WO2017190720A1

WO2017190720A1 - Elektromaschine mit wasser- und luftkühlung

Info

Publication number: WO2017190720A1
Application number: PCT/DE2017/000090
Authority: WO
Inventors: Jörg KREBS; Matthias Voigt
Original assignee: Krebs & Aulich Gmbh
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2017-11-09
Also published as: DE102016005380A1; DE102016005380B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine als Motor und/oder als Generator ausgebildete Elektromaschine (1), aufweisend ein Gehäuse (2), einen in dem Gehäuse (2) angeordneten_ Stator (3), sowie einen koaxial und radial innerhalb des Stators (3) angeordneten Rotor (4), zwischen denen ein Luftspalt (5) ausgebildet ist, wobei der Rotor (4) eine, zentrische axiale Bohrung (9) aufweist, die mit einer Kühlluftquelle (10a) sowie einer Kühlluftsenke (10b) verbindbar ist, und bei der wenigstens ein Kanal (6) zur Kühlung des Stators (3) vorhanden ist, welcher mit einer Kühlwasserquelle (7) und einer Kühlwassersenke (8) verbindbar ist. Zur Optimierung der Kühlung der Elektromaschine (1) sowie insbesondere dessen Rotors (4) ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Kühlluftquelle (10a) sowie die Kühlluftsenke (10b) durch einen Wärmetauscher (11) gebildet sind.

Description

Elektromaschine mit Wasser- und Luftkühlung

Die Erfindung betrifft eine als Motor und/oder als Generator ausgebildete Elektromaschine, aufweisend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Stator, sowie einen koaxial und radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor, zwischen denen ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine zentrische axiale Bohrung aufweist, die mit einer Kühlluftquelle sowie einer Kühlluftsenke verbindbar ist, und bei der wenigstens ein Kanal zur Kühlung des Stators vorhanden ist, welcher mit einer Kühlwasserquelle und einer Kühlwassersenke verbindbar ist.

Eine Elektromaschine dieser Bauart ist in Fig. 5 schematisch dargestellt und allgemein bekannt. Sie kann beispielsweise in einem Dynamometer oder einem Fahrzeugprüfstand eingebaut sein, mit dessen Hilfe Kennwerte eines Fahrzeugs oder einer Antriebsstrangkomponente ermittelbar sowie Steuerungsprogramme zur Steuerung und Regelung derselben überprüfbar sind. Bei der in Fig. 5 dargestellten Elektromaschine 49 handelt es sich um einen Elektromotor mit einem weitgehend hohlzylindrischen Gehäuse 50, an dessen radialen Innenseite ein Stator 57 befestigt ist. Radial innerhalb des Stators 57 ist ein Rotor 51 angeordnet, dessen axial endseitige Zapfen 52, 53 über zwei Kugellager 54, 55 drehbar an dem Gehäuse 50 gelagert sind. Radial zwischen dem Rotor 51 und dem Stator 57 ist ein nicht bezeichneter Luftspalt ausgebildet. Zur Kühlung des Stators 57 ist in dem Gehäuse 50 wenigstens ein sich axial erstreckender Kühlkanal 61 ausgebildet, durch den Wasser als Kühlmedium hindurch leitbar ist. Zur Kühlung des Rotors 51 weist dieser eine zentrische, sich axial erstreckende Bohrung 56 auf, durch die, angetrieben durch einen Lüfter 64, Kühlluft leitbar ist. Die Zuleitung und die Ableitung der Kühlluft erfolgt über Radialbohrungen 59, 60 in den endseitigen Zapfen 52, 53 des Rotors 51. Die in dem Rotor 51 erwärmte Luft wird zu einem Luft-Luft-Wärmetauscher 58 geleitet, welcher der zugeführten Kühlluft Wärme entzieht und an die Umgehung abgibt.

