WO2021037906A1

WO2021037906A1 - Elektrische maschine

Info

Publication number: WO2021037906A1
Application number: PCT/EP2020/073843
Authority: WO
Inventors: Markus Michael
Original assignee: Jheeco E-Drive Ag
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2021-03-04
Also published as: EP4022748A1; US20220294304A1; DE102019122944A1; CN114175470A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die durch ein Fluid gekühlt oder kühlbar ist, umfassend einen Rotor (11), einen Stator (12) und wenigstens eine Endscheibe (13), die in einem Gehäuse (14) angeordnet sind, wobei die Endscheibe (13) und der Rotor (11) auf einer Welle (15), insbesondere einer Hohlwelle, angeordnet sind und die Endscheibe (13) an wenigstens einem axialen Ende des Rotors (11) angeordnet ist, wobei zwischen einer ersten Stirnseite der Endscheibe (13) und einem axialen Ende des Rotors (11) wenigstens ein erster Fluidbereich (16) und zwischen einer zweiten Stirnseite der Endscheibe (13) und dem Gehäuse (14) ein zweiter Fluidbereich (17) gebildet sind, wobei die beiden Fluidbereiche (16, 17) wenigstens eine äußere Fluidverbindung (18) und wenigstens eine innere Fluidverbindung (19) aufweisen, die die beiden Fluidbereiche (16, 17) jeweils miteinander verbinden derart, dass das Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidbereich (16, 17) wenigstens abschnittsweise zirkulieren kann.

Description

Elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Beim Betrieb von elektrischen Maschinen entstehen am Rotor sehr hohe Temperaturen. Dies ist vor allem bei elektrischen Maschinen, die für hohe Drehzahlen ausgelegt sind, der Fall. Die effektiv nutzbare Kühlfläche der Rotoren ist durch den konstruktiven Aufbau sehr beschränkt. Zwischen dem Rotor und dem Stator ist ein Luftspalt angeordnet, der möglichst klein ausgelegt ist. Deshalb ist es kaum möglich, die Mantelfläche des Rotors als Kühlfläche zu verwenden. Daher erfolgt die Kühlung im Wesentlichen über die Stirnseiten des Rotors.

Aus DE 11 2012 004 272 T5 ist eine elektrische Maschine mit einem als Trommelläufer ausgebildeten Rotor bekannt, der auf einer Welle angeordnet ist und um den ein Stator konzentrisch angeordnet ist. Bei der genannten elektrischen Maschine sind an einer Stirnseite des Rotors Schaufeln angeordnet. Die Schaufeln erzeugen einen Strom kühlender Luft, der durch Spalte Spulenenden des Stators umströmt. Ein Nachteil der beschriebenen elektrischen Maschine ist, dass auf Grund der Schaufeln bei hohen Drehzahlen zu hohe Schleppverluste auftreten.

Eine weitere elektrische Maschine ist aus JP 200927328845 A bekannt. Bei dieser elektrischen Maschine ist eine Endscheibe auf einer Welle an einer Stirnseite des Rotors angeordnet. Die Endscheibe umfasst Abschnitte, die jeweils radial innen einen Zulauf für ein Kühlfluid aufweisen. Ferner sind in den Abschnitten Austrittsöffnungen angeordnet. In den Abschnitten kann Kühlmittel eingeleitet werden, das durch die Austrittsöffnungen auf die Statorspulen strömt. Diese Variante ist nur durch großen Aufwand realisierbar. Ferner ist die oben genannte elektrische Maschine in der Umsetzung kostenintensiv.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine elektrische Maschine anzugeben, bei dem die Kühlung verbessert ist, so dass Schleppverluste reduziert und somit Anwendungen mit hohen Drehzahlen möglich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Blick auf die elektrische Maschine durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Konkret wird die Aufgabe durch eine elektrische Maschine, die durch ein Fluid gekühlt oder kühlbar ist gelöst. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor, einen Stator und wenigstens eine Endscheibe, die in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Endscheibe und der Rotor auf einer Welle, insbesondere einer Hohlwelle, angeordnet sind und die Endscheibe an wenigstens einem axialen Ende des Rotors angeordnet ist. Zwischen einer ersten Stirnseite der Endscheibe und einem axialen Ende des Rotors ist wenigstens ein erster Fluidbereich und zwischen einer zweiten Stirnseite der Endscheibe und dem Gehäuse ist ein zweiter Fluidbereich gebildet, wobei die beiden Fluidbereiche wenigstens eine äußere Fluidverbindung und wenigstens eine innere Fluidverbindung aufweisen, die die beiden Fluidbereiche jeweils miteinander verbinden derart, dass das Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidbereich wenigstens abschnittsweise zirkulieren kann.

