WO2013026693A2 - Elektrische maschine mit dämpferschirm - Google Patents

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WO2013026693A2
WO2013026693A2 PCT/EP2012/065389 EP2012065389W WO2013026693A2 WO 2013026693 A2 WO2013026693 A2 WO 2013026693A2 EP 2012065389 W EP2012065389 W EP 2012065389W WO 2013026693 A2 WO2013026693 A2 WO 2013026693A2
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electrical machine
permanent magnets
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Markus KLÖPZIG
Peter Kummeth
Heinz Schmidt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786Outer rotors
    • H02K1/2787Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/01Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for shielding from electromagnetic fields, i.e. structural association with shields
    • H02K11/012Shields associated with rotating parts, e.g. rotor cores or rotary shafts
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • HELECTRICITY
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine having a rotor and a stator which is arranged coaxially with the rotor, wherein permanent magnets are arranged on a stator ⁇ the side facing the rotor, and between ⁇ the rotor and the stator, there is a gap.
  • an electric machine can be used for electrically driven vehicles.
  • NdFeB magnets are used whose temperature must not rise above 200 ° C, otherwise they will be demagnetized. If it can be achieved that the permanent magnets in the machine are only heated to temperatures well below 200 ° C., cheaper magnet material can also be used.
  • the object of the present invention is thus to propose a cheap producible electric machine, in which there are fewer problems with respect to the heating of the permanent magnets.
  • an electrical ⁇ specific machine having a rotor and a stator, which is arranged coaxially with the rotor, wherein the permanent magnets on ei ⁇ ner facing the stator side of the rotor are arranged, and between the rotor and the stator, an air gap wherein the rotor on the side facing the stator of the permanent magnets has a tubular damper screen made of electrically conductive and magnetically non-conductive material.
  • the rotor is provided on the stator-facing sides of the permanent magnets with a tubular damper screen made of an electrically conductive and magnetically non-conductive material.
  • the rotor is an external rotor and the stator is an inner stator.
  • Such motors are characterized by a high power density and are preferably used for electric ⁇ cal drives in motor vehicles.
  • the rotor has a tubular-shaped insulating member is located between the Per ⁇ manentmagneten and the damper screen.
  • the insulating essentially prevents heat from the Dämp ⁇ fertransport is passed to the permanent magnet.
  • the tubular insulating element can also be made of a glass ⁇ fiber-reinforced material. This material has not only insulating properties, but also the advantage of particularly high mechanical stability.
  • the damper screen and the insulating element can be designed to be positively locking to one another in the circumferential direction. In this way it is possible to prevent the damper screen and the insulating element from rotating one another.
  • the stator can have a stator section, which directly faces the damper screen, wherein a first cooling channel system is arranged in the stator section.
  • This cooling channel system is used to cool the stator and the stator winding. Since the damper screen heats up relatively strong, and the opposite Stän ⁇ derabrough is heated by heat radiation and convection.
  • the corresponding first cooling channel system in this stator section avoids overheating of this stator section and thus enables the cooling of the damper screen.
  • the stator section extends coaxially with the rotor or damper screen.
  • the gap between the stator and rotor is part of a second cooling channel system.
  • a fan for conveying cooling air in the second cooling channel system may be attached to the rotor. This can be a favorable self-ventilation realize.
  • a forced ventilation can be provided by a separately driven external fan.
  • the damper shield may have a flange-like portion on which it is mounted on the rotor and the one Part of the wall of the second cooling channel system forms.
  • the electric machine is used in electric or hybrid vehicles.
  • IMP EXP ⁇ including a drive can thus be provided with even higher power density.
  • FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the axis of an inventive external rotor motor
  • FIG 2 shows a cross section parallel to the axis of the deliberatelyläu ⁇ fermotors of FIG 1.
  • an electrical machine with an external rotor 1 and an internal stator 2 is shown.
  • permanent magnets 3 are arranged uniformly distributed in the circumferential direction.
  • Radially inwardly immediately adjacent to the permanent magnets 3 is a tubular insulation element 4.
  • Imin directly adjacent is a tubular damper screen 5.
  • the stator 2 is located within the damper shield 5, wherein between the damper shield 5 and the stator 2 a Air gap 6 is formed.