Da insbesondere Fahrzeugprüfstände üblicherweise in einem Gebäude aufgestellt sind, gelangt bei der beschriebenen bekannten Elektromaschine 49 ohne weitere bauliche Maßnahmen die erwärmte Luft von dem Wärmetauscher 58 in die Räume des Gebäudes, welches als nachteilig beurteilt wird. Das Vorsehen eines solchen Luft-Luft-Wärmetauschers 58 ist zudem vergleichsweise teuer.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektromaschine der eingangs genannten Art vorzustellen, welche ein Kühlsystem für den Rotor und den Stator aufweist, das die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll die luftgestützte Kühlvorrichtung dieser Elektromaschine vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar sowie sicher betreibbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Elektromaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Demnach betrifft die Erfindung eine als Motor und/oder als Generator ausgebildete Elektromaschine, aufweisend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Stator, sowie einen koaxial und radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor, zwischen denen ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine zentrische axiale Bohrung aufweist, die mit einer Kühlluftquelle sowie einer Kühlluftsenke verbindbar ist, und bei der wenigstens ein Kanal zur Kühlung des Stators vorhanden ist, welcher mit einer Kühlwasserquelle und einer Kühlwassersenke verbindbar ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei dieser Elektromaschine vorgesehen, dass die Kühlluftquelle sowie die Kühlluftsenke durch einen Wärmetauscher gebildet sind, welcher über Mittel verfügt, mittels denen Wärme aus der Kühlluft an das Gehäuse der Elektromaschine weiterleitbar ist.

Durch die vorgeschlagene Konstruktion erfolgt die Wärmeabfuhr aus dem Rotor mittels der in dessen axiale Bohrung geführten Kühlluft, welche dort erwärmt und anschließend mit der Außenseite des Gehäuses der Elektromaschine in Kontakt gebracht wird. Von dort wird die vom Rotor stammende Wärme in das Kühlwasser des Flüssigkeitskühlkreislaufs der Elektromaschine geleitet, welches durch den erwähnten wenigstens einen Kanal strömt, der zur Kühlung des Stators dient. Das erwärmte Wasser transportiert dann im Ergebnis die vom Rotor und vom Stator stammende Wärme aus der Elektromaschine heraus, vorzugsweise hin zu einem konventionellen Wasser-Luft-Wärmetauscher. Dieser Wasser-Luft-Wärmetauscher kann sich außerhalb des Gebäudes befinden, in dem die Elektromaschine angeordnet ist.

Um der im Rotor erwärmten Luft die Möglichkeit zu geben, die darin gespeicherte Wärme zuminderst größtenteils an das Gehäuse der Elektromaschine abgeben zu können, sind drei verschiedene Bauformen hinsichtlich der Anordnung von Wärmetransferelementen möglich. Alle drei Bauformen sehen die Ausbildung eines Strömungskanals vor, der über eine radiale Außenseite des Gehäuses der Elektromaschine führt.

So kann gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der die Wärme der Luft an das Gehäuse der Elektromaschine weiterleitende Wärmetauscher ein kappenförmiges Wärmetauschergehäuse aufweist, dass das Wärmetauschergehäuse mit der radialen Außenseite des Gehäuses der Elektromaschine nach außen hin luftdicht verbunden ist, dass durch die Innenseite des Wärmetauschergehäuses sowie die Außenseite des Gehäuses der Elektromaschine ein Strömungskanal für Luft gebildet ist, dass dieser Strömungskanal eingangsseitig mit einem ersten axialen Ende sowie ausgangsseitig mit einem zweiten axialen Ende der zentrischen Bohrung des Rotors strömungstechnisch verbunden ist, und dass an der dem Gehäuse der Elektromaschine zugewandten Seite des Wärmetauschergehäuses Kühlrippen angeordnet oder ausgebildet sind, welche sich parallel zueinander über zumindest einen Teil der Länge des Gehäuses der Elektromaschine erstrecken.

Hierdurch sind die als Wärmetransferelemente dienenden ersten Kühlrippen direkt an dem kappenförmigen Wärmetauschergehäuse ausgebildet, mittels denen der vom Rotor erwärmten Luft Wärme entzogen sowie mittelbar über das Wärmetauschergehäuse in das Gehäuse der Elektromaschine geleitet werden kann. Ein kleinerer Teil der der Luft entzogenen Wärme wird direkt von der Außenseite des Wärmetauschergehäuses an die Umgebung abgestrahlt.