Als Endscheiben sind Wuchtscheiben, Kurzschlussringe und/oder Deckelscheiben möglich. Unter Wuchtscheiben sind scheibenförmige Mittel zum Auswuchten des Rotors zu verstehen. Für das Wuchten kommt massenneutrales, positives (Material hinzufügen) oder negatives (Materialentfernen) Wuchten in Frage. Kurzschlussringe sind die rotorstirnseitigen Verbindungselemente für in Axialnuten befindliche Kurzschlussstäbe zur Bildung eines Kurzschlusskäfigs eines Kurzschlussläufers (Asynchron-Maschine/ASM). Es können mehrere voneinander beabstandete Kurzschlussringe vorgesehen sein. Deckelscheiben sind endseitig an ein Rotorblechpaket angebrachte Scheiben zum axialen Halten von in Rotornuten eingebrachten Magneten (für Permanentmagnet-Maschinen/PSM).

Die erste Endscheibe ist vorzugsweise als Wuchtscheibe ausgebildet. Die zweite Endscheibe umfasst vorzugsweise Kurzschlussringe und/oder Deckelscheiben. Es ist vorstellbar, dass die elektrische Maschine mehrere zweite Endscheiben aufweist, die zwischen einer ersten Endscheibe und dem Rotor angeordnet sind.

Die Erfindung hat folgende Vorteile. Die innere und äußere Fluidverbindung ermöglicht eine Zirkulation des Kühlfluids. Die innere Fluidverbindung rotiert mit der Welle und dem Rotor. Die Strömung wird durch die Zentripetalkraft der sich drehenden elektrischen Maschine erzeugt. Genauer ist das Kühlfluid in einem Längsschnitt des Gehäuses wenigstens abschnittsweise ringförmig. Mit anderen Worten entsteht eine ringförmige Wirbelströmung. Die erste und zweite Stirnseite der Endscheibe, insbesondere der Wuchtscheibe, weisen eine Kontaktfläche mit der Wirbelströmung auf. Um eine möglichst große Kontaktfläche zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen der inneren und der äußeren Fluidverbindung möglichst groß ist. Die zirkulierende Strömung auf beiden Seiten der Endscheibe verbessert die Konvektion. Ferner kann dadurch auf die Verwendung von zusätzlichen Luftfördermitteln wie bspw. Schaufeln verzichtet werden. Schleppverluste werden so im Betrieb vermieden oder vermindert.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die äußere Fluidverbindung einen Ringspalt auf, der von der Endscheibe und einer Innenfläche des Gehäuses begrenzt ist. Der Ringspalt ist vorteilhaft, da dieser eine gute Zirkulation ohne störende Kanten ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Fluidverbindung in der Endscheibe angeordnet. Das ist vorteilhaft, wenn ein Vermischen von Kühlfluiden möglich sein soll.

Es ist vorteilhaft, wenn die zirkulierende Fluid wenigstens abschnittsweise eine axiale und/oder radiale Richtung aufweist. So ergibt sich eine Ringstömung, die mit beiden Seiten der Endscheibe, insbesondere der Wuchtscheibe, in Kontakt steht und diese kühlt.

In einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich die innere Fluidverbindung wenigstens teilweise zwischen den Stirnseiten der Endscheibe. Dadurch sind die beiden Fluidbereiche auf dem kürzesten Weg miteinander verbunden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Welle eine Hohlwelle auf und die innere Fluidverbindung erstreckt sich wenigstens teilweise in der Hohlwelle. Die Hohlwelle weist eine zylindrische Form auf. Die Hohlwelle weist beispielsweise eine erste Bohrung im ersten Fluidbereich und eine zweite Bohrung im zweiten Fluidbereich auf. Die Hohlwelle umfasst daher die innere Fluidverbindung. Durch die zylindrische Form der Hohlwelle sind der erste und der zweite Fluidbereich miteinander fluidverbunden.

