numbered the same. To distinguish the exemplary embodiments the reference numbers of the off ⁇ leadership example of the FIG 6, the letter a is added. The following description is essentially limited to the differences from the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 5, it being possible to refer to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 5 with regard to components, features and functions remaining the same.
  • the embodiment of Figure 6 differs from that of Figures 1 to 5 in that a housing unit having 10a for an electrical machine 12a, a housing 14a and a flow ⁇ device 16a with a fan 22a, wherein the fan 22a to the housing 14a is made in one piece.
  • blower 22a and in particular a wall 90a of a manifold channel 32a of the blower 22a is integrated with the Her ⁇ position of the housing 14 by injection molding in the housing 14a.
  • a machine housing 78a for a flow machine 46a can also be made in one piece with the housing 14a.
  • these components can also be cast in the manufacture of a housing in the housing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Gehäuseeinheit (10, 10a) für eine elektrische Maschine (12, 12a) mit zumindest einem Gehäuse (14, 14a) und mit zumindest einer Strömungsvorrichtung (16, 16a) zum Erzeugen zumindest eines ersten Stroms (18, 18a) eines Strömungsmediums (20, 20a), wobei die Strömungsvorrichtung (16, 16a) innerhalb des zumindest einen Gehäuses (14, 14a) angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Strömungsvorrichtung (16, 16a) zumindest ein Gebläse (22, 22a) aufweist, welches zumindest eine Öffnung (24, 24a) und eine Coanda-Fläche (26, 26a) aufweist, wobei die Coanda-Fläche (26, 26a) im Bereich der Öffnung (24, 24a) angeordnet ist, wodurch der erste Strom (18, 18a) des Strömungsmediums (20, 20a) in einer vorgegebenen Richtung (28, 28a) aus der zumindest einen Öffnung (24, 24a) austritt und wodurch zumindest ein im Gehäuse (14, 14a) anordenbares Bauteil (30, 30a) gezielt anblasbar ist.

Description

Beschreibung
Gehäuseeinheit und elektrische Maschine mit einer Gehäuseein¬ heit
Die Erfindung betrifft eine Gehäuseeinheit für eine elektri¬ sche Maschine mit zumindest einem Gehäuse und mit zumindest einer Strömungsvorrichtung zum Erzeugen zumindest eines ersten Stroms eines Strömungsmediums, wobei die Strömungsvor¬ richtung innerhalb des zumindest einen Gehäuses angeordnet ist .
Es sind unterschiedliche Arten von Kühlungen von Bauteilen einer elektrischen Maschine bekannt. Auch können diese in oder an einer Gehäuseeinheit verschieden angeordnet sein. Hier wäre beispielsweise eine reine Luftkühlung innerhalb ei¬ nes Gehäuses durch Antrieb eines Lüfters mittels eines Rotors der elektrischen Maschine zu nennen. Bekannt ist auch eine Luftkühlung, bei der einer elektrische Maschine über externe Lüfter Lüft zugeführt wird, wobei die Luft nach einem Durch¬ streichen von zu kühlenden Bauteilen der elektrischen Maschine durch einen ebenso extern angeordneten Wasserkühler rückgekühlt wird. Ferner besteht auch die Möglichkeit einer di¬ rekten Kühlung beispielsweise von Wicklungen von Wickelköpfen einer elektrischen Maschine mittels einer Flüssigkeitskühlung. Zudem ist auch eine Wassermantelkühlung eines Stators bekannt .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gehäuse¬ einheit bereitstellt, bei der eine gute Abführung von Ver¬ lustwärme erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Gehäuseeinheit der Eingangs ge¬ nannten Art gelöst, bei der die zumindest eine Strömungsvor¬ richtung zumindest ein Gebläse aufweist, welches zumindest eine Öffnung und eine Coanda-Fläche aufweist, wobei die Coan- da-Fläche im Bereich der Öffnung angeordnet ist, wodurch der erste Strom des Stömungsmediums in einer vorgegebenen Rieh- tung aus der zumindest einen Öffnung austritt und wodurch zu¬ mindest ein im Gehäuse anordenbares Bauteil gezielt anblasbar ist . Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine energie¬ effiziente und gleichmäßige Kühlung der in der Gehäuseeinheit angeordneten Bauteile erfolgen. Zudem kann auf großvolumige Aufbauten, wie beispielsweise Hilfskühlaggregate auf der elektrischen Maschine, wie sie im Stand der Technik üblich sind, verzichtet werden. Folglich kann eine Platz sparende
Anordnung bereitgestellt werden. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine höhere Leistungsdichte ge¬ genüber Anordnungen des Stands der Technik. Dies führt zu einer kompakten Gehäuseeinheit und demgemäß zu einer kompakten elektrischen Maschine. Auch ist eine solche Gehäuseeinheit geräuscharm.