Um eine zu starke Erwärmung der Außenseite des kappenförmiges Wärmetauschergehäuses zu vermeiden, kann gemäß einer zweiten Bauform vorgesehen sein, dass der die Wärme der Luft an das Gehäuse der Elektromaschine weiterleitende Wärmetauscher ein kappenförmiges Wärmetauschergehäuse aufweist, dass das Wärmetauschergehäuse mit der radialen Außenseite des Gehäuses der Elektromaschine nach außen hin luftdicht verbunden ist, dass durch die Innenseite des Wärmetauschergehäuses sowie die Außenseite des Gehäuses der Elektromaschine ein Strömungskanal für Luft gebildet ist, dass dieser Strömungskanal eingangsseitig mit einem ersten axialen Ende sowie ausgangsseitig mit einem zweiten axialen Ende der zentrischen Bohrung des Rotors strömungstechnisch verbunden ist, und dass an der dem Wärmetauschergehäuse zugewandten radialen Außenseite des Gehäuse der Elektromaschine Kühlrippen angeordnet oder ausgebildet sind, welche sich parallel zueinander über zumindest einen Teil der Länge des Gehäuses der Elektromaschine erstrecken.

Demnach sind bei dieser Ausführungsform die Kühlrippen nicht an dem Wärmetauschergehäuse sondern an dem Gehäuse der Elektromaschine angeordnet, so dass die von den Kühlrippen aufgenommene Wärme direkt in das Gehäuse der Elektromaschine leitbar ist. Das Wärmetauschergehäuse bleibt dadurch an seiner Außenseite vergleichsweise kühl.

Einen guten Kompromiss zwischen einer an sich erwünschten zusätzlichen, jedoch vergleichsweise geringen Wärmeabstrahlung durch die Oberseite des Wärmetauschergehäuses und einer direkten Wärmeübertragung an das Gehäuse der Elektromaschine kann mittels einer dritten Bauform erreicht werden, gemäß der vorgesehen ist, dass erste Kühlrippen an der nach radial innen weisenden Seite des Wärmetauschergehäuses sowie zweite Kühlrippen an der dem Wärmetauschergehäuse zugewandten radialen Außenseite des Gehäuses angeordnet sind. Die ersten und zweiten Kühlrippen können dabei in Längsrichtung des Gehäuses der Elektromaschine axial hintereinander oder in Umfangsrichtung des Gehäuses der Elektromaschine wechselweise nebeneinander angeordnet sein.

Um die zentrische Bohrung im Rotor auf günstige Weise mit dem Strömungskanal im Wärmetauscher am Elektromaschinengehäuse zu verbinden, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse der Elektro- maschine an seinen beiden axialen Enden mit jeweils einem Deckel verschlossen ist, und dass in den beiden Deckeln jeweils ein Kanal ausgebildet ist, über welche das jeweils zugeordnete axiale Ende der zentrische Bohrung des Rotors mit dem Strömungskanal im Wärmetauschergehäuses verbunden ist.

Um eine gute Zirkulation der Kühlluft zu erreichen, sieht eine andere vorteilhafte Ausführungsform vor, dass der Strömungskanal im Wärmetauschergehäuse und die zentrische Bohrung des Rotors über einen Ventilator strömungstechnisch miteinander verbunden sind.

Wenngleich ein geringerer Anteil der beim Betrieb der Elektromaschine entstehenden Wärme durch Abstrahlung entweicht, muss dennoch der weitaus größere Anteil der Abwärme mittels der Flüssigkeitskühlung der Elektromaschine aus derselben abgeführt werden. Hierzu sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Wasser führende wenigstens eine Kanal der Elektromaschine zur Kühlung des Stators mit einem Wasser-Luft-Wärmetauscher verbunden ist. Dieser Wasser-Luft-Wärmetauscher kann in der einfachsten Ausführungsform als ein Kraftfahrzeugkühler mit lamellenförmigen Kühlflächen ausgebildet sein, welcher direkt neben der Elektromaschine oder weiter entfernt aufgestellt ist, vorzugsweise außerhalb desjenigen Gebäudes, in dem die Elektromaschine steht.