  • the permanent magnets 3 of the external rotor machine are (eg for use in e-cars or hybrid vehicles) by the damper shield 5, ie by an electrically conductive and magnetically non-conductive shield eg in the form of a hollow cylinder made of good conductive material (eg metal, E-copper), shielded by the harmonics of the stator winding.
  • the principle of the invention is also applicable to an internal rotor machine.
  • the basic idea is that the losses in the ex ⁇ shielding material of the dampener shield arise and heat it. Direct heating of the permanent magnets (and other conductive, for example metallic parts under the damper shield 5) is thus prevented.
  • the damper shield 5 simultaneously forms a mechanical protection of the permanent magnets 3 during assembly of the motor (when joining rotor and stator). In addition, the damper shield 5 also provides additional mechanical protection of the permanent magnets during operation of the machine.
  • the insulation element 4 for thermal insulation is located between the damper shield 5 and the permanent magnets 3, in the example of FIG. 1, the insulation element 4 for thermal insulation is located.
  • the insulating element 4 may be, for example, a hollow cylinder made of fiberglass, a woven fabric, a net or a grid of insulating material or the like. The insulating member 4 reduces the heat conduction from the damper shield 5 to the permanent magnets 3.
  • damper shield 5 and fiberglass insulation element 4 should be done with positive locking in order to be secured against rotation.
  • the insulating material should have overall cient mechanical strength so that the elec ⁇ symmetrical highly conductive (magnetically non-conductive) and soft copper material of the damper screen 5 does not begin to flow under rotation by the Zentri ⁇ fugal mechanism and radi ⁇ al outwardly flows and receives direct thermal contact with the permanent magnet 3.
  • damper shield and optionally the GRP insulation hollow cylinder 4 provide additional support for the permanent magnets 3 typically glued to the rotor.
  • damper shield 5 prevents, if a Verkle ⁇ tion of the permanent magnets 3 triggers that dissolved magnetic ⁇ segments in the air gap between rotor 1 and stator 2 jam and destroy the entire machine.
  • the majority of the energy deposited in the damper shield 5 is dissipated in the form of heat via the air gap of the electric machine, which is clear from FIG. 2, which shows a cross section through the electric machine parallel to its axis.
  • the air gap 6 here has a pot shape corresponding to the contours of outer rotor 1 and inner stator. 2
  • the external rotor 1 itself is formed cup-shaped and has the permanent magnet 3 on the inner walls of its tubular part. Radially inwardly, the permanent magnets 3 are shielded by the damper shield 5, which is placed on the bottom surface of the outer rotor cup. At its axial side opposite to ⁇ side of the dampener shield 5 has a flange portion 7 to which it is attached pot on top of the external rotor. Between the damper screen 5 and the
  • Permanent magnet 3 thus results in an annular gap, in which the tubular insulating element 4 is inserted.
  • the stator 2 has a cylindrical portion 8 and a flange portion 9.
  • the cylindrical portion 8 befin ⁇ det within the cup-shaped rotor 1, while the flange portion 9 is arranged outside of the rotor.
  • the air gap 6 thus extends between the Flanschab ⁇ section 9 of the stator and the flange portion 7 of the Dämp- ferles 5, and between the cylindrical portion 8 of the stator 2 and the tubular portion of the damper ⁇ screen 5, but also between the cylindrical portion. 8 of the stand and the bottom of the runner pot.
  • the damper shield 5 releases its heat primarily to the air gap 6 (generally coolant gap).
  • the adjacent to the air gap 6 ⁇ post section 10 receives a portion of the heat of the air gap.
  • the stand 2 of the machine and in particular special of the damper shield 5 opposite stator ⁇ section 10 is additionally cooled.
  • ademit ⁇ teltechnisch 11 is performed with a coolant inlet 12 and a cooling central outlet 13 through the most affected parts of the stand 2, in particular the annular stand portion 10.
  • a particularly efficient cooling of the stator can be achieved by a liquid coolant reach (in particular ⁇ sondere water cooling). It is also advantageous if the surface to be cooled of
  • Damper shield 5 is provided with cooling fins (not shown in the figures). Because of the cooling ribs ver ⁇ enlarged surface of the damper screen, the cooling of the damper shield is optimized. As a result, the maximum temperature of the permanent magnets 3 is further reduced.