In diesem Zusammenhang soll unter einer elektrischen Maschine ein Motor oder Generator, wie beispielsweise eine Niederspan- nungsmaschine, ein Hochtemperatur Supraleiter (HTS) Motor, ein Permanentmagnet (PM) Motor, und/oder jede andere, dem Fachmann vor denkbar erscheinende Maschine verstanden werden. Unter einer Gehäuseeinheit soll in diesem Zusammenhang eine Einheit verstanden werden, die Bauteile der elektrischen Ma- schine, wie beispielsweise eine Welle, einen Rotor, einen
Stator, einen Wickelkopf, eine Schaltung, eine Sicherung, ein Getriebebauteil, wie ein Zahnrad oder eine Kupplung, und/oder jedes andere, vom Fachmann für sinnvoll erachtete Bauteil, zumindest teilweise oder bevorzugt vollständig umschließt. Die Gehäuseeinheit kann ein einzelnes Gehäuse oder mehrere Gehäuse, wie beispielsweise ein Innen- und ein Außengehäuse aufweisen. Eine Strömungsvorrichtung soll hier eine Vorrichtung darstellen, die einen Strom eines Strömungsmediums, wie einer Flüssigkeit, eines Gases und insbesondere von Luft, ak- tiv beeinflusst. Die Strömungsvorrichtung weist zumindest ein Gebläse auf, kann aber auch andere Bauteile, wie beispiels¬ weise ein Umlenkschild, aufweisen. Unter einem Gebläse soll hier eine Vorrichtung verstanden werden, die das Strömungsmedium bzw. Luft beschleunigt. Be¬ vorzugt ist das Gebläse flügellos ausgebildet, wobei flügel¬ los meint, dass der Strom des Strömungsmediums, welcher abge- geben oder ausgestoßen wird, ohne die Hilfe von Flügeln, Rotorblätter oder einem rotierenden Bauteil erfolgt. Somit weist der Teil des Gebläses aus dem der Strom des Strömungs¬ mediums austritt, wie ein Verteilerring oder eine Öffnung daran, keine Flügel, Rotorblätter oder rotierende Bauteile auf. Durch diese flügellose Ausgestaltung kann ein Flattern und/oder ein unstetes Austreten des Stroms des Strömungsmedi¬ ums beim Ausströmen aus dem Gebläse verhindert werden. Es tritt so ein ruhiger Strom des Strömungsmediums bzw. Luft¬ strom aus der Strömungsvorrichtung aus. Zudem kommt es im In- nenraum des Gehäuses durch das Fehlen eines großen rotierenden Lüfterrads zu weniger Verschmutzung als bei einer Gehäuseeinheit mit einem Lüfter des Standes der Technik. Auch kommt es zu einer Reduzierung von Geräuschen, da kein großes Volumen des Strömungsmediums bewegt wird.
Unabhängig des vorab Beschriebenen und ohne Einfluss auf die Definition des Gebläses als flügellos kann die Strömungsvorrichtung eine Primärquelle für den ersten Strom des Strömungsmediums aufweisen. Diese Primärquelle kann jeder vom Fachmann für einsetzbar erachtete Apparat sein, wie eine Pumpe, ein Generator oder ein Motor, wobei dieser einen Rotor und ein Lüfterrad aufweisen kann. Ferner erstreckt sich diese Definition des flügellosen Gebläses nicht auf Bestandteile der Strömungsvorrichtung, die sekundäre Funktionen ausführen, wie beispielsweise eine Winkelverstellung oder eine Änderung der Strömungsintensität.
Unter einer Öffnung soll hier beispielsweise ein Loch oder ein Schlitz verstanden werden. Grundsätzlich können hier auch mehrere Löcher oder Schlitze vorgesehen sein.
In diesem Zusammenhang soll unter einer Coanda-Fläche eine Fläche verstanden werden, bei dem ein Strömungsmedium, das aus einer Öffnung austritt und einer Fläche folgt den Coanda- Effekt zeigt. Hierbei hat der Strom des Strömungsmediums die Tendenz an einer konvexen Fläche „entlangzulaufen", anstatt sich abzulösen und sich in der ursprünglichen Bewegungsrich- tung weiterzubewegen. Der Coanda-Effekt ist ein weithin bekannter und bewiesener Mitnahmeeffekt indem ein primärer Medienstrom über eine Coanda-Fläche gelenkt wird. Eine Be¬ schreibung der Merkmale einer Coanda-Fläche sowie des Effekts des Medienstroms an der Coanda-Fläche kann in wissenschaft- liehen Publikationen, wie beispielsweise in Reba, Scientific American, Ausgabe 214, Juni 1966, Seiten 84 bis 92 gefunden werden .
Unter der Wendung „in einer vorgegebenen Richtung" soll hier verstanden werden, dass der erste Strom des Stömungsmediums gerichtet und in Richtung eines im Gehäuse anordenbaren Bau¬ teils, wie insbesondere dem Rotor, dem Stator und/oder den Wickelköpfen, zu deren Kühlung ausgeblasen wird. Die Strömungsvorrichtung bzw. das Gebläse ist bevorzugt in einer axialen Richtung der Welle der im Gehäuse anordenbaren elektrischen Maschine axial beabstandet vor und/oder hinter der elektrischen Maschine angeordnet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Gebläse zumindest einen Verteilerkanal für zumindest den ersten Strom des Strö¬ mungsmediums aufweist. In diesem Zusammenhang soll unter ei¬ nem Verteilerkanal eine Struktur verstanden werden, die den Strom des Strömungsmediums einschließt und/oder eine Strö- mungsrichtung des Stroms vorgibt. Vorteilhaft versorgt der
Verteilerkanal die zumindest eine Öffnung mit Strömungsmedi¬ um. Durch die Realisierung des Verteilerkanals kann das Strö¬ mungsmedium konstruktiv einfach geleitet und der Öffnung zugeführt werden.