Weiter kann vorgesehen sein, dass der Wasser-Luft-Wärmetauscher, der zur Kühlung des Rotors dienende Wärmetauscher sowie ein Anschlusskasten zum An- schluss von elektrischen und fluidischen Leitungen der Elektromaschine als austauschbare Module an der Oberseite des Gehäuses der Elektromaschine angeordnet und befestigt sind. Diese Module lassen sich einfach montieren und bei Bedarf ersetzen.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse der Elektromaschine im Querschnitt drei Ecken sowie einen gekrümmten Abschnitt aufweist. Der gekrümmte Abschnitt bewirkt die Freihaltung eines für andere Vorrichtungen oder Aggregate benötigten Bauraumes unmittelbar neben der Elektromaschine. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt A-A durch eine Elektromaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht E auf die Elektromaschine gemäß Fig. 1 , Fig. 3 einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittebene B-B gemäß Fig. 1 , Fig. 4 einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittebene C-C gemäß Fig. 1 , und

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine bekannte Elektromaschine.

Die in Fig. 1 dargestellte Elektromaschine 1 ist ein Elektromotor. Sie weist ein weitgehend hohlzylindrisches Gehäuse 2 auf, welches an seinen beiden axialen Enden mit jeweils einem Deckel 18, 19 verschlossen ist. In dem Gehäuse 2 ist ein sich koaxial zur Längsachse 36 der Elektromaschine 1 erstreckender Stator 3 befestigt. Radial innerhalb des Stators 3 ist ein Rotor 4 angeordnet, welcher über wenigstens zwei Kugellager 37, 38 an dem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Der Stator 3 und der Rotor 4 sind mit Blechpaketen, Wicklungen und/oder Permanentmagneten bestückt, deren Ausbildung und Wirkungsweise dem Fachmann bekannt, jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung nicht relevant sind. Auf deren zeichnerischen Darstellung und Beschreibung ist daher verzichtet worden.

Der Rotor 4 weist eine zentrische, axiale Bohrung 9 auf, durch die Kühlluft hindurch leitbar ist. Außerdem ist radial zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 3 eine Luftspalt

5 ausgebildet. Zur Kühlung des Stators 3 ist wenigstens ein hohlzylindrischer Kanal

6 vorhanden, welcher zwischen der radialen Außenseite des Stators 3 und einer radialen Innenseite des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 ausgebildet ist. Durch diesen hohlzylindrischen Kanal 6 ist Wasser als Kühlmedium hindurch leitbar, welches von einer Kühlwasserquelle 7 kommend durch diesen Kanal 6 zu einer Kühlwassersenke 8 führbar ist. Um dabei die beiden Deckel 8, 19 des Gehäuses 2 passieren zu können, ist in jedem dieser Deckel 18, 19 jeweils ein wasserführender Kanal 42, 43 ausgebildet. Diese beiden Kanäle 42, 43 erstrecken sich im gezeigten Ausführungsbeispiel nach axial außen, eine zunächst axiale und dann radiale Erstreckung dieser Kanäle 42, 43 ist aber im Hinblick auf die noch zu erläuternde oberseitige Anordnung eines Anschlusskasten 26 für die Leitungsanschlüsse vorzugsweise vorgesehen.

Die Kühlwasserquelle 7 und die Kühlwassersenke 8 sind in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Ausgang beziehungsweise Eingang eines Wasser-Luft- Wärmetauschers 20 ausgebildet. Es ist aber weniger vorteilhaft auch möglich, auf einen solchen Wasser-Luft-Wärmetauscher 20 zu verzichten und als Kühlwasserquelle 7 eine ständige Frischwasserzufuhr sowie als Kühlwassersenke 8 eine ständige Ableitung des erwärmten Kühlwassers vorzusehen.