  • an active cooling in addition to the passive cooling of the damper shield 5 via the air gap 6 by means of ambient ⁇ air and an active cooling can be used.
  • the rotor 1 is provided by suitable shaping so with suitable impellers that upon rotation of the rotor takes place automatically a duress ⁇ cooling and a cooling air flow is conveyed through the air gap 6 of the electric machine fourteenth
  • a separate fan powered also not be distinguished ⁇
  • the air gap 6 with the cooling air flow 13.
  • a forced cooling fan can be controlled or regulated by the speed of the rotor 1 or by the temperature of the damper screen 5 measured by means of a sensor.
  • a time-controlled operation of the forced cooling fan would also be conceivable.

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Abstract

Die Leistungsdichte von Elektromotoren soll erhöht werden. Dazu wird eine elektrische Maschine mit einem Läufer (1) und einem Ständer (2) vorgeschlagen, der koaxial mit dem Läufer angeordnet ist. Permanentmagnete (3) sind an einer dem Ständer (2) zugewandten Seite des Läufers (1) angeordnet. Zwischen dem Läufer (1) und dem Ständer (2) besteht ein Spalt (6). Der Läufer (1) weist an den dem Ständer (2) zugewandten Seiten der Permanentmagnete (3) einen rohrförmigen Dämpferschirm (5) aus elektrisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Material auf. Dadurch entstehen die Wirbelstromverluste in dem Dämpferschirm (5) und nicht in den Permanentmagneten (3), so dass sich diese weniger erwärmen.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit Dämpferschirm
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Läufer und einem Ständer, der koaxial mit dem Läufer angeordnet ist, wobei Permanentmagnete an einer dem Stän¬ der zugewandten Seite des Läufers angeordnet sind, und zwi¬ schen dem Läufer und dem Ständer ein Spalt besteht. Insbesondere kann eine derartige elektrische Maschine für elektrisch angetriebene Fahrzeuge verwendet werden.
In Elektromotoren werden häufig Permanentmagnete (typischerweise Seltenerdmagnete aus NdFeB oder SmCo) am Läufer verwen¬ det. Werden zum Betreiben derartiger Elektromotoren Umrichter eingesetzt (wie z.B. in Hybridfahrzeugen oder sogenannten E-Cars) , so entstehen Oberwellen, welche in leitfähigen
Strukturen (z.B. in massiven ungeblechten Metallteilen) und somit auch in den Permanentmagneten Wirbelströme verursachen. Damit entstehen Verluste, die zur Erwärmung der Permanentmag¬ nete führen.
Typischerweise werden in Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen
NdFeB-Magnete eingesetzt, deren Temperatur nicht über 200 °C steigen darf, da sie sonst entmagnetisiert werden. Kann man erreichen, dass die Permanentmagnete in der Maschine nur auf Temperaturen deutlich unter 200 °C erwärmt werden, so kann auch preisgünstigeres Magnetmaterial eingesetzt werden.
Um die Erwärmung von massiven Metallteilen zu vermeiden, werden beim Auftreten von magnetischen Wechselfeldern typischerweise voneinander isolierte Bleche anstelle von massivem Me¬ tall eingesetzt. Bei Permanentmagneten werden statt eines großen Magneten mehrere schmale Magnete verwendet, um gro߬ flächige Wirbelströme zu verhindern. Die dünnen Magnetsegmente sind zum einen teurer in der Herstellung und verursachen andererseits auch einen höheren Fertigungsaufwand für die Ma¬ schinen (längere Fertigungsdauer, höhere Fertigungskosten) . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine günstig herstellbare elektrische Maschine vorzuschlagen, bei der weniger Probleme hinsichtlich der Erwärmung der Permanentmagnete bestehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektri¬ sche Maschine mit einem Läufer und einem Ständer, der koaxial mit dem Läufer angeordnet ist, wobei Permanentmagnete an ei¬ ner dem Ständer zugewandten Seite des Läufers angeordnet sind, und zwischen dem Läufer und dem Ständer ein Luftspalt besteht, wobei der Läufer an den dem Ständer zugewandten Seiten der Permanentmagnete einen rohrförmigen Dämpferschirm aus elektrisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Material aufweist .
