EP3459157A1 - Electric machine - Google Patents

Electric machine

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Publication number
EP3459157A1
EP3459157A1 EP17715929.0A EP17715929A EP3459157A1 EP 3459157 A1 EP3459157 A1 EP 3459157A1 EP 17715929 A EP17715929 A EP 17715929A EP 3459157 A1 EP3459157 A1 EP 3459157A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor shaft
rotor
electric machine
stator
region
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Withdrawn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
EP17715929.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Seidl
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.)
Magna Powertrain GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Powertrain GmbH and Co KG
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 Magna Powertrain GmbH and Co KG filed Critical Magna Powertrain GmbH and Co KG
Publication of EP3459157A1 publication Critical patent/EP3459157A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/165—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors characterised by the squirrel-cage or other short-circuited windings
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/168—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having single-cage rotors
    • 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 present invention relates to an electric machine comprising a stator, a rotor, wherein the rotor is rotatably mounted within the stator and has a rotor shaft, which is designed as a hollow shaft and by means of which a cavity is provided, which provides for receiving a coolant is, wherein the rotor shaft has at least one end portion at least two paragraphs.
  • Electric machines comprise a fixed stator and a movable rotor, wherein the rotor in the most common design of an electric machine is mounted rotatably mounted within a ring-shaped stator.
  • the stator of an electrical machine has a stator core and at least one stator winding arranged on the stator core.
  • the stator winding is disposed in grooves provided thereon on the stator core. At the two end faces of the stator, more precisely the stator core, the winding heads of the stator windings are formed.
  • the rotor of an electric machine designed as an asynchronous machine comprises a rotor core, a rotor cage and a rotor shaft.
  • the rotor cage includes a plurality of conductor bars embedded in grooves on the outer periphery of the rotor core.
  • the ends of the conductor bars protrude beyond the end faces of the rotor core and are electrically connected at the respective end face via a respective short-circuit ring.
  • Electric machines asynchronous machines such as synchronous machines generate heat due to the dielectric loss during their operation.
  • asynchronous machines in the region of the stator winding, in particular in the region of the respective winding head, and / or in the case of asynchronous machines in the region of the short-circuit rings of the rotor of the electric machine, there is a strong evolution of heat.
  • a cooling device is usually provided in electrical machines, in particular the heavily heat-stressed points of the rotor and / or the stator, namely the winding heads on the end faces of the stator and / or the rotor and in asynchronous machines, the short-circuit rings on the end faces of the rotor, cools.
  • Coolant circulates, for example, in a housing of the electric machine or in a rotor shaft designed as a hollow shaft, on which the rotor core of the electrical machine is arranged. Due to its heat capacity, the coolant absorbs the heat and transports it away.
  • These solutions are usually carried out at a great distance from the highly heat-stressed areas of the stator and / or the rotor, such as the winding heads of the stator winding of the stator and / or the short-circuited rings of the rotor cage of the rotor.
  • cooling devices which effect cooling of surfaces to be cooled of an electrical machine due to the evaporation of a coolant.
  • the coolant is vaporized at the surface to be cooled and then recondensed again.
  • the coolant is applied directly to the surfaces to be cooled of the stator and / or the rotor. sprayed.
  • this cooling device concept usually does not involve cooling the rotor shaft of the rotor. If a rotor shaft cooling is realized within such a concept, it requires a second cooling circuit to meet the different requirements can.
  • flooded electrical machines which offer the possibility to immerse at least part of the winding head of the stator winding of the stator and / or the short-circuiting rings of the rotor cage of the rotor in a coolant.
  • the rotation of the electric machine causes a partial conveyance and atomization of the coolant within the housing of the electric machine.
  • this type of cooling device does not guarantee uniform cooling.
  • the document DE 10 2013 020 332 A1 describes, for example, an electric machine, in particular an asynchronous machine, with a stator, a rotor rotatable about a rotation axis relative to the stator and comprising a rotor shaft.
  • the rotor shaft has a first channel extending axially over at least one longitudinal region.
  • the channel is designed to be flowed through by a coolant.
  • the first channel at least partially accommodates at least one line element extending at least in a partial region of the first channel.
  • the line element has a second channel extending in the axial direction and permeable by coolant.
  • the rotor shaft has in its circumferential surface bounding the first channel at least one outlet opening for guiding coolant out of the first channel to the surroundings of the rotor shaft.
  • the first channel and the second channel are fluidly connected to one another via an axial throughflow opening of the conduit element.
  • the coolant jet from the rotor shaft impinges directly on the short-circuit ring of the rotor via the outlet opening - cooling of the short-circuit ring of the rotor and the rotor shaft of the rotor is realized via the cooling device of the electric machine described in this document. Summary of the Invention It is an object of the invention to provide an alternative electrical machine characterized by improved cooling.
  • an electric machine comprising a stator, a rotor, wherein the rotor is rotatably mounted within the stator and has a rotor shaft which is designed as a hollow shaft and by means of which a cavity is provided, which is provided for receiving a coolant wherein the rotor shaft has at least two shoulders on at least one end section, whereby at least three rotor shaft sections, namely a first rotor shaft section, a second rotor shaft section and a third rotor shaft section are formed with different diameters, wherein in the cavity of the rotor shaft in the region of the second rotor shaft section Flow element is arranged and wherein in the region of the second rotor shaft portion in the shell of the rotor shaft at least one radial outlet opening is formed, which fluidly connects the cavity of the rotor shaft with an outer region of the rotor shaft.
  • the electric machine according to the invention comprises a stator and a rotor with a rotor shaft.
  • the rotor of the electric machine according to the invention is rotatably mounted within the stator.
  • the rotor shaft is designed as a hollow shaft and thus forms a cavity.
  • the cavity serves to receive or guide a coolant.
  • the rotor shaft has at least two shoulders on at least one end section.
  • a flow element is arranged in the cavity of the rotor shaft in the region of the second rotor shaft section. Furthermore, according to the invention, at least one radial outlet opening is formed in the area of the second rotor shaft section in the jacket of the rotor shaft. The radial outlet opening serves for the fluid connection of the cavity of the rotor shaft to an outer region of the rotor shaft.
  • the term "radial" corresponds to a direction normal to a longitudinal axis of the electric machine.
  • axial corresponds to a direction along or parallel to the longitudinal axis of the electrical machine.
  • the inventive design of the electric machine, the guided through the cavity of the rotor shaft coolant can be performed in a simple manner targeted and thus a particularly efficient cooling of the electric machine, in particular the rotor done. This results in reliable operation of the electrical machine over its service life.
  • the cooling of the rotor of the electric machine is realized in a particularly simple manner, which is reflected on the one hand in a low installation cost and on the other in low production costs.
  • the flow element is sleeve-shaped and has a central first opening and at least one second opening formed in the jacket of the flow element.
  • the flow element is preferably arranged in the cavity of the rotor shaft so that the cavity of the rotor shaft is fluidly connected via the second opening of the flow element with the radial outlet opening in the shell of the rotor shaft and thus with the outer region of the rotor shaft.
  • the coolant can thus enter into the radial outlet opening.
  • the sleeve-shaped flow element preferably has a constriction, wherein the second opening of the flow element is formed in the region of the constriction of the flow element.
  • the flow element is made of plastic, for example.
  • the flow element can be produced for example by deep drawing or pressing in corresponding matrices.
  • the electric machine preferably has an attachment element.
  • the attachment element of the electric machine is preferably arranged on the rotor shaft in the region of the end section of the rotor shaft such that coolant exiting from the cavity of the rotor shaft via the exit opening can be guided at least partially over a rotor end side and a stator end side.
  • the above-described arrangement of the attachment element on the rotor shaft allowed a targeted coolant flow over the rotor end face and on the stator front side of the electric machine.
  • the attachment element can be fastened either as a separate component to the rotor shaft, or integrally with a component of the electrical machine, such as in the case of an asynchronous machine integrally formed with a short-circuit ring of the rotor.
  • the attachment element is optionally formed integrally with the short-circuit ring of a rotor of an asynchronous machine, then it can be used in addition to the targeted guidance of coolant on the rotor front side, more precisely on the short-circuit ring, and on the Statorstirnseite, more precisely on the winding heads, also for
  • the attachment element is formed substantially circular with a central third opening and a plurality of evenly spaced, radially extending tracks and / or channels.
  • the formation of a central third opening allows easy positioning and attachment of the attachment element to the rotor shaft.
  • a targeted guidance of the coolant over the end face of the rotor and the stator is effected by the formation of radially extending tracks and / or channels.
  • the attachment element is formed substantially stepwise along a normal plane to the longitudinal axis of the electric machine in cross-section, with such a coolant-collecting section being formed in the region of the radial outlet opening.
  • a coolant collecting section is formed in a simple manner, which collects coolant emerging from the radial outlet opening.
  • a particularly efficient guidance of the coolant can take place via the stator end face, in particular the winding heads of the stator.
  • the attachment element is made of plastic.
  • An embodiment of the attachment element made of a different material, such as a composite material, or of a metallic material, such as steel is also conceivable.
  • the attachment element made of plastic Due to the design of the attachment element made of plastic, the production of the attachment element is easy to implement. Furthermore, the formation of the attachment element made of plastic has a positive influence on the weight of the electrical machine see. The formation of the attachment element made of a solid material such as steel, a composite material, etc., can continue to have a positive effect on the strength, for example, of the short-circuit ring of the rotor of an asynchronous machine.
  • FIG. 2 shows a sectional view of an electrical machine according to the invention along a sectional plane A-A according to FIG. 1 from a longitudinal axis.
  • FIG. 3 shows a further sectional view of an electrical machine according to the invention along a sectional plane A-A according to FIG. 1.
  • Fig. 4a shows a side view of a flow element.
  • Fig. 4b shows a plan view of a flow element.