Der Verteilerkanal kann jede dem Fachmann als denkbar erscheinende Form, wie rennstreckenförmig, stabförmig, polygonal, viereckig, oval, halbrund und insbesondere rund aufwei- sen. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Verteilerkanal zu¬ mindest über einen Teilbereich des Gebläses, wodurch der Strom des Strömungsmediums ausreichend über das Gebläse ver¬ teilt werden kann. Hierbei kann der Teilbereich ein eckiger Bereich, ein Sektor eines Rings, eine Hälfte eines Rings oder bevorzugt ein Ring sein. Die zumindest eine Öffnung ist be¬ vorzugt an die Gestaltung des Verteilerkanals angepasst und erstreckt sich entlang dessen gesamter Erstreckung. Insbesondere ist die Öffnung als ein Schlitz ausgeführt, der co- zentrisch zu dem Verteilerkanal bzw. dessen Ringform ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Gebläse ringförmig ausgebildet ist. Damit kann das Gebläse mit einem geringen Gewicht realisiert werden. Ferner weist das Gebläse dadurch eine zentrale Aussparung auf, wodurch das Gebläse Platz sparend in die Gehäuseeinheit integriert werden kann. Beispielsweise kann das Gebläse so angeordnet werden, dass die Achse der elektrischen Maschine durch die Öffnung durchtritt. Eine Kühlung, beispielsweise des Rotors oder des Stators, kann hier- bei besonders gleichmäßige erfolgen, wenn sich das Gebläse zentrisch um die Welle erstreckt. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine unzentrische Anordnung denkbar.
Ferner haben der Verteilerkanal und das Gebläse durch die Ringform dieselbe Form, wodurch der Verteilerkanal konstruktiv einfach in das Gebläse integriert werden kann. Somit erstreckt sich der Verteilerkanal entlang eines gesamten Um- fangs des Gebläses. Bevorzugt bildet eine Wandung des Vertei¬ lerkanals eine Grundform des Gebläses und/oder das Gebläse stellt eine Wandung des Verteilerkanals dar.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Öffnung eine Öffnungsrichtung aufweist, welche im Wesentlichen coaxi- al zu einer Achse eines um die Achse rotierbaren und im Ge- häuse anordenbaren Bauteils ausgerichtet ist. In diesem Zu¬ sammenhang soll unter einer Öffnungsrichtung eine Richtung verstanden werden, die sich in dieselbe Richtung erstreckt wie die Strömungsrichtung des Stroms des Strömungsmediums. Die Öffnungsrichtung weist somit zu den im Gehäuse anordenba- ren Bauteilen der elektrischen Maschine. Unter der Wendung „im Wesentlichen coaxial" soll verstanden werden, dass auch eine Abweichung der Öffnungsrichtung von der Achse mit einem Winkel von bis zu 30° als coaxiale Anordnung verstanden wer¬ den soll. Bevorzugt verlaufen die Öffnungsrichtung und die Achse des um die Drehachse rotierbaren und im Gehäuse anor- denbaren Bauteils jedoch parallel zueinander. Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung kann erreicht werden, dass der erste Strom des Strömungsmediums behinderungsfrei und ohne Turbulenzen aus der Öffnung ausströmen kann.
Vorteilhafterweise ist die zumindest eine Öffnung dazu ausge¬ bildet, dem Gebläse eine Wirkung als eine Düse zu geben.
Hierdurch kann der erste Strom des Strömungsmediums konstruktiv einfach beschleunigt werden. In Folge des beschleunigten Austritts des ersten Stroms des Strömungsmediums aus der zu¬ mindest einen Öffnung und der Interaktion mit der Coanda- Fläche kann ein um das Gebläse strömender zweiter Strom des Strömungsmediums mitgerissen werden. Letztendlich wird ein aus der Strömungsvorrichtung austretender Gesamtmedienstrom gegenüber dem ersten Strom des Strömungsmediums um ein Vielfaches verstärkt. Diese Verstärkung hat beispielsweise einen Faktor von 15. Hierbei erweist sich auch die zentrale Ausspa¬ rung des Gebläses als vorteilhaft, da so der zweite Strom des Strömungsmediums ungehindert zugeführt und mitgerissen werden kann .
Die Coanda-Fläche kann jede vom Fachmann für praktikabel er- achteten Orientierung aufweisen oder an jedem denkbaren Ort im Bereich der Öffnung angeordnet sein, bevorzugt unmittelbar an der Öffnung. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Coanda-Fläche in einer Strö¬ mungsrichtung des Strömungsmediums nach der zumindest einen Öffnung des Verteilerkanals angeordnet ist. Hierbei stellt die Öffnung eine Austrittstelle des ersten Stroms des Strö¬ mungsmediums aus dem Verteilerkanal dar. Ferner ist die Öff¬ nung dort am Verteilerkanal angeordnet, wo bei einer Konfigu- ration von zwei benachbarten Wänden des Verteilerkanals eine dieser Wände endet. Zudem ist eine Erstreckungsfläche der Öffnung senkrecht zur Strömungs- bzw. Öffnungsrichtung ausgerichtet, wobei die Erstreckungsfläche, ausgehend von dem Ende der kürzeren Wand, senkrecht zur gegenüberliegenden Wand orientiert ist. Mittels dieser Anordnung kann der erste Strom des Strömungsmediums nach seinem Austritt aus der Öffnung un¬ mittelbar über die Coanda-Fläche strömen. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Coanda-Fläche symmetrisch zu einer Achse verläuft. Insbesondere fällt die Achse zusam¬ men mit einer Achse durch einen Kreismittelpunkt des Gebläses bzw. des Verteilerkanals. Zudem verläuft die Achse coaxial mit der im Gehäuse anordenbaren Welle. Durch diesen Verlauf kann der erste Strom des Strömungsmediums auf eine relativ zur Achse cozentrische Anordnung der Bauteile angepasst wer¬ de, was zu einer besonders effektiven Kühlung führt.
Zweckmäßigerweise schließen die Coanda-Fläche und die Achse einen Winkel zwischen 7°und 20° und insbesondere von 15° ein. Diese Werte haben sich für eine Nutzung des Coanda-Effekts besonders bewährt. Mit diesen Werten kann ein ausreichender erster Strom des Strömungsmediums über die Coanda-Fläche er¬ reicht werden, was zu einem effektiven Mitreißen des zweiten Stroms des Strömungsmediums führt und damit zu einem maxima¬ len Gesamtmedienstrom.