In vorteilhafter Weise wird also der Läufer an den dem Ständer zugewandten Seiten der Permanentmagnete mit einem rohrförmigen Dämpferschirm aus einem elektrisch leitenden und magnetisch nicht leitenden Material ausgestattet. Dadurch bilden sich etwaige Wirbelströme in erster Linie in dem
Dämpferschirm aus, so dass sich dieser erwärmt. Dies bedeutet aber auch, dass sich in den Permanentmagneten, die hinter dem Dämpferschirm liegen, die Wirbelströme weniger stark ausbilden, so dass sich die Permanentmagnete weniger erwärmen. Da¬ mit ist die Gefahr der Entmagnetisierung der Permanentmagnete deutlich vermindert.
Vorzugsweise ist der Läufer ein Außenläufer und der Ständer ein Innenständer. Derartige Motoren zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte aus und werden vorzugsweise für elektri¬ sche Antriebe in Kraftfahrzeugen verwendet.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Läufer ein rohr- förmiges Isolierelement aufweist, das sich zwischen den Per¬ manentmagneten und dem Dämpferschirm befindet. Das Isolierelement verhindert im Wesentlichen, dass Wärme von dem Dämp¬ ferschirm zu den Permanentmagneten geleitet wird. Das rohrförmige Isolierelement kann außerdem aus einem glas¬ faserverstärkten Material gefertigt sein. Dieses Material hat nicht nur Isoliereigenschaften, sondern auch den Vorzug der besonders hohen mechanischen Stabilität.
Ferner kann der Dämpferschirm und das Isolierelement in Um- fangsrichtung zueinander formschlüssig ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass sich der Dämpfer- schirm und das Isolierelement gegenseitig drehen.
Des Weiteren kann der Ständer einen Ständerabschnitt aufweisen, der dem Dämpferschirm unmittelbar gegenübersteht, wobei in dem Ständerabschnitt ein erstes Kühlkanalsystem angeordnet ist. Dieses Kühlkanalsystem dient zur Kühlung des Ständers und der Ständerwicklung. Da sich der Dämpferschirm verhältnismäßig stark erwärmt, wird auch der gegenüberliegende Stän¬ derabschnitt durch Wärmestrahlung und Konvektion erwärmt. Das entsprechende erste Kühlkanalsystem in diesem Ständerab- schnitt vermeidet eine Überhitzung dieses Ständerabschnitts und ermöglicht so die Kühlung des Dämpferschirms. Vorzugswei¬ se erstreckt sich der Ständerabschnitt koaxial zum Läufer bzw. Dämpferschirm. In einer speziellen Ausführungsform ist der Spalt zwischen Ständer und Läufer Teil eines zweiten Kühlkanalsystems. Es wird somit auch der Spalt zwischen Ständer und Läufer für die Kühlung direkt verwendet, da j a der warme Dämpferschirm eine Wand des Spalts bildet.
Darüber hinaus kann an den Läufer ein Lüfterrad zum Fördern von Kühlluft in das zweite Kühlkanalsystem befestigt sein. Damit lässt sich eine günstige Eigenbelüftung realisieren. Alternativ hierzu kann eine Fremdbelüftung durch einen sepa- rat angetriebenen Fremdlüfter vorgesehen sein.