  • Fig. 4c shows a perspective view of a flow element. shows an exploded view of an electrical machine according to the invention according to FIG. 1. shows a cross-sectional view of a attachment element. shows a sectional view of an electric machine with an integrally formed with a short-circuit ring attachment element. shows a detailed view of an electrical machine according to FIG. 7.
  • the exemplary electric machine 1 as shown in FIGS. 1 to 3, in FIG. 5 and in FIGS. 7 and 8, is designed as an asynchronous machine and comprises a stator 2 and a rotor 3.
  • a design of the electric machine according to the invention 1 as a synchronous machine is also conceivable.
  • the stator 2 is formed substantially hollow cylindrical.
  • the stator 2 comprises a stator core 26, namely a stator core, and a plurality of stator windings 27.
  • the stator windings 27 are disposed in grooves provided thereon on the stator core 26.
  • the stator windings 27 each have on the two Statorstirn- sides 25, 25 'of the stator 2 axially projecting winding heads 28. (FIGS. 2, 3, 7)
  • axial corresponds to a direction along or parallel to a longitudinal axis 23 of the electric machine 1.
  • radial corresponds to a direction normal to the longitudinal axis 23 of the electric machine.
  • the rotor 3 is rotatably mounted within the stator 2 and comprises a rotor core 30, namely a rotor core, a rotor cage 31 and a rotor shaft 4.
  • the rotor cage 31 of the rotor 3 has a plurality of conductor bars 32 which at their ends on the two rotor end faces 29th , 29 'are electrically connected via shorting rings 33.
  • the rotor shaft 4 of the rotor 3 of the electric machine 1 is formed as a hollow shaft and therefore has a central cavity 5 from.
  • the cavity 5 of the rotor shaft 4 extends axially over the entire length of the rotor shaft 4.
  • the cavity 5 of the rotor shaft 4 is designed to guide a coolant, i. the rotor shaft 4 is formed by the coolant through-flow. (FIGS. 2, 3, 7)
  • the rotor shaft 4 has at a first end portion 6 and at a second end portion 7 each two paragraphs, namely in each case a first paragraph 8, 8 'and a second paragraph 9, 9'.
  • the rotor shaft 4 in three rotor shaft sections, namely in a first rotor shaft portion 10, 10 ', a second rotor shaft portion 1 1, 1 1' and a third rotor shaft portion 12, each formed with different diameters ,
  • the diameter of the rotor shaft 4 in the region of the first rotor shaft section 10, 10 ' is greater than the diameter of the rotor shaft 4 in the region of the second rotor shaft section 11, 11' and the diameter of the rotor shaft section 11
  • Rotor shaft 4 in the region of the second rotor shaft section 1 1, 1 1 ' is greater than the diameter of the rotor shaft 4 in the region of the third rotor shaft section 12.
  • FIG. 2 With reference to FIG. 2, FIG. 3 or FIG. 7, viewed from left to right, the rotor shaft 4 is thus divided into a first rotor shaft section 10, a second rotor shaft section 11, a central third rotor shaft section 12, a further second rotor shaft section 11 '. and another first rotor shaft portion 10 '.
  • the rotor shaft 4 has an axial inlet opening 34 in the region of the first end section 6, more precisely in the region of the first rotor shaft section 10, and an axial outlet opening 35 in the region of the second end section 7, more precisely the further first rotor shaft section 10 '. (FIGS. 2, 3, 7)
  • the flow elements 13, 13 ' are each sleeve-shaped and each have a central first opening 15 and at least a plurality of openings 16 formed in the jacket of the respective flow element 13, 13'.
  • the respective flow element 13, 13 ' is arranged in the cavity 5 of the rotor shaft 4 so that the cavity 5 of the rotor shaft 4 via the second openings 16 of the respective flow element 13, 13' with the respective radial outlet openings 14, 14 'in the shell of the rotor shaft 4 and thus fluidly connected to the outer region of the rotor shaft 4.
  • the coolant guided through the cavity 5 of the rotor shaft 4 can be guided in a simple manner in a targeted manner, wherein partial coolant volume flows, namely one main volume flow 36 and several, the number at radial outlet openings 14, 14 'corresponding to many, secondary volume flows 37, 37' arise.
  • partial coolant volume flows namely one main volume flow 36 and several, the number at radial outlet openings 14, 14 'corresponding to many, secondary volume flows 37, 37' arise.
  • the main volume flow 36 and the secondary volume flows 37, 37 ' are indicated schematically by arrows.
  • the main volume flow 36 leads from the inlet opening 34 of the rotor shaft 4 axially through the cavity 5 of the rotor shaft 4 to the outlet opening 35 of the rotor shaft 4.
  • the main volume flow 36 thus essentially takes over the heat dissipation from the rotor 3 of the electric machine. 1 (Fig. 2, Fig. 3)
  • the secondary volume flows 37, 37 'emerge from the respective radial outlet openings 14, 14' in the jacket of the rotor shaft 4 from the cavity 5 of the rotor shaft 4. (Fig. 2, Fig. 3)
  • the exit velocity of the secondary volume flows 37, 37 'from the radial outlet openings 14, 14' depends on the system pressure within the cavity 5 of the rotor shaft 4 and thus of the main volume flow 36. Due to the arrangement of the respective flow element 13, 13 'in the respective region of the second rotor shaft section 1 1, 1 1 ', however, can also be formed in pressureless systems sufficient secondary volume flows 37, 37'.
  • the proportion of the respective secondary volume flows 37, 37 ' can be set by the width of the second openings 16 in the jacket of the respective flow element 13, 13'.
  • the main volume flow 36 / secondary volume flows 37, 37' ratio can be adjusted, wherein the speed of the secondary volume flows 37, 37 'is determined.
  • the flow rate at the inlet opening 34 of the rotor shaft 4 is decisive for the quantity and / or the speed of the main volume flow 36 and the respective secondary volume flows 37, 37 ', the ratio between the flows, namely the main volume flow 36 and the respective secondary volume flows 37, 37 ', by introducing the respective flow element 13, 13' into the cavity 5 of the rotor shaft 4 is much less sensitive to changes in the flow rate at the inlet opening 34 of the rotor shaft 4. If the flow rate is increased, less turbulence at the respective division points of the main volume flow 36 and the respective Mauvolumenströ- men and the respective secondary volume flows 37, 37 'can be redirected more precisely. A reduction of the flow rate at the inlet opening 34 of the rotor shaft 4 has due to constant division ratios between the main volume flow 36 and the secondary volume flows 37, 37 'no adverse effect on the main volume flow 36th
  • the coolant velocity of the main volume flow 36 and the secondary volume flows 37, 37 ' can thus be influenced in a targeted manner.
  • the electric machine 1 also has two attachment elements 19, 19 '. (FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 8)
  • An attachment element 19 is fixedly arranged on the rotor shaft 4 in the region in the region of the first end section 6 of the rotor shaft 4.
  • the further attachment element 19 ' is fixedly arranged on the rotor shaft 4 in the region of the second end section 7 of the rotor shaft 4. (FIGS. 2, 3, 5, 7 and 8)
  • the attachment elements 19, 19 ' are each designed such that from the cavity 5 of the rotor shaft 4 via the respective radial outlet openings 14, 14' exiting coolant at the respective end portions 6,7 of the rotor shaft 4 exiting coolant through the respective rotor end face 29, 29 ' and the respective stator end face 25, 25 'can be passed.
  • the respective attachment element 19, 19 ' is formed essentially circular with a central third opening 17. (Fig. 5, Fig. 6)
  • the attachment elements 19, 19 ' are each attached to the rotor shaft 4 via the central third opening 17.
  • the respective attachment elements 19, 19 ' have a step-like cross-section. Furthermore, starting from the central third opening 17 of the respective attachment element 19, 19 'radially extending tracks 22 are formed. The tracks 22 are formed uniformly spaced with respect to the circumference of the respective attachment element 19, 19 '. Due to the step-like design of the respective attachment element 19, 19 ', a coolant collecting section 24 is formed in the region of the respective radial outlet openings 14, 14'.
  • the rotor core 30 of the rotor 3 is cooled in particular by the guidance of the coolant through the rotor shaft 4 designed as a hollow shaft.
  • the attachment elements 19, 19 ' are each attached to the rotor shaft 4 as separate components.
  • the attachment elements 19, 19 ' are each formed integrally with the respective short-circuit ring 33, 33' of the electric machine 1.
  • the coolant exits via the respective radial outlet openings 14, 14 'in the jacket of the rotor shaft 4 and is formed in the coolant collecting portion 24, here as a cavity formed by the respective shorting ring 33, 33' and the rotor core 30 is, collected and transported through bores 38 in the respective short-circuit ring 33, 33 'in the direction of the respective Statorstirnseite 25, 25', where the coolant can distribute freely over the entire winding heads 28 of the stator 2 and thus an improved heat dissipation at the winding lungsköpfen 28 on the respective stator front side 25, 25 'causes.

Abstract

The invention relates to an electric machine (1) comprising a stator (2) and a rotor (3). The rotor (3) is rotatably mounted within the stator (2) and has a rotor shaft (4) which is in the form of a hollow shaft and by means of which a cavity (5) is formed that is provided for receiving a coolant. The rotor shaft (4) has at least two shoulders (8, 8', 9, 9') at at least one end section (6, 7), and thus at least three rotor shaft sections, namely a first rotor shaft section (10, 10'), a second rotor shaft section (11, 11'), and a third rotor shaft section (12, 12'), with different diameters are formed. A flow element (13, 13') is arranged in the cavity (5) of the rotor shaft (4) in the region of the second rotor shaft section (11, 11'), and at least one radial outlet opening (14, 14') is formed in the casing of the rotor shaft (4) in the region of the second rotor shaft section (11, 11'), said outlet opening fluidically connecting the cavity (5) of the rotor shaft (4) to an outer region of the rotor shaft (4).