Weiter bevorzugt ist es möglich, dass die Hohlwelle auf der Oberfläche Aussparungen, insbesondere Nuten, aufweist. Die Aussparungen sind voneinander beabstandet und im Bereich der Endscheibe angeordnet derart, dass das Kühlfluid zwischen der Endscheibe und der Hohlwelle durch die Aussparung strömen kann.

Weiter besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine erste Endscheibe und wenigstens eine zweite Endscheibe auf, wobei die erste Endscheibe als eine Wuchtscheibe und die zweite Endscheibe als wenigstens ein Kurzschlussring, insbesondere mehrere gestapelte Kurzschlussringe, ausgebildet sind. So ist es möglich, die Kühloberfläche weiter zu vergrößern und die Stirnseite des Rotors effektiver zu kühlen. Die erste Endscheibe ist vorzugsweise von dem wenigstens einen Kurschlussring beabstandet. Es ist möglich, dass die Kurzschlussringe untereinander beabstandet sind. Dadurch kann das Kühlfluid zwischen den zweiten Endscheiben zirkulieren. Vorzugsweise sind die Radien der Kurzschlussringe von axial innen nach axial außen ansteigend.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn zwischen der Endscheibe und dem Rotor Abstandhalter angeordnet sind. Die Abstandhalter ermöglichen es, dass im Betrieb, wenn die Temperatur des Rotors steigt, der Abstand zwischen der Endscheibe und dem Rotor konstant bleibt. Es ist möglich, dass mehrere Endscheiben, die untereinander durch Abstandhalter voneinander beabstandet sind, verwendet werden. Diese können beispielsweise integral aus demselben Material wie die Endscheiben oder integral aus einem andersartigen Material wie die Endscheiben, etwa auf die Endscheiben angespritzten Kunststoff, gefertigt sein. Dies stellt eine gleichbleibende Beabstandung, ergo Spalt, auch bei stark unterschiedlicher thermischer Ausdehnung verschiedener Rotorkomponenten sicher, z.B. bei axialer Ausdehnung eines Kurzschlusskäfigs gegenüber einer Wuchtscheibe.

Es ist vorteilhaft, wenn die innere Fluidverbindung unterschiedliche Querschnitte und/oder Querschnittsformen aufweisen. Dies ist vorteilhaft, da durch den Querschnitt die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlfluids regulierbar bzw. einstellbar ist und das Kühlfluid mit einer größeren Geschwindigkeit auf die Kühloberfläche auftrifft. Die innere Fluidverbindung ist so als eine Düse oder Diffusor realisierbar. Mit anderen Worten kann die innere Fluidverbindung eine Düse oder Diffusor aufweisen. Ferner kann durch das Anpassen der Querschnittsform der inneren Fluidverbindung Geräusche, insbesondere Pfeifen, reduziert werden.

In einer Ausführungsform ist die Hohlwelle von einen Fluid durchflossen und weist eine Auslassöffnung im Bereich der Endscheibe auf. Die Hohlwelle kann als eine Zuleitung für das Kühlfluid verwendet werden. Ferner ist durch die Auslassöffnung die Rotorkühlung mit der Kühlung der Hohlwelle kombinierbar.

Es ist vorteilhaft, dass das Kühlfluid ein Kühlgas, insbesondere Luft und/odereine Kühlflüssigkeit, insbesondere dielektrisches Öl, umfasst. Dadurch kann die Kühlleistung verbessert werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Kühlmedien je nach Anwendung voneinander getrennt bleiben oder vermischt werden können.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die erste Endscheibe und/oder die zweite Endscheibe eine Schräge auf, wobei die Steigung der Schräge der ersten Endscheibe in Richtung des Rotors positiv ist und die Steigung der Schräge der zweiten Endscheibe in Richtung des Rotors negativ ist. Durch die Schräge der ersten Endscheibe ist es möglich, die Zirkulation des Kühlfluids zu verstärken. Die Schräge der zweiten Endscheibe ermöglicht einen selbstevakuierenden Luftspalt. Der Luftspalt entspricht dem axialen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Darin zeigen: Fig. 1 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel, bei dem die innere Fluidverbindung in der Endscheibe angeordnet ist;

Fig. 2 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel, bei dem die innere Fluidverbindung in der Hohlwelle angeordnet ist;

Fig. 3 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel, bei dem die innere Fluidverbindung zwischen der Hohlwelle und der Endscheibe angeordnet ist;