Ein störungsfreier Betrieb der elektrischen Maschine kann vorteilhaft erreicht werden, wenn das Gebläse aus einem un- magnetischen Material gebildet ist. Hierbei ist das Material bevorzugt ein Kunststoff, der resistent gegenüber hohen Tem¬ peraturen ist, wie beispielsweise Polyimide Polyetherimide oder Polyacrynitrile . Generell kann jedoch jedes andere, vom Fachmann für einsetzbar erachtetes Material eingesetzt wer- den. Es kann zudem vorteilhaft sein, wenn das Material elekt¬ risch leitenden ausgeführt ist. Hierbei wären insbesondere Aluminium, Kupfer oder Polyacrynitrile einsetzbar. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die Gehäuseeinheit eine Strömungsmaschine aufweist, die den ersten Strom des Strömungsmediums ansaugt und dem Verteilerkanal des Ge¬ bläses zuführt. Die Strömungsmaschine ist die oben beschrie- bene Primärquelle zur Erzeugung des ersten Stroms und ist ausgeführt als eine Turboeinheit bzw. ein Elektromotor mit Lüfterrad. Das Ansaugen des Strömungsmediums erfolg hierbei bevorzugt von außerhalb des Gehäuses über eine nach außen of¬ fene Ausnehmung eines Maschinengehäuses der Strömungsmaschi- ne . Die Zuführung zum Verteilerkanal erfolgt wiederum über einen Verbindungskanal der in Strömungsrichtung nach dem Lüfterrad angeordnet ist. Mittels der Strömungsmaschine kann der Strom des Strömungsmediums konstruktiv einfach erzeugt und dem Verteilerkanal zugeführt werden.
Die Strömungsmaschine kann komplett innerhalb, teilweise in¬ nerhalb, teilweise außerhalb oder komplett außerhalb des Ge¬ häuses angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist jedoch ein An¬ teil außerhalb des Gehäuses angeordnet, was eine Wartung durch eine leichte Zugänglichkeit erleichtert und/oder eine
Möglichkeit zur Einstellung von Parametern mittels Bedienele¬ menten der Strömungsmaschine bietet. Zudem ist die Strömungs¬ maschine in einem normalen Arbeitsbetrieb der im Gehäuse anordenbaren elektrischen Maschine in radialer Richtung ober- halb der Welle angeordnet, wodurch der Eintritt des Strö¬ mungsmediums in die Ausnehmung des Maschinengehäuses der Strömungsmaschine erleichtert wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gebläse mit dem Gehäuse einstückig ausgeführt ist. In diesem Zusammenhang soll unter einstückig verstanden werden, dass das Gebläse und das Gehäuse nur unter Funktionsverlust zumin¬ dest eines der beiden Bauteile voneinander getrennt werden können. Hierbei kann das Gebläse bei der Herstellung des Ge- häuses in dieses eingegossen werden oder das Gebläse und das Gehäuse werden als ein Bauteil, bevorzugt mittels eines
Spritzgussverfahrens, hergestellt . Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass das Gehäuse einen Bereich aufweist, der an einer Seite des Gebläses ange¬ ordnet ist, die in eine Richtung weist, die entgegen der Strömungsrichtung des aus der zumindest einen Öffnung austretenden ersten Stroms des Strömungsmediums orientiert ist. Durch die Verfügbarkeit des Bereiches kann Platz oder ein Raum für den zweiten Strom des Strömungsmediums geschaffen werden .
Vorteilhafterweise ist dieser Bereich durch zumindest eine Ausnehmung des Gehäuses mit dem zweiten Strom des Strömungs¬ mediums versorgbar. Die Ausnehmung ist bevorzugt im Bereich des Gehäuses angeordnet in dem auch die Strömungsmaschine an¬ geordnet ist, wodurch ein Zustrom des Strömungsmediums unge¬ hindert von außerhalb des Gehäuses und im normalen Arbeitsbe¬ trieb von oben erfolgen kann. Durch die Ausnehmung kann vorteilhaft neues Strömungsmedium kontinuierlich zugeführt werden .
Es wird zudem vorgeschlagen, dass die Gehäuseeinheit zumin¬ dest eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des zumindest ersten Stroms des Strömungsmediums aufweist. Unter einer Kühlvor¬ richtung soll hier jede vom Fachmann einsetzbar erachtete Kühlvorrichtung, wie beispielsweise eine Luftkühlung über ein Bauteil der elektrischen Maschine oder über extern vom Gehäuse angeordnete Lüfter, eine Flüssigkeitskühlung oder eine Wassermantelkühlung zur direkten Kühlung eines Bauteils der elektrischen Maschine und insbesondere ein Wärmetauscher, eine Flüssigkeitskühlung, eine Wassermantelkühlung oder eine Frischwasserkühlung des Gehäuses verstanden werden. Die Kühlvorrichtung ist in einem Strömungsweg des Strömungsmediums der Strömungsvorrichtung vorgeschaltet. Sie kann zentral oder dezentral um das Gehäuse angeordnet sein und ist bevorzugt in einer Ummantelung des Gehäuses integriert. Bevorzugt wird auch der zweite Strom des Strömungsmediums gekühlt. Auch kann der aus der Strömungsvorrichtung austretende Gesamtstrom des Strömungsmediums nach einem Durchströmen der Bauteile der elektrischen Maschine das Gehäuse wieder verlassen und erneut dem ersten und/oder dem zweiten Strom des Strömungsmediums zugeführt werden. Hiermit entsteht ein Strömungsmedienkreis¬ lauf. Mittels der Kühlvorrichtung kann vorteilhaft schon rückgekühltes Strömungsmedium als erster und zweiter Strom der Strömungsvorrichtung und/oder dem Bereich neben dem Gebläse über Ausnehmungen in der Strömungsmaschine und dem Ge¬ häuse zugeführt werden. Somit kommt es zu geringeren Energie¬ verlusten gegenüber Systemen des Standes der Technik.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Gehäuseeinheit eine elektrische Maschine aufweist, die zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist. Hierbei sind insbesondere der Rotor, der Stator und die Wickelköpfe der elektrischen Maschine in dem Gehäuse angeordnet. Die Welle der elektrischen Maschine hingegen kann in axialer Richtung das Gehäuse durchgreifen und kann somit teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet sein .