Description

Elektrische Maschine  Electric machine
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, einen Rotor, wobei der Rotor drehbar gelagert innerhalb des Stators angeordnet ist und eine Rotorwelle aufweist, die als Hohlwelle ausgeführt ist und mit- tels der ein Hohlraum ausgebildet ist, der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen ist, wobei die Rotorwelle an zumindest einem Endabschnitt zumindest zwei Absätze aufweist. The present invention relates to an electric machine comprising a stator, a rotor, wherein the rotor is rotatably mounted within the stator and has a rotor shaft, which is designed as a hollow shaft and by means of which a cavity is provided, which provides for receiving a coolant is, wherein the rotor shaft has at least one end portion at least two paragraphs.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Maschinen umfassen einen feststehenden Stator und einen beweglichen Rotor, wobei der Rotor in der gängigsten Bauform einer elektrischen Maschine drehbar gelagert innerhalb eines ringförmig ausgebildeten Stators ange- ordnet ist. Der Stator einer elektrischen Maschine weist einen Statorkern und zumindest eine an dem Statorkern angeordnete Statorwicklung auf. Die Statorwicklung ist in dafür vorgesehenen Nuten an dem Statorkern angeordnet. An den beiden Stirnseiten des Stators, genauer des Statorkerns, sind die Wicklungsköpfe der Statorwicklungen ausgebildet. Der Rotor einer als Asynchronmaschine ausge- führten elektrischen Maschine umfasst einen Rotorkern, einen Rotorkäfig sowie eine Rotorwelle. Der Rotorkäfig umfasst mehrere Leiterstäbe, die in Nuten an dem Außenumfang des Rotorkerns eingebettet sind. Die Enden der Leiterstäbe stehen über die Stirnseiten des Rotorkerns vor und sind an der jeweiligen Stirnseite über jeweils einen Kurschlussring elektrisch verbunden. Elektrische Maschinen, Asynchronmaschinen wie Synchronmaschinen, erzeugen aufgrund des dielektrischen Verlusts während ihres Betriebs Wärme. Vorwiegend kommt es im Bereich der Statorwicklung, insbesondere im Bereich des jeweiligen Wicklungskopfs, und/oder bei Asynchronmaschinen im Bereich der Kurzschluss- ringe des Rotors der elektrischen Maschine, zu einer starken Wärmeentwicklung. Die Folge dieser starken Erwärmung ist eine Erhöhung des dielektrischen Verlustfaktors - noch mehr elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt, was zum einen eine Verschlechterung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bewirkt und zum anderen einen zuverlässigen Betrieb der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer negativ beeinflusst. Deshalb ist in elektrischen Maschinen in der Regel eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die insbesondere die stark wärmebelasteten Stellen des Rotors und/oder des Stators, nämlich die Wicklungsköpfe an den Stirnseiten des Stators und/oder des Rotors und bei Asynchronmaschinen die Kurzschlussringe an den Stirnseiten des Rotors, kühlt. Electric machines comprise a fixed stator and a movable rotor, wherein the rotor in the most common design of an electric machine is mounted rotatably mounted within a ring-shaped stator. The stator of an electrical machine has a stator core and at least one stator winding arranged on the stator core. The stator winding is disposed in grooves provided thereon on the stator core. At the two end faces of the stator, more precisely the stator core, the winding heads of the stator windings are formed. The rotor of an electric machine designed as an asynchronous machine comprises a rotor core, a rotor cage and a rotor shaft. The rotor cage includes a plurality of conductor bars embedded in grooves on the outer periphery of the rotor core. The ends of the conductor bars protrude beyond the end faces of the rotor core and are electrically connected at the respective end face via a respective short-circuit ring. Electric machines, asynchronous machines such as synchronous machines generate heat due to the dielectric loss during their operation. Predominantly, in the region of the stator winding, in particular in the region of the respective winding head, and / or in the case of asynchronous machines in the region of the short-circuit rings of the rotor of the electric machine, there is a strong evolution of heat. The result of this intense heating is an increase in the dielectric loss factor - even more electrical energy is converted to heat, which in turn causes a deterioration in the efficiency of the electric machine and on the other hand adversely affects reliable operation of the electric machine over its lifetime. Therefore, a cooling device is usually provided in electrical machines, in particular the heavily heat-stressed points of the rotor and / or the stator, namely the winding heads on the end faces of the stator and / or the rotor and in asynchronous machines, the short-circuit rings on the end faces of the rotor, cools.
Konventionelle Kühlungen für elektrische Maschinen bedienen sich eines zirkulierenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels. Das Kühlmittel zirkuliert beispielsweise in einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder in einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle, auf der der Rotorkern der elektrischen Maschine ange- ordnet ist. Das Kühlmittel nimmt aufgrund seiner Wärmekapazität die Wärme auf und transportiert diese ab. Diese Lösungen erfolgen in der Regel mit großem Abstand zu den stark wärmebelasteten Bereichen des Stators und/oder des Rotors, wie beispielsweise den Wicklungsköpfen der Statorwicklung des Stators und/oder den Kurzschlussringen des Rotorkäfigs des Rotors. Conventional cooling for electrical machines use a circulating gaseous or liquid coolant. The coolant circulates, for example, in a housing of the electric machine or in a rotor shaft designed as a hollow shaft, on which the rotor core of the electrical machine is arranged. Due to its heat capacity, the coolant absorbs the heat and transports it away. These solutions are usually carried out at a great distance from the highly heat-stressed areas of the stator and / or the rotor, such as the winding heads of the stator winding of the stator and / or the short-circuited rings of the rotor cage of the rotor.
Daneben sind auch Kühlvorrichtungen bekannt, die aufgrund der Verdampfung eines Kühlmittels eine Kühlung von zu kühlenden Oberflächen einer elektrischen Maschine bewirken. Das Kühlmittel wird dabei an der zu kühlenden Oberfläche verdampft und anschließend wieder rückkondensiert. In der Regel wird dabei das Kühlmittel direkt auf die zu kühlenden Oberflächen des Stators und/oder des Ro- tors gesprüht. Dieses Kühlvorrichtungs-Konzept beinhaltet jedoch meist keine Kühlung der Rotorwelle des Rotors. Wird eine Rotorwellenkühlung innerhalb eines solchen Konzepts realisiert, bedarf es eines zweiten Kühlkreislaufs um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden zu können. In addition, cooling devices are also known which effect cooling of surfaces to be cooled of an electrical machine due to the evaporation of a coolant. The coolant is vaporized at the surface to be cooled and then recondensed again. As a rule, the coolant is applied directly to the surfaces to be cooled of the stator and / or the rotor. sprayed. However, this cooling device concept usually does not involve cooling the rotor shaft of the rotor. If a rotor shaft cooling is realized within such a concept, it requires a second cooling circuit to meet the different requirements can.
Weiterhin sind geflutete elektrische Maschinen bekannt, die die Möglichkeit bieten zumindest einen Teil des Wickelkopfs der Statorwicklung des Stators und/oder der Kurzschlussringe des Rotorkäfigs des Rotors in ein Kühlmittel eintauchen zu lassen. Die Rotation der elektrischen Maschine bewirkt dabei eine teilweise Beförde- rung und Zerstäubung des Kühlmittels innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine. Mittels dieser Kühlvorrichtungsausführung kann jedoch keine gleichmäßige Kühlung garantiert werden. Furthermore, flooded electrical machines are known, which offer the possibility to immerse at least part of the winding head of the stator winding of the stator and / or the short-circuiting rings of the rotor cage of the rotor in a coolant. The rotation of the electric machine causes a partial conveyance and atomization of the coolant within the housing of the electric machine. However, this type of cooling device does not guarantee uniform cooling.