Um von einer Kühlluftquelle 10a Kühlluft in die zentrische Bohrung 9 des Rotors 4 einspeisen sowie die erwärme Kühlluft zu einer Kühlluftsenke 10b weiterleiten zu können, weisen die beiden Deckel 18, 19 des Gehäuses 2 jeweils einen luftführenden Kanal 34, 35 auf, von denen ein erster luftführender Kanal 34 mit dem ein- gangsseitigen Ende 16 und ein zweiter luftführender Kanal 35 mit dem ausgangssei- tigen Ende 17 der zentrischen Bohrung 9 des Rotors 4 strömungstechnisch verbunden ist. Die luftführenden Kanäle 34, 35 der beiden Deckel 18, 19 sind rotorfern, also radial außen, mit einem Strömungskanal 15 verbunden, welcher zwischen der radialen Außenseite 13 des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 und einem kappenförmi- gen Gehäuse 12 eines Wärmetauschers 1 1 ausgebildet ist. Das Wärmetauschergehäuse 12 ist an der Außenseite 3 des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 nach außen hin abgedichtet befestigt. Die Befestigung des Wärmetauschergehäuses 12 an dem Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 ist hier beispielsweise mittels Befestigungsschrauben 32 realisiert, die in den Figuren 3 und 4 erkennbar sind. Nicht bezeichnete Dichtungen zwischen dem Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 und dem Wärmetauschergehäuse 12 sorgen dafür, dass aus dem Strömungskanal 15 keine Luft nach außen entweichen kann.

Ein Ventilator 21 erzeugt eine Luftströmung im Strömungskanal 15 im Wärmetauschergehäuse 12, in den luftführenden Kanälen 34, 35 in den beiden Gehäusedeckeln 18, 19, sowie in der axialen Bohrung 9 des Rotors 2. Die Anordnung des Venti- lators 21 im Strömungskanal 15 gemäß Fig. 1 ist lediglich schematisch dargestellt. Der Ventilator 21 ist vielmehr bevorzugt an der Außenseite des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 modulartig angeordnet, wie dies Fig. 2 zeigt.

Das an der Außenseite 13 des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 befestigte Wärmetauschergehäuse 12 ist lediglich ein Element des Wärmetauschers 1 1 , mit dem Wärme aus der Kühlluft entziehbar ist, welche in der axialen Bohrung 9 in des Rotors 2 aufgeheizt wird. So sind an der radialen Innenseite des Wärmetauschergehäuses 12 erste Kühlrippen 14a angeordnet oder ausgebildet, die sich parallel zueinander über einen Teil der Länge des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 erstrecken. Außerdem sind an der dem Wärmetauschergehäuse 12 zugewandten radialen Außenseite 13 des Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 zweite Kühlrippen 14b angeordnet oder ausgebildet, welche sich parallel zueinander über einen anderen Teil der Länge des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 erstrecken. Bei dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ersten Kühlrippen 14a und zweiten Kühlrippen 14b in zwei Gruppen mit vergleichsweise vielen Einzelrippen erkennbar axial hintereinander angeordnet.

Mittels dieser Kühlrippen 14a, 14b ist innerhalb des Wärmetauschers 1 1 eine sehr große Oberfläche geschaffen, an welcher die aus dem Rotor 4 kommende, aufgeheizte Luft vorbei strömen muss. Dabei gibt die Kühlluft einen großen Teil ihrer Wärme an die Kühlrippen 14a, 14b ab. Die so abgeleitete Wärme gelangt von den wärmetauschergehäuseseitigen ersten Kühlrippen 14a über das Wärmetauschergehäuse 12 indirekt sowie über die zweiten Kühlrippen 14b direkt zu dem Gehäuse 2 der Elektromaschine 1. Ein geringer Anteil der in das Wärmetauschergehäuse 12 übergegangenen Wärme wird in die Umgebung abgestrahlt.