Ferner geht die Erfindung aus von einer elektrischen Maschine mit zumindest einer Gehäuseeinheit.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsvorrichtung ein Gebläse mit einer Strömungsmaschine aufweist, wobei die Strö¬ mungsmaschine einen ersten Strom des Strömungsmediums ansaugt und einem Verteilerkanal des Gebläses zuführt und wobei der erste Strom des Strömungsmediums nach einem Austritt aus zu¬ mindest einer Öffnung des Verteilerkanals gelenkt durch eine Coanda-Fläche des Gebläses zumindest ein Bauteil der elektri¬ schen Maschine gerichtet anbläst und wobei das Gehäuse einen Bereich aufweist, der an einer Seite des Gebläses angeordnet ist, die in eine Richtung weist, die entgegen der Strömungs¬ richtung des aus der zumindest einen Öffnung austretenden ersten Stroms des Strömungsmediums orientiert ist, wobei die¬ ser Bereich durch zumindest eine Ausnehmung des Gehäuses mit einem zweiten Strom des Strömungsmediums versorgbar ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
FIG 1 eine elektrische Maschine mit einer erfindungsgemä¬ ßen Gehäuseeinheit in einer Übersichtsdarstellung,
FIG 2 ein Ausschnitt der erfindungsgemäßen Gehäuseeinheit der FIG 1 mit einer Strömungsvorrichtung,
FIG 3 die Strömungsvorrichtung der FIG 2 in einer Fron- talansicht,
FIG 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV durch die
Strömungsvorrichtung der FIG 3, FIG 5 eine perspektivische und vergrößerte Ansicht eines
Teils der Strömungsvorrichtung der FIG 4 und
FIG 6 ein Ausschnitt einer alternativen Gehäuseeinheit mit einer einstückig mit dem Gehäuse ausgeführten Strömungsvorrichtung.
FIG 1 zeigt eine elektrische Maschine 12 in der Form eines Hochtemperatur-Supraleiter-Motors 60, die zumindest teilweise in einem Gehäuse 14 einer Gehäuseeinheit 10 angeordnet ist. Einzelne Bauteile 30, wie ein Rotor 62, ein Stator 64 oder
Wickelköpfe 66 des Motors 60, sind komplett innerhalb des Ge¬ häuses 14 angeordnet. Eine Welle 68, die sich entlang einer Achse 36 erstreckt und die den Rotor 62 antreibt, durchgreift das Gehäuse 14 in einer axialen Richtung 70.
Die Gehäuseeinheit 10 weist eine Strömungsvorrichtung 16 zum Erzeugen eines ersten Stroms 18 eines Strömungsmediums 20 in der Form von Luft auf. Hierbei strömt der erste Strom 18 des Strömungsmediums 20 von außerhalb des Gehäuses 14 entlang der Strömungsvorrichtung 16 in einer Strömungsrichtung 40 in einen Innenraum 72 des Gehäuses 14 (siehe FIG 2) . Die Strö¬ mungsvorrichtung 16 ist innerhalb des Gehäuses 14 in axialer Richtung 70 der Welle 68 axial beabstandet hinter der elekt¬ rischen Maschine 12 angeordnet.
FIG 2 zeigt einen Detailausschnitt des Bereichs des Gehäuses 14 in dem die Strömungsvorrichtung 16 angeordnet ist. Die Strömungsvorrichtung 16 weist ein Gebläse 22 und eine Strö¬ mungsmaschine 46 in der Form eines Elektromotors 74 mit einem Lüfterrad 76 in einem Maschinengehäuse 78 auf (siehe FIG 3) . Das Gebläse 22 ist aus einem unmagnetischen Material 44, wie dem Kunststoff Polyimid, gebildet. Ferner ist das Gebläse 22 ringförmig ausgebildet, wobei sich der Ring 80 zentrisch um die Achse 36 bzw. die Welle 68 erstreckt. An einer von der Welle 68 abgewandten Seite des Rings 80 und an einer Obersei¬ te 82 des Gehäuses 14 ist die Strömungsmaschine 46 angeord- net. Die Strömungsmaschine 46 saugt den ersten Strom 18 des Strömungsmediums 20 an und führt diesen einem Verteilerkanal 32 des Gebläses 22 zu. An der Strömungsmaschine 46 können an einer nach außen weisenden Seite hier nicht dargestellte Bedienelemente angeordnet sein, um beispielsweise eine Drehzahl des Elektromotors 74 einzustellen.
Das Gehäuse 14 weist einen Bereich 48 auf, der an einer Seite 50 des Gebläses 22 angeordnet ist, die weg von der elektri¬ schen Maschine 12 weist. Der Bereich 48 wird durch eine Aus- nehmung 54 an der Oberseite 82 des Gehäuses 14 mit einem zweiten Strom 56 des Strömungsmediums 20 versorgt. Dieser zweite Strom 56 strömt von außerhalb des Gehäuses 14 durch die Ausnehmung 54 in den Bereich 48 und von dort durch eine Aussparung 84 des Rings 80 in Richtung der elektrischen Ma- schine 12.