Das Dokument DE 10 2013 020 332 A1 beschreibt beispielsweise eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, mit einem Stator, einem relativ zu dem Stator um eine Drehachse drehbaren Rotor, der eine Rotorwelle umfasst. Die Rotorwelle weist einen sich über zumindest einen Längenbereich axial erstreckenden ersten Kanal auf. Der Kanal ist von einem Kühlmittel durchströmbar ausgeführt. Der erste Kanal nimmt zumindest teilweise wenigstens ein sich zumindest in einem Teilbereich des ersten Kanals erstreckendes Leitungselement auf. Das Leitungselement weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden, von Kühlmittel durchströmbaren zweiten Kanal auf. Die Rotorwelle weist in ihrer den ersten Kanal begrenzenden Mantelfläche wenigstens eine Austrittsöffnung zum Führen von Kühlmittel aus dem ersten Kanal an die Umgebung der Rotorwelle auf. Der erste Kanal und der zweite Kanal sind über eine axiale Durchströmöffnung des Leitungselements fluidisch miteinander verbunden. Der Kühlmittelstrahl aus der Rotorwelle trifft über die Austrittsöffnung direkt auf den Kurschlussring des Rotors auf - über die in diesem Dokument beschriebene Kühlvorrichtung der elektrischen Maschine ist eine Kühlung des Kurschlussrings des Rotors sowie der Rotorwelle des Rotors realisiert. Zusammenfassung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative elektrische Maschine anzugeben, die sich durch eine verbesserte Kühlung auszeichnet. The document DE 10 2013 020 332 A1 describes, for example, an electric machine, in particular an asynchronous machine, with a stator, a rotor rotatable about a rotation axis relative to the stator and comprising a rotor shaft. The rotor shaft has a first channel extending axially over at least one longitudinal region. The channel is designed to be flowed through by a coolant. The first channel at least partially accommodates at least one line element extending at least in a partial region of the first channel. The line element has a second channel extending in the axial direction and permeable by coolant. The rotor shaft has in its circumferential surface bounding the first channel at least one outlet opening for guiding coolant out of the first channel to the surroundings of the rotor shaft. The first channel and the second channel are fluidly connected to one another via an axial throughflow opening of the conduit element. The coolant jet from the rotor shaft impinges directly on the short-circuit ring of the rotor via the outlet opening - cooling of the short-circuit ring of the rotor and the rotor shaft of the rotor is realized via the cooling device of the electric machine described in this document. Summary of the Invention It is an object of the invention to provide an alternative electrical machine characterized by improved cooling.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, einen Rotor, wobei der Rotor drehbar gelagert innerhalb des Stators angeordnet ist und eine Rotorwelle aufweist, die als Hohlwelle ausgeführt ist und mittels der ein Hohlraum ausgebildet ist, der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen ist, wobei die Rotorwelle an zumindest einem Endabschnitt zumindest zwei Absätze aufweist, wobei so zumindest drei Rotorwellenabschnitte, nämlich ein erster Rotorwellenabschnitt, ein zweiter Rotorwellenabschnitt und ein dritter Rotorwellenabschnitt, mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet werden, wobei im Hohlraum der Rotorwelle im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts ein Strömungselement angeordnet ist und wobei im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts im Mantel der Rotorwelle zumindest eine radiale Austrittsöffnung ausgebildet ist, die den Hohlraum der Rotorwelle mit einem Außenbereich der Rotorwelle fluidverbindet. The object is achieved by an electric machine comprising a stator, a rotor, wherein the rotor is rotatably mounted within the stator and has a rotor shaft which is designed as a hollow shaft and by means of which a cavity is provided, which is provided for receiving a coolant wherein the rotor shaft has at least two shoulders on at least one end section, whereby at least three rotor shaft sections, namely a first rotor shaft section, a second rotor shaft section and a third rotor shaft section are formed with different diameters, wherein in the cavity of the rotor shaft in the region of the second rotor shaft section Flow element is arranged and wherein in the region of the second rotor shaft portion in the shell of the rotor shaft at least one radial outlet opening is formed, which fluidly connects the cavity of the rotor shaft with an outer region of the rotor shaft.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen Rotor mit einer Rotorwelle. Der Rotor der elektrischen Maschine ist erfindungsgemäß drehbar gelagert innerhalb des Stator angeordnet. The electric machine according to the invention comprises a stator and a rotor with a rotor shaft. The rotor of the electric machine according to the invention is rotatably mounted within the stator.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt und bildet derart einen Hohlraum aus. Der Hohlraum dient der Aufnahme bzw. Führung eines Kühlmittels. Erfindungsgemäß weist die Rotorwelle an zumindest einem Endabschnitt zumindest zwei Absätze auf. Durch die beiden Absätze werden gemäß der vorliegenden Erfindung drei Rotorwellenabschnitte, nämlich ein erster Rotorwellenabschnitt, ein zweiter Rotorwellenabschnitt sowie ein dritter Rotorwellenabschnitt, mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet. According to the present invention, the rotor shaft is designed as a hollow shaft and thus forms a cavity. The cavity serves to receive or guide a coolant. According to the invention, the rotor shaft has at least two shoulders on at least one end section. By the two paragraphs, according to the present invention, three rotor shaft sections, namely a first rotor shaft section, a second rotor shaft section and a third rotor shaft section are formed with different diameters.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Hohlraum der Rotorwelle im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts ein Strömungselement angeordnet. Weiterhin ist erfindungsgemäß im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts im Mantel der Rotorwelle zumindest eine radiale Austrittsöffnung ausgebildet. Die radiale Aus- trittsöffnung dient der Fluidverbindung des Hohlraums der Rotorwelle mit einem Außenbereich der Rotorwelle. Die Begrifflichkeit„radial" entspricht einer Richtung normal auf eine Längsachse der elektrischen Maschine. According to the present invention, a flow element is arranged in the cavity of the rotor shaft in the region of the second rotor shaft section. Furthermore, according to the invention, at least one radial outlet opening is formed in the area of the second rotor shaft section in the jacket of the rotor shaft. The radial outlet opening serves for the fluid connection of the cavity of the rotor shaft to an outer region of the rotor shaft. The term "radial" corresponds to a direction normal to a longitudinal axis of the electric machine.
Die Begrifflichkeit„axial" entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu der Längsachse der elektrischen Maschine. The term "axial" corresponds to a direction along or parallel to the longitudinal axis of the electrical machine.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Maschine kann das durch den Hohlraum der Rotorwelle geführte Kühlmittel auf einfache Art und Weise gezielt geführt werden und derart eine besonders effiziente Kühlung der elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors, erfolgen. Daraus ergibt sich ein zuver- lässiger Betrieb der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer. The inventive design of the electric machine, the guided through the cavity of the rotor shaft coolant can be performed in a simple manner targeted and thus a particularly efficient cooling of the electric machine, in particular the rotor done. This results in reliable operation of the electrical machine over its service life.
Durch die Ausbildung der Rotorwelle und der Anordnung des Strömungselements sowie der radialen Austrittsöffnung im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts ist es möglich selbst bei drucklosen Systemen, d.h. einem System in dem in dem Hohlraum der Rotorwelle kein Systemdruck herrscht, eine gezielte Kühlung von Rotors zu gewährleisten. Due to the design of the rotor shaft and the arrangement of the flow element and the radial outlet opening in the region of the second rotor shaft section, it is possible even in pressureless systems, ie a system in which Cavity of the rotor shaft There is no system pressure to ensure a targeted cooling of the rotor.
Die Kühlung des Rotors der elektrischen Maschine wird auf besonders einfache Art und Weise realisiert, was sich zum einen in einem geringen Montageaufwand und zum anderen in niedrigen Herstellungskosten niederschlägt. The cooling of the rotor of the electric machine is realized in a particularly simple manner, which is reflected on the one hand in a low installation cost and on the other in low production costs.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Strömungselement hülsenförmig ausgebildet und weist eine zentrale erste Öffnung sowie zumindest eine im Mantel des Strömungselements ausgebildete zweite Öffnung auf. Das Strömungselement ist vorzugsweise in dem Hohlraum der Rotorwelle so angeordnet, dass der Hohlraum der Rotorwelle über die zweite Öffnung des Strömungselements mit der radialen Austrittsöffnung im Mantel der Rotorwelle und somit mit dem Außenbereich der Rotorwelle fluidverbunden ist. In an advantageous embodiment of the present invention, the flow element is sleeve-shaped and has a central first opening and at least one second opening formed in the jacket of the flow element. The flow element is preferably arranged in the cavity of the rotor shaft so that the cavity of the rotor shaft is fluidly connected via the second opening of the flow element with the radial outlet opening in the shell of the rotor shaft and thus with the outer region of the rotor shaft.
Durch die zweite Öffnung im Mantel des Strömungselements kann das Kühlmittel somit in die radiale Austrittsöffnung eintreten. Through the second opening in the jacket of the flow element, the coolant can thus enter into the radial outlet opening.
Das hülsenförmige Strömungselement weist bevorzugt eine Engstelle auf, wobei die zweite Öffnung des Strömungselements im Bereich der Engstelle des Strömungselements ausgebildet ist. The sleeve-shaped flow element preferably has a constriction, wherein the second opening of the flow element is formed in the region of the constriction of the flow element.
Das Strömungselement ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt. Eine Fertigung des Strömungselements aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff, oder aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Stahl, ist ebenso denkbar. Das Strömungselement kann zum Beispiel durch Tiefziehen oder Pressen in entsprechenden Matrizen hergestellt werden. The flow element is made of plastic, for example. A production of the flow element made of another material, such as a composite material, or of a metallic material, such as steel, is also conceivable. The flow element can be produced for example by deep drawing or pressing in corresponding matrices.
Bevorzugt weist die elektrische Maschine ein Aufsatzelement auf. Das Aufsatze- lement der elektrischen Maschine ist vorzugsweise an der Rotorwelle im Bereich des Endabschnitts der Rotorwelle derart angeordnet, dass aus dem Hohlraum der Rotorwelle über die Austrittsöffnung austretendes Kühlmittel zumindest teilweise über eine Rotorstirnseite und eine Statorstirnseite geleitet werden kann. Die oben beschriebene Anordnung des Aufsatzelements an der Rotorwelle erlaubte eine gezielte Kühlmittelführung über die Rotorstirnseite und über die Statorstirnseite der elektrischen Maschine. The electric machine preferably has an attachment element. The attachment element of the electric machine is preferably arranged on the rotor shaft in the region of the end section of the rotor shaft such that coolant exiting from the cavity of the rotor shaft via the exit opening can be guided at least partially over a rotor end side and a stator end side. The above-described arrangement of the attachment element on the rotor shaft allowed a targeted coolant flow over the rotor end face and on the stator front side of the electric machine.
Derart kann nicht nur der Rotor, sondern auch der Stator zumindest teilweise gekühlt werden. In this way not only the rotor but also the stator can be cooled at least partially.
Das Aufsatzelement kann entweder als separates Bauteil an der Rotorwelle befestigt sein, oder einteilig mit einem Bauteil der elektrischen Maschine, wie beispielsweise im Falle einer Asynchronmaschine einteilig mit einem Kurzschlussring des Rotors ausgebildet sein. The attachment element can be fastened either as a separate component to the rotor shaft, or integrally with a component of the electrical machine, such as in the case of an asynchronous machine integrally formed with a short-circuit ring of the rotor.