Ferner kann der Dämpferschirm einen flanschartigen Abschnitt aufweisen, an dem er an den Läufer montiert ist und der einen Teil der Wand des zweiten Kühlkanalsystems bildet. Mit einem derartig geformten Dämpferschirm lassen sich Permanentmagnete vollständig in den Läufer einkapseln, wenn das Läuferjoch selbst topfförmig ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Anwendung wird die elektrische Maschine in Elektro- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt. Insge¬ samt kann somit ein Antrieb mit noch höherer Leistungsdichte bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 einen Querschnitt senkrecht zur Achse eines erfin- dungsgemäßen Außenläufermotors und
FIG 2 einen Querschnitt parallel zur Achse des Außenläu¬ fermotors von FIG 1. Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
In dem Beispiel von FIG 1 ist eine elektrische Maschine mit einem Außenläufer 1 und einem Innenstator 2 dargestellt. An der inneren Seite des Außenläufers 1 sind Permanentmagnete 3 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Radial nach innen unmittelbar angrenzend an die Permanentmagnete 3 befindet sich ein rohrförmiges Isolationselement 4. Darin un¬ mittelbar angrenzend befindet sich ein rohrförmiger Dämpfer- schirm 5. Der Stator 2 befindet sich innerhalb des Dämpferschirms 5, wobei zwischen dem Dämpferschirm 5 und dem Stator 2 ein Luftspalt 6 ausgebildet ist.
Die Permanentmagnete 3 der Außenläufermaschine werden (z.B. für die Anwendung in E-Cars oder Hybridfahrzeugen) durch den Dämpferschirm 5, d.h. durch eine elektrisch leitfähige und magnetisch nicht leitende Abschirmung z.B. in Form eines Hohlzylinders aus gut leitfähigem Material (z.B. Metall, E-Kupfer) , von den Oberwellen der Ständerwicklung abgeschirmt. Das Prinzip der Erfindung ist auch für eine Innen- läufermaschine anwendbar.
Die prinzipielle Idee besteht darin, dass die Verluste im ab¬ schirmenden Material des Dämpferschirms entstehen und diesen aufheizen. Eine direkte Erwärmung der Permanentmagnete (und anderer leitfähiger z.B. metallischer Teile unter dem Dämpferschirm 5) wird so verhindert.
Die Entstehung der Wirbelstromverluste wird also nicht ver¬ hindert, sondern gezielt an einen Ort verlagert, an dem die Auswirkung der Erwärmung möglichst wenig nachteilige Einflüs¬ se auf die Elektromaschine und insbesondere auf die hierin verbauten Permanentmagnete (typischerweise Seltenerdmagnete) verursacht. Die Wärme wird über den Luftspalt 6 und gegebe¬ nenfalls geeignete zusätzliche Kühlmaßnahmen abgeführt (siehe unten) . Damit wird vermieden, dass die Magnete auf unzulässig hohe Temperaturen erwärmt werden.
Durch den Dämpferschirm 5 werden somit die Wirbelstromverlus¬ te in den Permanentmagneten 3 deutlich reduziert bzw. vermieden. Ebenso werden die Wirbelstromverluste in ungeblechtem Rotoreisen bzw. anderen leitfähigen Rotorkomponenten unterhalb des Dämpferschirms 5 stark verringert bzw. vermieden. Aufgrund der verringerten Wirbelstromverluste wird auch die Erwärmung der Permanentmagnete durch Wirbelströme entspre¬ chend vermindert.
Durch die geringere Magnettemperatur ist die Magnetisierung der Magnete größer. Damit erzeugt die elektrische Maschine ein höheres Drehmoment. So können effizientere und leistungs¬ fähigere Elektromaschinen entwickelt werden. Wegen der reduzierten Wirbelstromverluste können außerdem größere Magnete verwendet werden, die preiswerter sind und einfacher und damit kostengünstiger montiert werden können. Wegen der geringeren Magneterwärmung kann zudem ein preiswerteres Magnetmaterial verwendet werden. Der Dämpferschirm 5 bildet gleichzeitig einen mechanischen Schutz der Permanentmagnete 3 während der Montage des Motors (beim Fügen von Läufer und Ständer) . Außerdem bildet der Dämpferschirm 5 auch einen zusätzlichen mechanischen Schutz der Permanentmagnete während des Betriebs der Maschine.
Zwischen dem Dämpferschirm 5 und den Permanentmagneten 3 befindet sich in dem Beispiel von FIG 1 das Isolationselement 4 zur thermischen Isolation. Bei dem Isolationselement 4 kann es sich beispielsweise um einen Hohlzylinder aus GFK, einem Gewebe, einem Netz oder einem Gitter aus Isolationsmaterial oder Ähnlichem handeln. Das Isolierelement 4 vermindert die Wärmeleitung von dem Dämpferschirm 5 zu den Permanentmagneten 3.