An einer Außenfläche 86 des Gehäuses 14 ist in Umfangsrich- tung 88 um das Gehäuse 14 eine Kühlvorrichtung 58 zum Kühlen des ersten Stroms 18 und des zweiten Stroms 56 des Strömungs- mediums 20 angeordnet. Die von einem Wärmetauscher gebildete Kühlvorrichtung 58 ist in einem Strömungsweg des Strömungsme¬ diums 20 der Strömungsvorrichtung 16 vorgeschaltet. Dadurch tritt bereits gekühltes Strömungsmedium 20 in die Strömungs¬ vorrichtung 16 und den Bereich 48 ein.
In FIG 3 ist die Strömungsvorrichtung 16 alleine gezeigt. Wie oben beschrieben ist, weist die Strömungsvorrichtung 16 eine Strömungsmaschine 46 und ein ringförmiges Gebläse 22 auf. Der Ring 80 erstreckt sich zentrisch um eine Achse 42 und defi¬ niert mit seiner Form und Erstreckung die Aussparung 84. Wie in FIG 4, die einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in FIG 3 zeigt, zu sehen ist, weist das Gebläse 22 den Vertei¬ lerkanal 32 für den ersten Strom 18 des Strömungsmediums 20, eine Öffnung 24 am Verteilerkanal 32, wobei diese vom Vertei¬ lerkanal 32 mit Strömungsmedium 20 versorgt wird, und eine Coanda-Fläche 26 auf. Der Verteilerkanal 32 ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und erstreckt sich somit in Umfangs- richtung 88 über eine Teilbereich 33 und insbesondere über einen gesamten Umfang des Gebläses 22. Das Gebläse 22 bildet eine Wandung 90 des Verteilerkanals 32. Im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel haben das Gebläse 22 bzw. der Ring 80 einen Au¬ ßendurchmesser 92 von 350 mm (vgl. FIG 3) . Eine Breite 94 des Gebläses coaxial zur Achse 42 beträgt 50 mm, wobei der Ver¬ teilerkanal 32 um die Erstreckung der Wandung 90 schmäler ist .
Die Öffnung 24 weist eine Öffnungsrichtung 34 auf, welche coaxial zu der Achse 36 des um die Achse 36 rotierbaren Bau¬ teils 30 bzw. des Rotors 62 und der Strömungsrichtung 40 ausgerichtet ist. Ferner ist die Öffnung 24 von einem ringförmi- gen Schlitz gebildet, der sich entlang des Rings 80 des Ge¬ bläses 22 erstreckt.
Wie in FIG 5 zu sehen ist, weist die Wandung 90 des Gebläses im Bereich der Öffnung 24 einen Innenwandbereich 96 und einen Außenwandbereich 98 auf, die in einer gefalteten Anordnung sich gegenüber angeordnet sind. Eine fiktive Erstreckungsfla¬ che der Öffnung 24 erstreckt sich, ausgehend von einem Ende 100 des Innenwandbereich 96, senkrecht zum gegenüberliegenden Außenwandbereich 98 und senkrecht zur Strömungsrichtung 40 bzw. Öffnungsrichtung 34. Eine Erstreckung der Öffnung 24 entlang der Erstreckungsflache vom Ende 100 zum gegenüberlie¬ genden Außenwandbereich 98 ist zwischen 1 mm und 5 mm breit, bevorzugt 1,3 mm. In Strömungsrichtung 40 vor der Öffnung 24 ist ein zur Öffnung 24 hin konisch zulaufender Verengungsbereich 102 angeordnet, dadurch ist die Öffnung 24 dazu ausge¬ bildet, dem Gebläse 22 eine Wirkung als Düse 38 zu geben.
Im Bereich der Öffnung 24 und in Strömungsrichtung 40 des Strömungsmediums 20 nach der Öffnung 24 ist die Coanda-Fläche 26 angeordnet. Die Coanda-Fläche 26 verläuft symmetrisch zu der Achse 42. Ferner schließen die Coanda-Fläche 26 und die Achse 42 einen Winkel von 15° ein. In Strömungsrichtung 40 nach der Coanda-Fläche 26 ist eine Leitfläche 104 angeordnet, die sich etwa über zweidrittel der Breite 94 des Gebläses 22 erstreckt. Die Leitfläche 104 und die generelle Gestaltung des Gebläses 22 sind auf eine Form einer Tragfläche abge¬ stimmt .
Mit Hilfe der Coanda-Fläche tritt der erste Strom 18 des Strömungsmediums 20 in einer vorgegebenen Richtung 28 und zwar in Richtung der elektrischen Maschine 12 aus der Öffnung 24 aus und bläst die im Gehäuse 14 angeordnete Bauteile 30 gezielt an (vgl. FIG 2) . Zudem unterstützt die Leitfläche 104 hierbei das gerichtete Ausströmen des ersten Stroms 18.
Im Folgenden ist die Funktionsweise der Strömungsvorrichtung 16 anhand der FIG 2 bis 5 näher geschrieben. Der Elektromotor 74 der Strömungsmaschine 46, der in dem Maschinengehäuse 78 angeordnet ist, saugt durch eine Ausnehmung 106 in dem Ma¬ schinengehäuse 78 den ersten Strom 18 des Strömungsmediums 20 von außerhalb des Gehäuses 14 an und in das Maschinengehäuse 78. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die angesaugte Men- ge an Strömungsmedium 20 zwischen 20 und 30 Liter pro Sekunde und bevorzugt etwa 27 Liter pro Sekunde. Ein am Elektromotor 74 angeordnetes und durch diesen angetriebenes Lüfterrad 76 lenkt den ersten Strom 18 des Strömungsmediums 20 durch einen Verbindungskanal 108 in den Verteilerkanal 32 des Gebläses 22. Der erste Strom 18 des Strömungsmediums 20 wird vor sei¬ nem Austritt aus der Öffnung 24 erst im Verengungsbereich 102 und dann an der Öffnung 24 verengt.