Ist das Aufsatzelement gegebenenfalls einteilig mit dem Kurzschlussring eines Rotors einer Asynchronmaschine ausgebildet, so kann es neben der gezielten Führung von Kühlmittel über die Rotorstirnseite, genauer über den Kurzschluss- ring, und über die Statorstirnseite, genauer über die Wicklungsköpfe, auch zurIf the attachment element is optionally formed integrally with the short-circuit ring of a rotor of an asynchronous machine, then it can be used in addition to the targeted guidance of coolant on the rotor front side, more precisely on the short-circuit ring, and on the Statorstirnseite, more precisely on the winding heads, also for
Versteifung des Kurzschlussrings des Rotors beitragen und wirkt insbesondere bei hohen Drehzahlen effektiv der Zentrifugalkraft entgegen, wodurch einer plastischen Verformung des Kurzschlussrings vorgebeugt werden kann. Besonders bevorzugt ist das Aufsatzelement im Wesentlichen kreisrund mit einer zentralen dritten Öffnung und mehreren gleichmäßig beabstandeten, radial verlaufenden Bahnen und/oder Kanälen ausgebildet. Die Ausbildung einer zentralen dritten Öffnung erlaubt eine einfache Positionierung und Befestigung des Aufsatzelements an der Rotorwelle. Weiterhin wird durch die Ausbildung von radial verlaufenden Bahnen und/oder Kanälen eine gezielte Führung des Kühlmittels über die Stirnfläche des Rotors und des Stators bewirkt. Contributing stiffening of the short-circuit ring of the rotor and effectively counteracts the centrifugal force especially at high speeds, whereby a plastic deformation of the short-circuit ring can be prevented. Particularly preferably, the attachment element is formed substantially circular with a central third opening and a plurality of evenly spaced, radially extending tracks and / or channels. The formation of a central third opening allows easy positioning and attachment of the attachment element to the rotor shaft. Furthermore, a targeted guidance of the coolant over the end face of the rotor and the stator is effected by the formation of radially extending tracks and / or channels.
Vorzugsweise ist das Aufsatzelement entlang einer Normalebene auf die Längsachse der elektrischen Maschine im Querschnitt im Wesentlichen stufenartig ausgebildet, wobei sich derart ein Kühlmittel-Auffangabschnitt im Bereich der radialen Austrittsöffnung ausgebildet. Preferably, the attachment element is formed substantially stepwise along a normal plane to the longitudinal axis of the electric machine in cross-section, with such a coolant-collecting section being formed in the region of the radial outlet opening.
Durch die stufenartige Ausbildung des Aufsatzelements wird auf einfache Art und Weise ein Kühlmittel-Auffangabschnitt ausgebildet, der aus der radialen Austrittsöffnung austretendes Kühlmittel auffängt. So kann eine besonders effiziente Führung des Kühlmittels über die Statorstirnseite, insbesondere die Wickelköpfe des Stators, erfolgen. Due to the step-like design of the attachment element, a coolant collecting section is formed in a simple manner, which collects coolant emerging from the radial outlet opening. Thus, a particularly efficient guidance of the coolant can take place via the stator end face, in particular the winding heads of the stator.
Bevorzugt ist das Aufsatzelement aus Kunststoff gefertigt. Eine Ausgestaltung des Aufsatzelements aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff, oder aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Stahl ist ebenso denkbar. Preferably, the attachment element is made of plastic. An embodiment of the attachment element made of a different material, such as a composite material, or of a metallic material, such as steel is also conceivable.
Durch die Ausbildung des Aufsatzelements aus Kunststoff ist die Herstellung des Aufsatzelements einfach zu realisieren. Weiterhin hat die Ausbildung des Aufsatzelements aus Kunststoff einen positiven Einfluss auf das Gewicht der elektri- sehen Maschine. Die Ausbildung des Aufsatzelements aus einem festen Material wie beispielsweise Stahl, einem Verbundmaterial etc. kann sich weiterhin positiv auf die Festigkeit beispielsweise des Kurzschlussrings des Rotors einer Asynchronmaschine aus- wirken. Due to the design of the attachment element made of plastic, the production of the attachment element is easy to implement. Furthermore, the formation of the attachment element made of plastic has a positive influence on the weight of the electrical machine see. The formation of the attachment element made of a solid material such as steel, a composite material, etc., can continue to have a positive effect on the strength, for example, of the short-circuit ring of the rotor of an asynchronous machine.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnseite einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Brief Description of the Drawings The invention will now be described by way of example with reference to the drawings. shows a plan view of an end face of an electric machine according to the invention.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine entlang einer Schnittebene A-A gemäß Fig. 1 ab einer Längsachse. FIG. 2 shows a sectional view of an electrical machine according to the invention along a sectional plane A-A according to FIG. 1 from a longitudinal axis.
Fig. 3 zeigt eine weitere Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine entlang einer Schnittebene A-A gemäß Fig. 1 . 3 shows a further sectional view of an electrical machine according to the invention along a sectional plane A-A according to FIG. 1.
Fig. 4a zeigt eine Seitenansicht eines Strömungselements. Fig. 4a shows a side view of a flow element.
Fig. 4b zeigt eine Draufsicht auf ein Strömungselement. Fig. 4b shows a plan view of a flow element.
Fig. 4c zeigt eine perspektivische Ansicht eines Strömungselements. zeigt ein Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß Fig. 1 . zeigt eine Querschnittansicht eines Aufsatzelements. zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine mit einem einteilig mit einem Kurzschlussring ausgebildeten Aufsatzelement. zeigt eine Detaildarstellung einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 7. Fig. 4c shows a perspective view of a flow element. shows an exploded view of an electrical machine according to the invention according to FIG. 1. shows a cross-sectional view of a attachment element. shows a sectional view of an electric machine with an integrally formed with a short-circuit ring attachment element. shows a detailed view of an electrical machine according to FIG. 7.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Die beispielhafte elektrische Maschine 1 wie in Fig. 1 bis Fig. 3, in Fig. 5 sowie Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt, ist als eine Asynchronmaschine ausgebildet und umfasst einen Stator 2 und einen Rotor 3. Eine Ausbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 als Synchronmaschine ist jedoch auch denkbar. The exemplary electric machine 1, as shown in FIGS. 1 to 3, in FIG. 5 and in FIGS. 7 and 8, is designed as an asynchronous machine and comprises a stator 2 and a rotor 3. A design of the electric machine according to the invention 1 as a synchronous machine is also conceivable.
Der Stator 2 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeformt. Der Stator 2 umfasst einen Statorkern 26, nämlich ein Statorpaket, und mehrere Statorwicklungen 27 auf. Die Statorwicklungen 27 sind in dafür vorgesehenen Nuten an dem Statorkern 26 angeordnet. Die Statorwicklungen 27 weisen jeweils an den beiden Statorstirn- Seiten 25, 25' des Stators 2 axial überstehende Wicklungsköpfe 28 auf. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) The stator 2 is formed substantially hollow cylindrical. The stator 2 comprises a stator core 26, namely a stator core, and a plurality of stator windings 27. The stator windings 27 are disposed in grooves provided thereon on the stator core 26. The stator windings 27 each have on the two Statorstirn- sides 25, 25 'of the stator 2 axially projecting winding heads 28. (FIGS. 2, 3, 7)
Die Begrifflichkeit„axial" entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu einer Längsachse 23 der elektrischen Maschine 1 . Die Begriff! ichkeit„radial" entspricht einer Richtung normal auf die Längsachse 23 der elektrischen Maschine 1 . The term "axial" corresponds to a direction along or parallel to a longitudinal axis 23 of the electric machine 1. The term! "radial" corresponds to a direction normal to the longitudinal axis 23 of the electric machine. 1
Der Rotor 3 ist drehbar gelagert innerhalb des Stators 2 angeordnet und umfasst einen Rotorkern 30, nämlich ein Rotorpaket, einen Rotorkäfig 31 und eine Rotorwelle 4. Der Rotorkäfig 31 des Rotors 3 weist mehrere Leiterstäbe 32 auf, die an ihren Enden an den beiden Rotorstirnseiten 29, 29' über Kurzschlussringe 33 elektrisch verbunden sind. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) Die Rotorwelle 4 des Rotors 3 der elektrischen Maschine 1 ist als Hohlwelle ausgebildet und weist demnach einen zentralen Hohlraum 5 aus. Der Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 erstreckt sich axial über die gesamte Länge der Rotorwelle 4. Der Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 ist zur Führung eines Kühlmittels ausgeführt, d.h. die Rotorwelle 4 ist von dem Kühlmittel durchströmbar ausgebildet. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) The rotor 3 is rotatably mounted within the stator 2 and comprises a rotor core 30, namely a rotor core, a rotor cage 31 and a rotor shaft 4. The rotor cage 31 of the rotor 3 has a plurality of conductor bars 32 which at their ends on the two rotor end faces 29th , 29 'are electrically connected via shorting rings 33. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) The rotor shaft 4 of the rotor 3 of the electric machine 1 is formed as a hollow shaft and therefore has a central cavity 5 from. The cavity 5 of the rotor shaft 4 extends axially over the entire length of the rotor shaft 4. The cavity 5 of the rotor shaft 4 is designed to guide a coolant, i. the rotor shaft 4 is formed by the coolant through-flow. (FIGS. 2, 3, 7)
Die Rotorwelle 4 weist an einem ersten Endabschnitt 6 sowie an einem zweiten Endabschnitt 7 jeweils zwei Absätze, nämlich jeweils einen ersten Absatz 8, 8' und einen zweiten Absatz 9, 9' auf. Durch die Absätze 8, 8', 9, 9' wird die Rotorwelle 4 in drei Rotorwellenabschnitte, nämlich in einen ersten Rotorwellenabschnitt 10, 10', einen zweiten Rotorwellenabschnitt 1 1 , 1 1 ' sowie einen dritten Rotorwellenabschnitt 12, mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) Der Durchmesser der Rotorwelle 4 im Bereich des ersten Rotorwellenabschnitts 10, 10' ist größer als der Durchmesser der Rotorwelle 4 im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' und der Durchmesser der Rotorwelle 4 im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' ist größer als der Durchmesser der Rotorwelle 4 im Bereich des dritten Rotorwellenabschnitts 12. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) ln Bezug auf Fig. 2, Fig. 3 oder Fig. 7 von links nach rechts betrachtet gliedert sich die Rotorwelle 4 somit in einen ersten Rotorwellenabschnitt 10, einen zweiten Rotorwellenabschnitt 1 1 , einen zentralen dritten Rotorwellenabschnitt 12, einen weiteren zweiten Rotorwellenabschnitt 1 1 ' und einen weiteren ersten Rotorwellenabschnitt 10'. The rotor shaft 4 has at a first end portion 6 and at a second end portion 7 each two paragraphs, namely in each case a first paragraph 8, 8 'and a second paragraph 9, 9'. By the paragraphs 8, 8 ', 9, 9', the rotor shaft 4 in three rotor shaft sections, namely in a first rotor shaft portion 10, 10 ', a second rotor shaft portion 1 1, 1 1' and a third rotor shaft portion 12, each formed with different diameters , The diameter of the rotor shaft 4 in the region of the first rotor shaft section 10, 10 'is greater than the diameter of the rotor shaft 4 in the region of the second rotor shaft section 11, 11' and the diameter of the rotor shaft section 11 Rotor shaft 4 in the region of the second rotor shaft section 1 1, 1 1 'is greater than the diameter of the rotor shaft 4 in the region of the third rotor shaft section 12. (FIGS. 2, 3, 7) With reference to FIG. 2, FIG. 3 or FIG. 7, viewed from left to right, the rotor shaft 4 is thus divided into a first rotor shaft section 10, a second rotor shaft section 11, a central third rotor shaft section 12, a further second rotor shaft section 11 '. and another first rotor shaft portion 10 '.