Da das Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 mittels des wasserführenden hohlzylindrischen Kanals 6 kühlbar ist, welcher radial zwischen dem Stator 3 und einer radialen Innenseite des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 ausgebildet ist, kann mittels des dort strömenden Wassers neben der Betriebswärme des Stators 3 auch die Betriebswärme des Rotors 4 vorteilhaft einfach aus der Elektromaschine 1 entfernt werden. Während die Luftkühlung des Rotors 4 mittels eines geschlossenen sowie maschineninternen Luft-Kühlkreislaufs erfolgt, wird die im Betrieb der Elektromaschine 1 insgesamt anfallende Wärme mittels einer Flüssigkeitskühlung aus derselben herausgeführt. Wie Fig. 1 zeigt, werden die beiden Kühlvorrichtungen dabei bevorzugt im Gegenstromverfahren betrieben. Hierbei ist strömt die Luft, wie die beiden Pfeile 40 und 41 in Fig. 1 zeigen, entgegengesetzt zur Flüssigkeitsströmung, die von der Kühlwasserquelle 7 zur Kühlwassersenke 8 führt. Die Kühlwasserquelle 7 und die Kühlwassersenke 8 sind baulich durch den schon erwähnten Wasser-Luft- Wärmetauscher 20 realisiert, und das Kühlwasser wird mittels einer Kühlwasserpumpe 44 in dem Kühlwasserkreislauf gefördert.

Zu den Besonderheiten der in den Figuren gezeigten erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromaschine 1 gehört, dass die ersten Kühlrippen 14a gemäß Fig. 3 zu einem handelsüblichen Kühlkörper 31 gehören, der an der zur Außenseite 13 des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 weisenden Innenseite des Wärmetauschergehäuses 12 befestigt ist. Ein ebensolcher Kühlkörper 31 mit den zweiten Kühlrippen 14b ist gemäß Fig. 4 an der Außenseite 13 des genannten Elektromaschinengehäuses 2 befestigt. Alternativ dazu können die zweiten Kühlrippen 14b aber auch beim Metall- guss des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 einstückig zusammen mit diesem hergestellt sein.

Wie insbesondere die Querschnittsdarstellungen gemäß den Figuren 3 und 4 zeigen, ist der das Kühlwasser führende hohlzylindrische Kanal 6 radial von vier Stützen 27, 28, 29, 30 durchsetzt, über die der Stator 3 mit dem Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 verbunden ist.

In den Figuren 3 und 4 ist außerdem mit gestrichelter Linie die Strömungsrichtung 33 der Kühlluft von der zentrischen Bohrung 9 im Rotor 4 hin zu dem Strömungskanal 5 in dem Wärmetauschergehäuse 12 veranschaulicht.

Weiter ist in den Figuren 3 und 4 erkennbar, dass das Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 im Querschnitt B-B beziehungsweise im Querschnitt C-C eine weitgehend rechteckige Geometrie mit drei Ecken 22, 23, 24 sowie einem gekrümmten Abschnitt 25 aufweist. Der gekrümmte Abschnitt 25 des Gehäuses 2 hält vorteilhaft Bauraum für andere Vorrichtungen oder Aggregate in einem Fahrzeug oder einem Prüfstand frei.

Die beiden axialen Enden des Rotors 4 beziehungsweise einer Rotorwelle können ebenso wie bei der in Fig. 5 gezeigten bekannten Elektromaschine 49 endseitige Zapfen 52, 53 zur Lagerung des Rotors 4 am Gehäuse 2 aufweisen. Ebenso können an den axialen Enden des Rotors 4 Radialbohrungen 59, 60 ausgebildet sein, durch welche die Kühlluft in dessen Axialbohrung 9 einströmen beziehungsweise ausströmen kann.

Schließlich zeigt die radiale Draufsicht E auf die Elektromaschine 1 gemäß Fig. 2, dass an der Oberseite des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 mehrere Module lösbar befestigt sind. Zu diesen gehört der Wasser-Luft-Wärmetauscher 20, mit dem wie erläutert Betriebswärme der Elektromaschine 1 aus dieser in die Umgebung herausgeleitet werden kann. Bei einem Betrieb der Elektromaschine 1 im Freien kann die warme Abluft des Wasser-Luft-Wärmetauschers 20 problemlos an die Umgebung abgegeben werden. Außerdem ist an der Oberseite des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1 ein Anschlusskasten 26 für alle elektrischen, fluidischen und messtechnischen Leitungen der Elektromaschine 1 befestigt. Schließlich ist dort in einem dritten Kasten der bereits erwähnte Ventilator 21 angeordnet, mittels dem in einem geschlossenen Kühlluftkreis eine Kühlluftströmung erzeugbar ist.

Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten. Bezugzeichenliste

Elektromaschine

Gehäuse

Stator

Rotor

Luftspalt

Hohlzylindrischer Kanal

Kühlwasserquelle

Kühlwassersenke

Zentrische Bohrung im Rotor

a Kühlluftquelle

b Kühlluftsenke

Wärmetauscher

Wärmetauschergehäuse, Gehäuse des Wärmetauschers 1 1

Radiale Außenseite des Gehäuses 2 der Elektromaschine 1a Erste Kühlrippen, befestigt am Wärmetauschergehäuse 12b Zweite Kühlrippen, befestigt am Gehäuse 2 der Elektromaschine 1

Strömungskanal im Wärmetauschergehäuse 12

Eingangsseitiges Ende der Bohrung im Rotor 4

Ausgangsseitiges Ende der Bohrung im Rotor 4

Erster Deckel am Gehäuse 2

Zweiter Deckel am Gehäuse 2

Wasser-Luft-Wärmetauscher

Ventilator

Erste Ecke des Gehäuses 2

Zweite Ecke des Gehäuses 2

Dritte Ecke des Gehäuses 2

Gekrümmter Abschnitt des Gehäuses 2

Anschlusskasten

Erste Stütze

Zweite Stütze

Dritte Stütze Vierte Stütze

Kühlkörper

Schraube

Strömungsrichtung der Kühlluft

Luftführender Kanal im ersten Deckel

Luftführender Kanal im zweiten Deckel

Längsachse der Elektromaschine

Erstes Kugellager

Zweites Kugellager

Strömungsrichtung weg vom Wärmetauscher 1 1

Strömungsrichtung hin zum Wärmetauscher 1 1

Wasserführender Kanal im ersten Deckel

Wasserführender Kanal im zweiten Deckel

Kühlwasserpumpe

Elektromaschine (Stand der Technik)

Gehäuse der Elektromaschine 49

Rotor der Elektromaschine 49

Erster Zapfen des Rotors 51

Zweiter Zapfen des Rotors 51

Erstes Kugellager der Elektromaschine 49

Zweites Kugellager der Elektromaschine 49

Axiale Bohrung im Rotor 51

Stator im Gehäuse 50

Luft-Luft-Wärmetauscher

Erste Radialbohrung im Rotor 51

Zweite Radialbohrung im Rotor 51

Kühlkanal im Gehäuse 50

Lüfter

Claims

Patentansprüche

1. Elektromaschine (1), ausgebildet als Motor und/oder als Generator, aufweisend ein Gehäuse (2), einen in dem Gehäuse (2) angeordneten Stator (3), sowie einen koaxial und radial innerhalb des Stators (3) angeordneten Rotor (4), zwischen denen ein Luftspalt (5) ausgebildet ist, wobei der Rotor (4) eine zentrische axiale Bohrung (9) aufweist, die mit einer Kühlluftquelle (10a) sowie einer Kühlluftsenke (10b) verbindbar ist, und bei der wenigstens ein Kanal (6) zur Kühlung des Stators (3) vorhanden ist, welcher mit einer Kühlwasserquelle (7) und einer Kühlwassersenke (8) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftquelle (10a) sowie die Kühlluftsenke (10b) durch einen Wärmetauscher (1 1 ) gebildet sind, welcher über Mittel verfügt, mittels denen Wärme aus der Kühlluft an das Gehäuse (2) der Elektromaschine (1 ) weiterleitbar ist.

2. Elektromaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Wärme der Luft an das Gehäuse (2) der Elektromaschine (1 ) weiterleitende Wärmetauscher (1 1) ein kappenförmiges Wärmetauschergehäuse (12) aufweist, dass das Wärmetauschergehäuse (12) mit der radialen Außenseite (13) des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1) nach außen hin luftdicht verbunden ist, dass durch die Innenseite des Wärmetauschergehäuses (12) sowie die Außenseite (13) des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1) ein Strömungskanal (15) für Luft gebildet ist, dass dieser Strömungskanal (15) eingangsseitig mit einem ersten axialen Ende (16) sowie aus- gangsseitig mit einem zweiten axialen Ende (17) der zentrischen Bohrung (9) des Rotors (4) strömungstechnisch verbunden ist, und dass an der dem Gehäuse (2) der Elektromaschine (1 ) zugewandten Seite des Wärmetauschergehäuses (12) erste Kühlrippen (14a) angeordnet oder ausgebildet sind, welche sich parallel zueinander über zumindest einen Teil der Länge des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1 ) erstrecken.

3. Elektromaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Wärme der Luft an das Gehäuse (2) der Elektromaschine (1) weiterleitende Wärmetauscher (1 1) ein kappenförmiges Wärmetauschergehäuse (12) aufweist, dass das Wärmetauschergehäuse (12) mit der radialen Außenseite (13) des Gehäuses (2) der Elekt- romaschine (1 ) nach außen hin luftdicht verbunden ist, dass durch die Innenseite des Wärmetauschergehäuses (12) sowie die Außenseite ( 3) des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1 ) ein Strömungskanal (15) für Luft gebildet ist, dass dieser Strömungskanal (15) eingangsseitig mit einem ersten axialen Ende (16) sowie aus- gangsseitig mit einem zweiten axialen Ende (17) der zentrischen Bohrung (9) des Rotors (4) strömungstechnisch verbunden ist, und dass an der dem Wärmetauschergehäuse (12) zugewandten radialen Außenseite (13) des Gehäuse (2) der Elektromaschine (1) zweite Kühlrippen (14b) angeordnet oder ausgebildet sind, welche sich parallel zueinander über zumindest einen Teil der Länge des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1 ) erstrecken.

4. Elektromaschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass erste Kühlrippen (14a) an der nach radial innen weisenden Seite des Wärmetauschergehäuses (12) sowie zweite Kühlrippen (14b) an der dem Wärmetauschergehäuse (12) zugewandten radialen Außenseite (13) des Gehäuses (2) angeordnet sind.

5. Elektromaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlrippen (14a) und die zweiten Kühlrippen (14b) in Längsrichtung des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1) axial hintereinander oder in Umfangsrichtung des Gehäuses (2) wechselweise nebeneinander angeordnet sind.

6. Elektromaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) der Elektromaschine (1 ) an seinen beiden axialen Enden mit jeweils einem Deckel (18, 19) verschlossen ist, und dass in dem jeweiligen Deckel (18, 19) jeweils ein Kanal (34, 35) ausgebildet ist, über welche das jeweils zugeordnete axiale Ende (16, 17) der zentrischen Bohrung (9) des Rotors (4) mit dem Strömungskanal (15) im Wärmetauscher (1 1 ) verbunden ist.

7. Elektromaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (15) des Wärmetauschers (1 1) und die zentrische Bohrung (9) des Rotors (4) der über einen Ventilator (21) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.

8. Elektromaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser führende Kanal (6) der Elektromaschine (1 ) zur Kühlung des Stators (3) mit einem Wasser-Luft-Wärmetauscher (20) verbunden ist.

9. Elektromaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser- Luft-Wärmetauscher (20), der zur Kühlung des Rotors (4) dienende Wärmetauscher (1 1 ) sowie ein Anschlusskasten (26) zum Anschluss von elektrischen und fluidischen Leitungen als austauschbare Module an der Oberseite des Gehäuses (2) der Elektromaschine (1 ) angeordnet und befestigt sind.

10. Elektromaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) der Elektromaschine (1 ) im Querschnitt drei Ecken (22, 23, 24) sowie einen gekrümmten Abschnitt (25) aufweist.