Fig. 4 einen Schnitt einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 1 mit Hohlwellenkühlung;

Fig. 5 einen Schnitt einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 1 mit beabstandeten

Endscheiben;

Fig. 6 einen Schnitt einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 4 mit zwei Kühlmedien;

Fig. 7 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel mit vergrößertem Auslass;

Fig. 8 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel mit paralleler von Luft- und Ölkühlung;

Fig. 9 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel mit einem axialen Kühlkanal;

Fig. 10 einen Schnitt einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 8 mit Abstandhalter;

Fig. 11 einen Schnitt einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 10 mit einem zusätzlichen

Dichtelement;

Fig. 12 einen Schnitt einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 10 mit einem zusätzlichen

Dichtelement;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Rotors nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel;

Fig. 14A eine perspektivische Ansicht einer Endscheibe nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; Fig. 14B eine weitere perspektivische Ansicht der Endscheibe gemäß Fig. 14A und

Fig. 15 einen Schnitt einer elektrischen Maschine nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel mit einer Fluidlanze.

Die Figuren 1 bis 12 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 10. Die Figuren 1 bis 12 weisen folgende Gemeinsamkeiten auf.

Die elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse 14. In dem Gehäuse 14 sind ein Rotor 11, ein Stator 12, eine erste Endscheibe 13‘, insbesondere eine Wuchtscheibe, mehrere zweite Endscheiben 13“, insbesondere Kurzschlussringe, und eine Hohlwelle koaxial angeordnet. Das Gehäuse 14 ist von einem Kühlmedium durchströmbar.

Der Rotor 11 und die Endscheiben 13‘, 13“ sind fest an der Hohlwelle angeordnet. Die Hohlwelle 15’ ist drehbar gelagert. Die erste Endscheibe 13‘ ist zwischen einer Stirnseite des Rotors 11 und dem Gehäuse 14 angeordnet. Zwischen der Rotorstirnseite und der ersten Endscheibe 13‘ sind die zweiten Endscheiben 13“ angeordnet. Der Radius der ersten Endscheibe 13 ist kleiner als der Radius des Rotors 11. Zwischen der Stirnseite des Rotors 11 und der ersten Endscheibe 13‘ ist ein erster Fluidbereich 16 ausgebildet. Zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und dem Gehäuse 14 ist ein zweiter Fluidbereich 17 ausgebildet.

Die erste Endscheibe 13‘ weist radial außen eine Schräge 22 auf. Die Schräge 22 ist in Richtung des Rotors 11 positiv. Mit anderen Worten ist der Radius der ersten Endscheibe 13‘ auf der dem Rotor 11 zugewandten Seite größer als der Radius auf der dem Rotor 11 abgewandten Seite. Der Radius nimmt in Richtung des Rotors 11 zu.

Die zweite Endscheibe 13“ weist ebenfalls radial außen eine Schräge auf 22. Die Schräge 22 der zweiten Endscheibe 13“ ist in Richtung des Rotors 11 negativ. Mit anderen Worten ist der Radius der zweiten Endscheibe 13“ auf der dem Rotor 11 zugewandten Seite kleiner als der Radius auf der dem Rotor 11 abgewandten Seite. Der Radius nimmt in Richtung des Rotors 11 ab.

Der Stator 12 umschließt den Rotor 11. Zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 ist ein axial verlaufender Spalt gebildet.

Auf die unterscheidenden Merkmale der Ausführungsbeispiele wird im Folgenden genauer eingegangen.

Fig. 1 weist in der ersten Endscheibe 13‘ mehrere Durchgangsöffnungen auf. Die Durchgangsöffnungen sind in Umfangsrichtung auf der ersten Endscheibe 13‘ angeordnet. Die Durchgangsöffnungen bilden eine innere Fluidverbindung 19. Genauer ist die innere Fluidverbindung 19 mit Blick auf die äußere Fluidverbindung 18 radial innen angeordnet.

Zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und der inneren Mantelfläche des Gehäuses 14 ist ein Ringspalt ausgebildet. Der Ringspalt bildet eine äußere Fluidverbindung 18 zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidbereich 16, 17. Genauer bildet der Ringspalt eine radial äußere Fluidverbindung 18.