Die Rotorwelle 4 weist im Bereich des ersten Endabschnitts 6, genauer im Bereich des ersten Rotorwellenabschnitts 10, eine axiale Eintrittsöffnung 34 und im Be- reich des zweiten Endabschnitts 7, genauer des weiteren ersten Rotorwellenabschnitts 10', eine axiale Austrittsöffnung 35 auf. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7) The rotor shaft 4 has an axial inlet opening 34 in the region of the first end section 6, more precisely in the region of the first rotor shaft section 10, and an axial outlet opening 35 in the region of the second end section 7, more precisely the further first rotor shaft section 10 '. (FIGS. 2, 3, 7)
Im Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 ist im Bereich des jeweiligen zweiten Rotorwellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' jeweils ein Strömungselement 13, 13' angeordnet. (Fig. 3, Fig. 4a bis Fig. 4c) Weiterhin sind im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' im Mantel der Rotorwelle 4 gleichmäßig beabstandet mehrere radiale Aus- trittsöffnungen 14, 14' ausgebildet. Die radialen Austrittsöffnung 14, 14' dienen der Fluidverbindung des Hohlraums 5 der Rotorwelle 4 mit einem Außenbereich der Rotorwelle 4. In the cavity 5 of the rotor shaft 4 is in the region of the respective second rotor shaft portion 1 1, 1 1 'each have a flow element 13, 13' is arranged. (Fig. 3, Fig. 4a to Fig. 4c) Furthermore, in the region of the second rotor shaft portion 1 1, 1 1 'uniformly spaced in the mantle of the rotor shaft 4 a plurality of radial outlet openings 14, 14' is formed. The radial outlet opening 14, 14 'serve the fluid connection of the cavity 5 of the rotor shaft 4 with an outer region of the rotor shaft 4.
Die Strömungselemente 13, 13' sind jeweils hülsenförmig ausgebildet und weisen jeweils eine zentrale erste Öffnung 15 sowie zumindest mehrere im Mantel des jeweiligen Strömungselements 13, 13' ausgebildete zweite Öffnungen 16 auf. Das jeweilige Strömungselement 13, 13' ist in dem Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 so angeordnet, dass der Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 über die zweiten Öffnungen 16 des jeweiligen Strömungselements 13, 13' mit den jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' im Mantel der Rotorwelle 4 und somit mit dem Außenbereich der Rotorwelle 4 fluidverbunden ist. (Fig. 3, Fig. 4a bis Fig. 4c; Fig. 7) Durch die zweiten Öffnungen 16 im Mantel des jeweiligen Strömungselements 13, 13' kann das Kühlmittel somit in die jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' eintreten und den Nebenvolumenstrom ausbilden. Die beiden hülsenförmigen Strömungselemente 13, 13' weisen jeweils eine Engstelle 18 auf, wobei die zweiten Öffnungen 16 des jeweiligen Strömungselements 13, 13' im Bereich der Engstelle 18 des jeweiligen Strömungselements 13, 13' ausgebildet sind. (Fig. 4a bis Fig. 4c) Durch die Ausbildung der elektrischen Maschine 1 kann das durch den Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 geführte Kühlmittel auf einfache Art und Weise gezielt geführt werden, wobei Kühlmittel-Teilvolumenströme, nämlich ein Hauptvolumenstrom 36 und mehrere, der Anzahl an radialen Austrittsöffnungen 14, 14' entsprechend viele, Nebenvolumenströme 37, 37' entstehen. In Fig. 2 und Fig. 3 sind der Haupt- volumenstrom 36 sowie die Nebenvolumenströme 37, 37' durch Pfeile schematisch angezeigt. The flow elements 13, 13 'are each sleeve-shaped and each have a central first opening 15 and at least a plurality of openings 16 formed in the jacket of the respective flow element 13, 13'. The respective flow element 13, 13 'is arranged in the cavity 5 of the rotor shaft 4 so that the cavity 5 of the rotor shaft 4 via the second openings 16 of the respective flow element 13, 13' with the respective radial outlet openings 14, 14 'in the shell of the rotor shaft 4 and thus fluidly connected to the outer region of the rotor shaft 4. (Fig. 3, Fig. 4a to Fig. 4c, Fig. 7) Through the second openings 16 in the jacket of the respective flow element 13, 13 ', the coolant can thus enter the respective radial outlet openings 14, 14' and form the secondary volume flow. The two sleeve-shaped flow elements 13, 13 'each have a constriction 18, wherein the second openings 16 of the respective flow element 13, 13' in the region of the constriction 18 of the respective flow element 13, 13 'are formed. (FIGS. 4a to 4c) Due to the design of the electric machine 1, the coolant guided through the cavity 5 of the rotor shaft 4 can be guided in a simple manner in a targeted manner, wherein partial coolant volume flows, namely one main volume flow 36 and several, the number at radial outlet openings 14, 14 'corresponding to many, secondary volume flows 37, 37' arise. In FIGS. 2 and 3, the main volume flow 36 and the secondary volume flows 37, 37 'are indicated schematically by arrows.
Der Hauptvolumenstrom 36 führt von der Eintrittsöffnung 34 der Rotorwelle 4 axial durch den Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 zu der Austrittsöffnung 35 der Rotorwelle 4. Der Hauptvolumenstrom 36 übernimmt somit im Wesentlichen die Wärmeabfuhr aus dem Rotor 3 der elektrischen Maschine 1 . (Fig. 2, Fig. 3) The main volume flow 36 leads from the inlet opening 34 of the rotor shaft 4 axially through the cavity 5 of the rotor shaft 4 to the outlet opening 35 of the rotor shaft 4. The main volume flow 36 thus essentially takes over the heat dissipation from the rotor 3 of the electric machine. 1 (Fig. 2, Fig. 3)
Die Nebenvolumenströme 37, 37' treten aus den jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' im Mantel der Rotorwelle 4 aus dem Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 aus. (Fig. 2, Fig. 3) The secondary volume flows 37, 37 'emerge from the respective radial outlet openings 14, 14' in the jacket of the rotor shaft 4 from the cavity 5 of the rotor shaft 4. (Fig. 2, Fig. 3)
Die Austrittsgeschwindigkeit der Nebenvolumenströme 37, 37' aus den radialen Austrittsöffnungen 14, 14' hängt vom Systemdruck innerhalb des Hohlraums 5 der Rotorwelle 4 und somit des Hauptvolumenstroms 36 ab. Durch die Anordnung des jeweiligen Strömungselements 13, 13' im jeweiligen Bereich des zweiten Rotor- wellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' können jedoch auch bei drucklosen Systemen ausreichende Nebenvolumenströme 37, 37' ausgebildet werden. The exit velocity of the secondary volume flows 37, 37 'from the radial outlet openings 14, 14' depends on the system pressure within the cavity 5 of the rotor shaft 4 and thus of the main volume flow 36. Due to the arrangement of the respective flow element 13, 13 'in the respective region of the second rotor shaft section 1 1, 1 1 ', however, can also be formed in pressureless systems sufficient secondary volume flows 37, 37'.
Würde auf das jeweilige Strömungselement 13, 13' im jeweiligen Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' verzichtet werden, so würde bei steigender Durchflussrate von Kühlmittel an der Eintrittsöffnung 34 die Menge/Geschwindigkeit der Nebenvolumenströme 37, 37' aufgrund auftretender Turbulenzen an den Teilungspunkten von Hauptvolumenstrom 36 und Nebenvolumenströmen 37, 37'erheblich abnehmen. Umgekehrt wäre bei geringer Durch- flussrate von Kühlmittel ein gegenteiliger Effekt beobachtbar -die Menge an Nebenvolumenströmen 37, 37' würde zunehmen, was die Kühleffizenz des Hauptvolumenstroms 36 erheblich mindern würde. If the respective flow element 13, 13 'in the respective region of the second rotor shaft section 11, 11' were dispensed with, the quantity / speed of the secondary volume flows 37, 37 'would increase as the flow rate of coolant at the inlet opening 34 increases Divide points of the main volume flow 36 and secondary flow rates 37, 37 'significantly decrease. Conversely, with a low flow rate of coolant, an opposite effect would be observable-the amount of secondary volume flows 37, 37 'would increase, which would considerably reduce the cooling efficiency of the main volume flow 36.