Der Ausstrom des Stroms 18 aus der Öffnung 24 generiert einen Unterdruck an der Ausnehmung 106 und führt zu einem weiteren Ansaugen von Strömungsmedium 24 durch die Ausnehmung 106 in die Strömungsvorrichtung 16. Das Strömen des ersten Stroms 18 über die Coanda-Fläche 26 und die Leitfläche 104 verstärkt den ersten Strom 18 des Strömungsmediums 20 mittels des Coan- da-Effekts. Auch der zweite Strom 56 des Strömungsmediums 20 wird beeinflusst. Dieser befindet sich bzw. strömt im Bereich 48, der an der Seite 50 des Gebläses 22 angeordnet ist, wobei die Seite 50 in eine Richtung 52 weist, die entgegen der
Strömungsrichtung 40 des aus der Öffnung 24 austretenden ersten Stroms 18 des Strömungsmediums 20 orientiert ist. Durch die unmittelbare Nähe des Bereichs 48 und des Gebläses 22 bzw. der Öffnung 24 wir der zweite Strom 56 vom ersten Strom 18 mitgerissen. Hierbei strömt der zweite Strom 56 durch die Aussparung 84, wobei ein Teil über die Leitfläche 104 strömen kann, und vereint sich mit dem ersten Strom 18 zu einem Gesamtstrom 110 des Strömungsmediums 20. Der Gesamtstrom 110 kann hierbei ein Strömungsvolumen von 500 bis 700 Liter pro Sekunde haben. Der Gesamtstrom 110 strömt nun in Richtung 28 bzw. in Strömungsrichtung 40 zu den Bauteilen 30 der elektrischen Maschine 12 um diese zu Durchströmen und damit zu Küh¬ len. Nach dem Durchströmen der Bauteile 30 wird der Gesamtstrom 110 wieder aus das Gehäuse 14 durch eine Ausnehmung 112 gelenkt und kann erneut dem ersten Strom 18 und dem zweiten Strom 56 des Strömungsmediums 20 zugeführt werden (vgl.
FIG 2) .
Bei einer Distanz von ca. 1000 mm zwischen der Strömungsvor- richtung 16 und den zu kühlenden Bauteilen 30 kann das Strömungsvolumen immer noch eine Menge von 400 bis 500 Liter pro Sekunde betragen. Der Gesamtstrom 110 kann eine Geschwindigkeit von 3 bis 4 Meter pro Sekunde aufweisen. Höhere Ge- schwindigkeiten können durch Reduzierung des Winkels, der zwischen der Coanda-Fläche und der Achse eingeschlossen wird, erzielt werden. Ein kleinerer Winkel führt dazu, dass der Ge¬ samtstrom in einer mehr fokussierten und direkteren Weise ausströmt. Solch ein Gesamtstrom wird mit einer höheren Geschwindigkeit und einer reduzierten Strömungsvolumenrate aus¬ gestoßen. Umgekehrt kann eine größere Strömungsvolumenrate durch Vergrößerung des Winkels, der zwischen der Coanda- Fläche und der Achse eingeschlossen wird, erzielt werden. Hierbei wird die Geschwindigkeit des Gesamtstroms reduziert, wobei jedoch die Strömungsvolumenrate erhöht wird.
Die Dimensionen und Leistung der Strömungsvorrichtung sind abhängig von der elektrischen Maschine und der Anwendung für die sie eingesetzt wird. Die hier angegebenen exemplarischen Werte müssen demgemäß je nach Einsatzgebiet vom Fachmann an- gepasst werden.
Alternativ kann ein Gehäuse auch von einem Außengehäuse einer elektrischen Maschine in der Form einer Niederspannungsma¬ schine gebildet werden. Hierbei ist auch eine Welle komplett im Gehäuse angeordnet. Bei solch einer Ausführung kommt ein zweiter Strom des Strömungsmediums aus der Richtung eines La¬ gerschilds, welches entgegengesetzt von beispielsweise einer Abtriebsseite der Maschine angeordnet ist (B-Lagerschild) (nicht gezeigt) .
In der FIG 6 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ge¬ häuseeinheit 10 dargestellt. Im Wesentlichen sind gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind jedoch den Bezugszeichen des Aus¬ führungsbeispiels der FIG 6 der Buchstabe a hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den FIG 1 bis 5, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den FIG 1 bis 5 verwiesen werden kann. Das Ausführungsbeispiel der FIG 6 unterscheidet sich von dem der FIG 1 bis 5 darin, dass eine Gehäuseeinheit 10a für eine elektrische Maschine 12a ein Gehäuse 14a und eine Strömungs¬ vorrichtung 16a mit einem Gebläse 22a aufweist, wobei das Ge- bläse 22a mit dem Gehäuse 14a einstückig ausgeführt ist.
Hierbei wurde das Gebläse 22a und insbesondere eine Wandung 90a eines Verteilerkanals 32a des Gebläses 22a bei der Her¬ stellung des Gehäuses 14a im Spritzgussverfahren in das Gehäuse 14a integriert. Ein Maschinengehäuse 78a für eine Strö- mungsmaschine 46a kann auch einstückig mit dem Gehäuse 14a ausgeführt sein.