Die Ausführung von Dämpferschirm 5 und GFK-Isolationselement 4 sollte mit Formschluss erfolgen, um gegen Verdrehung gesichert zu sein. Gleichzeitig sollte das Isolationsmaterial ge- nügend mechanische Festigkeit besitzen, so dass das elek¬ trisch gut leitfähige (magnetisch nicht leitende) und weiche Kupfer-Material des Dämpferschirms 5 nicht durch die Zentri¬ fugalkräfte unter Rotation zu fließen beginnt und damit radi¬ al nach außen fließt und direkten thermischen Kontakt zu den Permanentmagneten 3 erhält.
Mit Hilfe des Isolationselements 4 wird nicht nur die Erwär¬ mung der Permanentmagnete verhindert, die bei direktem Kon¬ takt zum mittels Wirbelströmen erwärmten Dämpferschirm ent- stehen würde. Der Hohlzylinder um die Permanentmagnete 3
(Dämpferschirm 5 und gegebenenfalls GFK-Isolations-Hohlzylin- der 4) dient gleichzeitig als Hilfsvorrichtung beim Vergießen bzw. Tränken des Läufers mit Tränkharz zur besseren Fixierung der Magnete 3 am Läufer.
Darüber hinaus geben der Dämpferschirm und gegebenenfalls der GFK-Isolations-Hohlzylinder 4 einen zusätzlichen Halt für die typischerweise am Läufer festgeklebten Permanentmagnete 3. Zudem verhindert der Dämpferschirm 5, falls sich eine Verkle¬ bung der Permanentmagnete 3 löst, dass sich gelöste Magnet¬ segmente im Luftspalt zwischen Läufer 1 und Stator 2 verklemmen und die komplette Maschine zerstören.
Der Hauptanteil der im Dämpferschirm 5 deponierten Energie wird in Form von Wärme über den Luftspalt der Elektromaschine abgeführt, was aus FIG 2 deutlich wird, die einen Querschnitt durch die elektrische Maschine parallel zu deren Achse zeigt. Der Luftspalt 6 besitzt hier eine Topfform entsprechend den Konturen von Außenläufer 1 und Innenstator 2.
Der Außenläufer 1 selbst ist topfförmig gebildet und weist an den Innenwänden seines rohrförmigen Teils die Permanentmagne- te 3 auf. Radial nach innen sind die Permanentmagnete 3 durch den Dämpferschirm 5 abgeschirmt, der auf der Bodenfläche des Außenläufertopfes aufgesetzt ist. Auf seiner axial gegenüber¬ liegenden Seite besitzt der Dämpferschirm 5 einen flanschartigen Abschnitt 7, mit dem er am oberen Rand des Außenläufer- topfs befestigt ist. Zwischen dem Dämpferschirm 5 und den
Permanentmagneten 3 ergibt sich somit ein ringförmiger Spalt, in den das rohrförmige Isolierelement 4 eingefügt ist.
Der Ständer 2 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 8 und einen Flanschabschnitt 9. Der zylindrische Abschnitt 8 befin¬ det sich innerhalb des topfförmigen Läufers 1, während der Flanschabschnitt 9 außerhalb des Läufers angeordnet ist. Der Luftspalt 6 erstreckt sich somit zwischen dem Flanschab¬ schnitt 9 des Ständers und dem Flanschabschnitt 7 des Dämp- ferschirms 5, sowie zwischen dem zylindrischen Abschnitt 8 des Ständers 2 und dem rohrförmigen Abschnitt des Dämpfer¬ schirms 5, aber auch zwischen dem zylindrischen Abschnitt 8 des Ständers und dem Boden des Läufertopfes. Der Dämpferschirm 5 gibt seine Wärme in erster Linie an den Luftspalt 6 (allgemein Kühlmittelspalt) ab. Der an den Luft¬ spalt 6 angrenzende Ständerabschnitt 10 nimmt einen Teil der Wärme des Luftspalts auf. Der Ständer 2 der Maschine und ins- besondere der dem Dämpferschirm 5 gegenüberliegende Ständer¬ abschnitt 10 wird zusätzlich gekühlt. Dazu wird eine Kühlmit¬ telleitung 11 mit einem Kühlmitteleinlass 12 und einem Kühl- mittelauslass 13 durch die besonders betroffenen Teile des Ständers 2, insbesondere den ringförmigen Ständerabschnitt 10, geführt. Eine besonders effiziente Kühlung des Stators lässt sich durch ein flüssiges Kühlmittel erreichen (insbe¬ sondere Wasserkühlung) . Vorteilhaft ist auch, wenn die zu kühlende Oberfläche des
Dämpferschirms 5 mit Kühlrippen versehen ist (in den Figuren nicht eingezeichnet) . Aufgrund der durch die Kühlrippen ver¬ größerten Oberfläche des Dämpferschirms wird die Entwärmung des Dämpferschirms optimiert. Dadurch wird die Maximaltempe- ratur der Permanentmagnete 3 weiter reduziert.