Durch die Breite der zweiten Öffnungen 16 in dem Mantel des jeweiligen Strö- mungselements 13, 13' kann der Anteil der jeweiligen Nebenvolumenströme 37, 37' eingestellt werden. Je größer die zweiten Öffnungen 16 ausgeführt sind, desto größer sind die jeweiligen Nebenvolumenströme 37, 37' - in umgekehrter Weise sind die Nebenvolumenströme 37, 37' umso kleiner, je kleiner die zweiten Öffnungen 16 ausgeführt sind. (Fig. 4a bis Fig. 4c) The proportion of the respective secondary volume flows 37, 37 'can be set by the width of the second openings 16 in the jacket of the respective flow element 13, 13'. The larger the second openings 16 are made, the larger the respective secondary volume flows 37, 37 '- in the reverse manner, the smaller the second openings 16 are made, the smaller the secondary volume flows 37, 37'. (FIGS. 4a to 4c)
Weiterhin kann über den Durchmesser der Engstelle 18 des jeweiligen Strömungselements 13, 13' das Hauptvolumenstrom 36/Nebenvolumenströme 37, 37'- Verhältnis eingestellt werden, wobei auch die Geschwindigkeit der Nebenvolumenströme 37, 37' bestimmt wird. (Fig. 4a bis Fig. 4c) Furthermore, via the diameter of the constriction 18 of the respective flow element 13, 13 ', the main volume flow 36 / secondary volume flows 37, 37' ratio can be adjusted, wherein the speed of the secondary volume flows 37, 37 'is determined. (FIGS. 4a to 4c)
Die Durchflussrate an der Eintrittsöffnung 34 der Rotorwelle 4 ist zwar maßgeblich für die Menge und/oder die Geschwindigkeit des Hauptvolumenstroms 36 und der jeweiligen Nebenvolumenströme 37, 37', jedoch ist das Verhältnis zwischen den Strömen, nämlich dem Hauptvolumenstrom 36 und den jeweiligen Nebenvolu- menströmen 37, 37', durch Einbringen des jeweiligen Strömungselements 13, 13' in den Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 weitaus weniger empfindlich auf Veränderungen der Durchflussrate an der Eintrittsöffnung 34 der Rotorwelle 4. Wird nun die Durchflussrate erhöht, entstehen weniger Turbulenzen an den jeweiligen Teilungspunkten von Hauptvolumenstrom 36 und den jeweiligen Nebenvolumenströ- men und die jeweiligen Nebenvolumenströme 37, 37' können exakter umgeleitet werden. Eine Absenkung der Durchflussrate an der Eintrittsöffnung 34 der Rotorwelle 4 hat aufgrund gleichbleibender Teilungsverhältnisse zwischen dem Hauptvolumenstrom 36 und den Nebenvolumenströmen 37, 37' keinen nachteiligen Effekt auf den Hauptvolumenstrom 36. Although the flow rate at the inlet opening 34 of the rotor shaft 4 is decisive for the quantity and / or the speed of the main volume flow 36 and the respective secondary volume flows 37, 37 ', the ratio between the flows, namely the main volume flow 36 and the respective secondary volume flows 37, 37 ', by introducing the respective flow element 13, 13' into the cavity 5 of the rotor shaft 4 is much less sensitive to changes in the flow rate at the inlet opening 34 of the rotor shaft 4. If the flow rate is increased, less turbulence at the respective division points of the main volume flow 36 and the respective Nebenvolumenströ- men and the respective secondary volume flows 37, 37 'can be redirected more precisely. A reduction of the flow rate at the inlet opening 34 of the rotor shaft 4 has due to constant division ratios between the main volume flow 36 and the secondary volume flows 37, 37 'no adverse effect on the main volume flow 36th
Durch die Anordnung der jeweiligen Strömungselemente 23, 23' im Bereich des jeweiligen zweiten Rotorwellenabschnitts 1 1 , 1 1 ' lässt sich somit die Kühlmittelgeschwindigkeit des Hauptvolumenstroms 36 und der Nebenvolumenströme 37, 37' gezielt beeinflussen. By arranging the respective flow elements 23, 23 'in the region of the respective second rotor shaft section 11, 11', the coolant velocity of the main volume flow 36 and the secondary volume flows 37, 37 'can thus be influenced in a targeted manner.
Die elektrische Maschine 1 weist weiterhin zwei Aufsatzelemente 19, 19' auf. (Fig. 1 bis Fig. 3 sowie Fig. 5 bis Fig. 8) The electric machine 1 also has two attachment elements 19, 19 '. (FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 8)
Ein Aufsatzelement 19 ist im Bereich im Bereich des ersten Endabschnitts 6 der Rotorwelle 4 fest an der Rotorwelle 4 angeordnet. Das weitere Aufsatzelement 19' ist im Bereich des zweiten Endabschnitts 7 der Rotorwelle 4 fest an der Rotorwelle 4 angeordnet. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5, Fig. 7 und Fig. 8) An attachment element 19 is fixedly arranged on the rotor shaft 4 in the region in the region of the first end section 6 of the rotor shaft 4. The further attachment element 19 'is fixedly arranged on the rotor shaft 4 in the region of the second end section 7 of the rotor shaft 4. (FIGS. 2, 3, 5, 7 and 8)
Die Aufsatzelemente 19, 19' sind jeweils derart ausgeführt, dass aus dem Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 über die jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' austretendes Kühlmittel an den jeweiligen Endabschnitten 6,7 der Rotorwelle 4 austretendes Kühlmittel über die jeweilige Rotorstirnseite 29, 29' und die jeweilige Statorstirnseite 25, 25' geleitet werden kann. Das jeweilige Aufsatzelement 19, 19' ist im Wesentlichen kreisrund mit einer zentralen dritten Öffnung 17 ausgebildet. (Fig. 5, Fig. 6) The attachment elements 19, 19 'are each designed such that from the cavity 5 of the rotor shaft 4 via the respective radial outlet openings 14, 14' exiting coolant at the respective end portions 6,7 of the rotor shaft 4 exiting coolant through the respective rotor end face 29, 29 ' and the respective stator end face 25, 25 'can be passed. The respective attachment element 19, 19 'is formed essentially circular with a central third opening 17. (Fig. 5, Fig. 6)
Die Aufsatzelemente 19, 19' sind jeweils über die zentrale dritte Öffnung 17 an der Rotorwelle 4 befestigt. The attachment elements 19, 19 'are each attached to the rotor shaft 4 via the central third opening 17.
Die jeweiligen Aufsatzelemente 19, 19' weisen einen stufenartigen Querschnitt auf. Weiterhin sind ausgehend von der zentralen dritten Öffnung 17 des jeweiligen Aufsatzelements 19, 19' sich radial erstreckende Bahnen 22 ausgebildet. Die Bahnen 22 sind in Bezug auf den Umfang des jeweiligen Aufsatzelements 19, 19' gleichmäßig beabstandet ausgebildet. Durch die stufenartige Ausbildung des jeweiligen Aufsatzelements 19, 19' wird ein Kühlmittel-Auffangabschnitt 24 im Bereich der jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' ausgebildet. Aus dem Hohlraum 5 der Rotorwelle 4 über die jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' austretendes Kühlmittel wird in dem jeweiligen Kühlmittel-Auffangabschnitt 24 des jeweiligen Aufsatzelements 19, 19' gefangen und aufgrund der Zentrifugalkraft, die sich aus einer Rotation der Rotorwelle 4 bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 1 ergibt, über die jeweiligen Bahnen 14 über die jeweilige Rotorstirnseite 29, 29' und die jeweilige Statorstirnseite 25, 25' geführt. Derart werden zum einen die beiden Kurzschlussringe 33, 33' an den beiden Rotorstirnseiten 29, 29' des Rotors 3 sowie die Wicklungsköpfe 28 der Statorwicklungen 27 an den beiden Statorstirnseiten 25, 25' des Stators 2 effizient gekühlt. Durch die beiden Aufsatzelemente 19, 19' wird somit ein gezielter Kühlmittelfluss über die jeweilige Rotorstirnseite 29, 29' und die jeweilige Statorstirnseite 25, 25' ermöglicht. (1 bis Fig. 3 sowie Fig. 5 bis Fig. 8) The respective attachment elements 19, 19 'have a step-like cross-section. Furthermore, starting from the central third opening 17 of the respective attachment element 19, 19 'radially extending tracks 22 are formed. The tracks 22 are formed uniformly spaced with respect to the circumference of the respective attachment element 19, 19 '. Due to the step-like design of the respective attachment element 19, 19 ', a coolant collecting section 24 is formed in the region of the respective radial outlet openings 14, 14'. From the cavity 5 of the rotor shaft 4 via the respective radial outlet openings 14, 14 'exiting coolant is trapped in the respective coolant collecting portion 24 of the respective attachment element 19, 19' and due to the centrifugal force resulting from a rotation of the rotor shaft 4 during operation the electrical machine 1 results, over the respective tracks 14 via the respective rotor end face 29, 29 'and the respective stator front side 25, 25' out. On the one hand, the two short-circuit rings 33, 33 'on the two rotor end faces 29, 29' of the rotor 3 and the winding heads 28 of the stator windings 27 are efficiently cooled at the two stator end faces 25, 25 'of the stator 2. By the two attachment elements 19, 19 'thus a targeted coolant flow over the respective rotor end face 29, 29' and the respective stator end face 25, 25 'allows. (1 to Fig. 3 and Fig. 5 to Fig. 8)