Alternativ können diese Bauteile auch bei der Herstellung eines Gehäuses in das Gehäuse eingegossen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuseeinheit (10, 10a) für eine elektrische Maschine (12, 12a) mit zumindest einem Gehäuse (14, 14a) und mit zu- mindest einer Strömungsvorrichtung (16, 16a) zum Erzeugen zumindest eines ersten Stroms (18, 18a) eines Strömungsmediums (20, 20a), wobei die Strömungsvorrichtung (16, 16a) innerhalb des zumindest einen Gehäuses (14, 14a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Strömungsvor- richtung (16, 16a) zumindest ein Gebläse (22, 22a) aufweist, welches zumindest eine Öffnung (24, 24a) und eine Coanda- Fläche (26, 26a) aufweist, wobei die Coanda-Fläche (26, 26a) im Bereich der Öffnung (24, 24a) angeordnet ist, wodurch der erste Strom (18, 18a) des Strömungsmediums (20, 20a) in einer vorgegebenen Richtung (28, 28a) aus der zumindest einen Öffnung (24, 24a) austritt und wodurch zumindest ein im Gehäuse (14, 14a) anordenbares Bauteil (30, 30a) gezielt anblasbar ist .
2. Gehäuseeinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (22, 22a) zumindest einen Verteilerkanal (32, 32a) für zumindest den ersten Strom (18, 18a) des Strömungsmediums (20, 20a) aufweist, wobei der Verteilerkanal (32, 32a) die zumindest eine Öffnung (24, 24a) mit Strömungsmedium (20, 20a) versorgt.
3. Gehäuseeinheit nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (22, 22a) zumindest einen Verteilerkanal (32, 32a) für zumindest den ersten Strom (18, 18a) des Strömungsmediums (20, 20a) aufweist, wobei sich der Verteilerkanal (32, 32a) zumindest über einen Teilbereich (33, 33a) des Gebläses (22, 22a) erstreckt.
4. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung (24,
24a) eine Öffnungsrichtung (34, 34a) aufweist, welche im We¬ sentlichen coaxial zu einer Achse (36, 36a) eines um die Ach¬ se (36, 36a) rotierbaren und im Gehäuse (14, 14a) anordenba- ren Bauteils (30, 30a) ausgerichtet ist und/oder dass die zu¬ mindest eine Öffnung (24, 24a) dazu ausgebildet ist, dem Ge¬ bläse (22, 22a) eine Wirkung als eine Düse (38, 38a) zu ge¬ ben .
5. Gehäuseeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Coanda-Fläche (26, 26a) in einer Strömungsrichtung (40, 40a) des Strömungsmediums (20, 20a) nach der zumindest einen Öffnung (24, 24a) des Vertei- lerkanals (32, 32a) angeordnet ist.
6. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Coanda-Fläche (26, 26a) sym¬ metrisch zu einer Achse (42, 42a) verläuft und/oder dass die Coanda-Fläche (26, 26a) und die Achse (42, 42a) einen Winkel zwischen 7°und 20° und insbesondere von 15° einschließen.
7. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (22) aus einem un- magnetischen Material (44) gebildet ist.
8. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (22, 22a) ringförmig ausgebildet ist.
9. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strömungsmaschine (46, 46a), die den ersten Strom (18, 18a) des Strömungsmediums (20, 20a) an¬ saugt und einem Verteilerkanal (32, 32a) des Gebläses (22, 22a) zuführt.
10. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (22a) mit dem Gehäu¬ se (14a) einstückig ausgeführt ist.
11. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen Bereich (48) aufweist, der an einer Seite (50) des Gebläses (22) an- geordnet ist, die in eine Richtung (52) weist, die entgegen der Strömungsrichtung (40) des aus der zumindest einen Öffnung (24) austretenden ersten Stroms (18) des Strömungsmedi¬ ums (20) orientiert ist, wobei dieser Bereich (48) durch zu- mindest eine Ausnehmung (54) des Gehäuses (14) mit einem zweiten Strom (56) des Strömungsmediums (20) versorgbar ist.
12. Gehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Kühlvorrichtung (58) zum Kühlen des zumindest ersten Stroms (18) des Strömungsmediums (20) .
13. Gehäuseeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrische Maschine (12, 12a), die zumindest teilweise in dem Gehäuse (14, 14a) angeordnet ist.
14. Elektrische Maschine (12, 12a) mit zumindest einer Gehäu¬ seeinheit (10, 10a) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Elektrische Maschine nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsvorrichtung (16) ein Gebläse (22) mit einer Strömungsmaschine (46) aufweist, wobei die Strömungsmaschine (46) einen ersten Strom (18) des Strömungsmediums (20) ansaugt und einem Verteilerkanal (32) des Gebläses (22) zuführt und wobei der erste Strom (18) des Strömungsmediums (20) nach einem Austritt aus zumindest einer Öffnung (24) des Verteilerkanals (32) gelenkt durch eine Co- anda-Fläche (26) des Gebläses (22) zumindest ein Bauteil (30) der elektrischen Maschine (12) gerichtet anbläst und wobei das Gehäuse (14) einen Bereich (48) aufweist, der an einer Seite (50) des Gebläses (22) angeordnet ist, die in eine Richtung (52) weist, die entgegen der Strömungsrichtung (40) des aus der zumindest einen Öffnung (24) austretenden ersten Stroms (18) des Strömungsmediums (20) orientiert ist, wobei dieser Bereich (48) durch zumindest eine Ausnehmung (54) des Gehäuses (14) mit einem zweiten Strom (56) des Strömungsmedi¬ ums (20) versorgbar ist.
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