In einer weiteren Variante kann neben der passiven Kühlung des Dämpferschirms 5 über den Luftspalt 6 mittels Umgebungs¬ luft auch eine aktive Kühlung verwendet werden. Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, dass der Läufer 1 durch geeignete Formgebung so mit geeigneten Lüfterrädern versehen ist, dass bei Rotation des Läufers automatisch eine Zwangs¬ kühlung stattfindet und ein Kühlluftstrom 14 durch den Luftspalt 6 der Elektromaschine gefördert wird.
Alternativ versorgt ein Fremdlüfter (ebenfalls nicht einge¬ zeichnet) den Luftspalt 6 mit dem Kühlluftstrom 13. Der
Fremdlüfter kann beispielsweise durch die Drehzahl des Läufers 1 oder über die mittels eines Sensors gemessene Tempera- tur des Dämpferschirms 5 gesteuert oder geregelt werden. Auch ein zeitgesteuerter Betrieb des Fremdlüfters wäre denkbar.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine mit
- einem Läufer (1) und
- einem Ständer (2), der koaxial mit dem Läufer angeordnet ist, wobei
- Permanentmagnete (3) an einer dem Ständer zugewandten Seite des Läufers angeordnet sind, und
- zwischen dem Läufer und dem Ständer ein Spalt (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Läufer (1) an einer oder an mehreren dem Ständer (2) zugewandten Seiten der Permanentmagnete (3) einen rohrför- migen Dämpferschirm (5) aus elektrisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Material aufweist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der Läufer (1) ein Außenläufer und der Ständer (2) ein Innenständer ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Läufer (1) ein rohrförmiges Isolationselement (4) aufweist, das sich zwischen den Permanentmagneten (3) und dem Dämpferschirm (5) befindet.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei das rohrförmi- ge Isolationselement (4) aus einem glasfaserverstärkten Mate¬ rial gefertigt ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei der Dämpferschirm (5) und das Isolationselement (4) in Umfangsrichtung zueinander formschlüssig ausgebildet sind .
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei der Ständer (2) einen Ständerabschnitt (10) auf- weist, der dem Dämpferschirm (5) unmittelbar gegenübersteht, und in dem Ständerabschnitt (10) ein erstes Kühlkanalsystem (11, 12, 13) angeordnet ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (6) zwischen Ständer (2) und Läufer (1) Teil eines zweiten Kühlkanalsystems ist.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei an dem Läufer (1) ein Lüfterrad zum Fördern von Kühlluft in das zweite Kühlkanalsystem befestigt ist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei durch den Spalt (6) zwischen Ständer (2) und Läufer (1) mittels eines geregelten oder gesteuerten Fremdlüfters der elektrischen Maschine gasförmiges Kühlmedium gefördert wird.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, wobei der Dämpferschirm (5) einen flanschartigen Abschnitt (7) aufweist, an dem er an den Läufer (1) montiert ist und der einen Teil der Wand des zweiten Kühlkanalsystems bildet .
11. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Antrieb.
PCT/EP2012/065389 2011-08-25 2012-08-07 Elektrische maschine mit dämpferschirm WO2013026693A2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011081539.2 2011-08-25
DE102011081539A DE102011081539A1 (de) 2011-08-25 2011-08-25 Elektrische Maschine mit Dämpferschirm

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