Durch die Führung des Kühlmittels durch die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 4 wird zudem insbesondere der Rotorkern 30 des Rotors 3 gekühlt. ln der in Fig. 1 bis Fig. 3 sowie Fig. 5 dargestellten ersten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine 1 sind die Aufsatzelemente 19, 19' jeweils als separate Bauteile an der Rotorwelle 4 befestigt. In der in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten zweiten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine 1 sind die Aufsatzelemente 19, 19' jeweils einteilig mit dem jeweiligen Kurzschlussring 33, 33' der elektrischen Maschine 1 ausgebildet. Hierbei tritt das Kühlmittel über die jeweiligen radialen Austrittsöffnungen 14, 14' in dem Mantel der Rotorwelle 4 aus und wird in dem Kühlmittel-Auffangabschnitt 24, der hier als ein Hohlraum, gebildet durch den jeweiligen Kurzschlussring 33, 33' und den Rotorkern 30, ausgebildet ist, aufgefangen und durch Bohrungen 38 im jeweiligen Kurzschlussring 33, 33' in Richtung der jeweiligen Statorstirnseite 25, 25' weiterbefördert, wo sich das Kühlmittel frei über die gesamten Wicklungsköpfe 28 des Stators 2 verteilen kann und somit eine verbesserte Wärmeabfuhr an den Wick- lungsköpfen 28 an der jeweiligen Statorstirnseite 25, 25' bewirkt. (Fig. 7, Fig. 8) In addition, the rotor core 30 of the rotor 3 is cooled in particular by the guidance of the coolant through the rotor shaft 4 designed as a hollow shaft. In the first embodiment variant of the electric machine 1 shown in FIGS. 1 to 3 as well as in FIG. 5, the attachment elements 19, 19 'are each attached to the rotor shaft 4 as separate components. In the second embodiment of the electric machine 1 shown in FIG. 7 and FIG. 8, the attachment elements 19, 19 'are each formed integrally with the respective short-circuit ring 33, 33' of the electric machine 1. In this case, the coolant exits via the respective radial outlet openings 14, 14 'in the jacket of the rotor shaft 4 and is formed in the coolant collecting portion 24, here as a cavity formed by the respective shorting ring 33, 33' and the rotor core 30 is, collected and transported through bores 38 in the respective short-circuit ring 33, 33 'in the direction of the respective Statorstirnseite 25, 25', where the coolant can distribute freely over the entire winding heads 28 of the stator 2 and thus an improved heat dissipation at the winding lungsköpfen 28 on the respective stator front side 25, 25 'causes. (Fig. 7, Fig. 8)
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 Elektrische Maschine 1 electric machine
2 Stator  2 stators
3 Rotor  3 rotor
4 Rotorwelle  4 rotor shaft
5 Hohlraum  5 cavity
6 Erster Endabschnitt  6 First end section
7 Zweiter Endabschnitt  7 Second end section
8, 8' Erster Absatz  8, 8 'First paragraph
9, 9' Zweiter Absatz  9, 9 'Second paragraph
10, 10' Erster Rotorwellenabschnitt  10, 10 'first rotor shaft section
1 1 , 1 1 ' Zweiter Rotorwellenabschnitt  1 1, 1 1 'second rotor shaft section
12 Dritter Rotorwellenabschnitt  12 Third rotor shaft section
13, 13' Strömungselement  13, 13 'flow element
14, 14' Radiale Austrittsöffnung  14, 14 'Radial outlet opening
15 Erste Öffnung  15 First opening
16 Zweite Öffnung  16 Second opening
17 Dritte Öffnung  17 Third opening
18 Engstelle  18 bottleneck
19 Aufsatzelement  19 attachment element
22 Bahn  22 train
23 Längsachse  23 longitudinal axis
24 Kühlmittel-Auffangabschnitt  24 coolant collecting section
25, 25' Statorstirnseite  25, 25 'Statorstirnseite
26 Statorkern  26 stator core
27 Statorwicklung  27 stator winding
28 Wicklungskopf  28 winding head
29, 29' Rotorstirnseite Rotorkern 29, 29 'rotor front side rotor core
Rotorkäfig  rotor cage
Leiterstab Head of staff
, 33' Kurzschlussring Eintrittsöffnung Austrittsöffnung Hauptvolumenstronn, 37' Nebenvolumenstrom Bohrung , 33 'Short circuit ring Inlet Outlet Main flow, 37' Secondary flow Bore

Claims

Patentansprüche claims
Elektrische Maschine (1 ) umfassend einen Stator (2), einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) drehbar gelagert innerhalb des Stators (2) angeordnet ist und eine Rotorwelle (4) aufweist, die als Hohlwelle ausgeführt ist und mittels der ein Hohlraum (5) ausgebildet ist, der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen ist, wobei die Rotorwelle (4) an zumindest einem Endabschnitt (6, 7) zumindest zwei Absätze (8, 8', 9, 9') aufweist, wobei so zumindest drei Rotorwellenabschnitte, nämlich ein erster Rotorwellenabschnitt (10, 10'), ein zweiter Rotorwellenabschnitt (1 1 , 1 1 ') und ein dritter Rotorwellenabschnitt (12), mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet werden, wobei im Hohlraum (5) der Rotorwelle (4) im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts (1 1 , 1 1 ') ein Strömungselement (13, 13') angeordnet ist und wobei im Bereich des zweiten Rotorwellenabschnitts (1 1 , 1 1 ') im Mantel der Rotorwelle (4) zumindest eine radiale Austrittsöffnung (14, 14') ausgebildet ist, die den Hohlraum (5) der Rotorwelle (4) mit einem Außenbereich der Rotorwelle (4) fluidverbindet. Electric machine (1) comprising a stator (2), a rotor (3), wherein the rotor (3) is rotatably mounted within the stator (2) and has a rotor shaft (4), which is designed as a hollow shaft and by means of a cavity (5) is formed, which is provided for receiving a coolant, wherein the rotor shaft (4) at least one end portion (6, 7) at least two paragraphs (8, 8 ', 9, 9'), wherein at least three rotor shaft sections, namely a first rotor shaft section (10, 10 '), a second rotor shaft section (11, 11') and a third rotor shaft section (12), with different diameters, wherein in the cavity (5) of the rotor shaft (4) in the region of the second rotor shaft section (1 1, 1 1 ') a flow element (13, 13') is arranged and wherein in the region of the second rotor shaft section (1 1, 1 1 ') in the shell of the rotor shaft (4) at least one radial outlet opening ( 14, 14 ') is formed, the Hoh lraum (5) of the rotor shaft (4) fluidly connected to an outer region of the rotor shaft (4).
Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , Electric machine (1) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Strömungselement (13, 13') hülsenförmig mit einer zentralen ersten Öffnung (15) ausgebildet ist und zumindest eine in dem Mantel des Strömungselements (13, 13') ausgebildete zweite Öffnung (16) aufweist, wobei das Strömungselement (13, 13') derart in dem Hohlraum (5) der Rotorwelle (4) angeordnet ist, dass dieser über die zweite Öffnung (16) des Strömungselements (13, 13') mit der radialen Austrittsöffnung (14) im Mantel der Rotorwelle (4) fluidver- bunden ist. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, characterized in that the flow element (13, 13 ') is sleeve-shaped with a central first opening (15) and at least one in the jacket of the flow element (13, 13') formed second opening (16), wherein the flow element (13, 13 ') in such a way in the cavity (5) of the rotor shaft (4) is arranged, that this fluidver via the second opening (16) of the flow element (13, 13') with the radial outlet opening (14) in the shell of the rotor shaft (4) - is tied. Electric machine (1) according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das hülsenför- mige Strömungselement (13, 13') eine Engstelle (18) aufweist, wobei die zweite Öffnung (16) im Bereich der Engstelle (18) des Strömungselements (13, 13') ausgebildet ist. That the sleeve-shaped flow element (13, 13 ') has a constriction (18), wherein the second opening (16) in the region of the constriction (18) of the flow element (13, 13') is formed.
Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, Electric machine (1) according to claim 1, 2 or 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrische Maschine (1) zumindest ein Aufsatzelement (19, 19') umfasst, wobei das Aufsatzelement (19, 19') im Bereich des Endabschnitts (6, 7) der Rotorwelle (4) derart an der Rotorwelle (4) angeordnet ist, dass aus dem Hohlraum (5) der Rotorwelle (4) über die radiale Austrittsöffnung (14, 14') austretendes Kühlmittel zumindest teilweise über eine Rotorstirnseite (29, 29') und eine Statorstirnseite (25, 25') des Stators (2) geleitet werden kann. characterized in that the electric machine (1) comprises at least one attachment element (19, 19 '), wherein the attachment element (19, 19') in the region of the end section (6, 7) of the rotor shaft (4) on the rotor shaft (4) is arranged, that from the cavity (5) of the rotor shaft (4) via the radial outlet opening (14, 14 ') exiting coolant at least partially via a rotor end face (29, 29') and a Statorstirnseite (25, 25 ') of the stator ( 2) can be conducted.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4, Electric machine (1) according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aufsatzelement (19) im Wesentlichen kreisrund mit einer zentralen dritten Öffnung (17) und mehreren gleichmäßig beabstandeten, radial verlaufenden Bahnen (22) und/oder Kanälen ausgebildet ist. That is, the attachment (19) is substantially circular in shape with a central third opening (17) and a plurality of equally spaced, radially extending tracks (22) and / or channels.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4 oder 5, Electric machine (1) according to claim 4 or 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aufsatzelement (19, 19') entlang einer Normalebene auf eine Längsachse (23) der elektrischen Maschine (1) im Querschnitt im Wesentlichen stufenartig ausgebildet ist und derart ein Kühlmittel-Auffangabschnitt (24) im Bereich der radialen Austrittsöffnung (14, 14') ausgebildet ist. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4, 5 oder 6, characterized in that the attachment element (19, 19 ') along a normal plane to a longitudinal axis (23) of the electric machine (1) in cross-section is substantially stepped and thus a coolant collecting portion (24) in the region of the radial outlet opening (14, 14 ') is formed. Electric machine (1) according to claim 4, 5 or 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aufsatzele- ment (19, 19') aus Kunststoff ist. In this case, the attachment element (19, 19 ') is made of plastic.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, Electric machine (1) according to one of claims 4 to 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aufsatzelement (19, 19') einteilig mit einem Kurzschlussring (33, 33') der elektrischen Maschine (1) ausgebildet ist. That is, the attachment element (19, 19 ') is formed in one piece with a short-circuit ring (33, 33') of the electrical machine (1).
EP17715929.0A 2016-05-20 2017-04-06 Electric machine Withdrawn EP3459157A1 (en)

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