Das Gehäuse ist zur Kühlung von Luft durchströmt. Durch die Rotation des Rotors 11 und der dadurch resultierenden Zentripetalkraft entsteht eine radiale Luftströmung. Die Luft strömt im ersten Fluidbereich 16 nach radial außen. Dabei strömt die Luft an einer ersten Stirnfläche der ersten Endscheibe 13‘ und an einer Stirnseite der zweiten Endscheibe 13“ entlang. Die Luft strömt durch den Ringspalt, also die äußere Fluidverbindung 18 in den zweiten Fluidbereich 17. Im zweiten Fluidbereich 17 strömt die Luft nach radial innen. Dabei strömt die Luft an einer zweiten Stirnseite der ersten Endscheibe 13‘ entlang. Durch die innere Fluidverbindung 19 strömt die Luft zurück in den ersten Fluidbereich 16.

Die Luft zirkuliert um die erste Endscheibe 13‘. Die Strömung ist im Längsschnitt ringförmig. Die effektive Kühloberfläche des Rotors 11 ist so vergrößert. Ferner ist durch die Zirkulation der Luft die Konvektion verbessert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die der in Fig.1 gezeigten im Wesentlichen entspricht. Im Gegensatz zur Fig. 1 ist die innere Fluidverbindung 19 in Fig. 2 nicht in der ersten Endscheibe 13‘ angeordnet. Die Hohlwelle 15’ weist zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und dem Rotor 11 eine Auslassöffnung 21 und zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und dem Gehäuse 14 eine Einlassöffnung 23 auf. Die innere Fluidverbindung 19 ist Teil der Hohlwelle 15’. Die innere Fluidverbindung 19 erstreckt sich von der Einlassöffnung 23 im zweiten Fluidbereich 17 durch die Hohlwelle 15’ zur Auslassöffnung 21 im ersten Fluidbereich 16. Im Gegensatz zur Fig. 1 erfolgt die Zirkulation durch die Öffnungen in der Hohlwelle 15’.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die sich nur in der Form der inneren Fluidverbindung von den vorhergehend beschriebenen Ausführungen unterscheidet. Auf der Kontaktfläche zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und der Hohlwelle 15’ sind über den Umfang verteilt Nuten angeordnet. Die axiale Breite der Nuten ist größer als die axiale Breite der ersten Endscheibe 13‘. Die Nuten sind von dem Kühlfluid durchströmbar. Die Nuten bilden somit die innere Fluidverbindung 19 zwischen dem ersten und zweiten Fluidbereich.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das eine innere Fluidverbindung 19 gemäß Fig. 1 aufweist. Zusätzlich weist die Hohlwelle 15’ eine eigene Kühlung auf. Die Kühlung der Hohlwelle 15’ ist durch einen Auslass 22, der zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und dem Rotor 11 angeordnet ist, mit der Kühlung des Rotors 11 verbunden.

Das Kühlfluid strömt durch den Auslass 22 aus der Hohlwelle 15’ in den ersten Fluidbereich 16. Das Kühlfluid der Hohlwellenkühlung strömt wenigstens abschnittsweise parallel zu dem Kühlfluid der Rotorkühlung. Es ist möglich, dass sich die beiden Kühlfluide miteinander vermischen. Bei den beiden Kühlfluiden kann es sich um die gleichen oder unterschiedliche Kühlfluide handeln.

In Fig. 5 ist eine elektrische Maschine 10 mit einer inneren Fluidverbindung gemäß Fig. 1 dargestellt. Fig. 5 unterscheidet sich durch die voneinander beabstandeten zweiten Endscheiben 13“, die wie oben beschrieben als Kurzschlussringe ausgebildet sind. Die Kurzschlussringe 13‘ sind im ersten Fluidbereich 16 angeordnet. Es ist möglich, dass das Kühlfluid zwischen den Kurzschlussringen, der ersten Endscheibe 13‘ und dem Rotor 11 zirkuliert. Mit anderen Worten ist es möglich, dass mehrere ringförmige Strömungen entstehen. Die ringförmigen Strömungen sind wenigstens abschnittsweise parallel. So ist es möglich bei den zweiten Endscheiben 13“ eine größere effektive Kühlfläche zu realisieren.

Fig. 6 entspricht im Wesentlichen Fig.4. Jedoch umfasst die Hohlwellenkühlung gemäß Fig. 6 ein Öl, insbesondere ein dielektrisches Öl, und die Rotorkühlung ein Kühlgas, insbesondere Luft. Alternativ sind andere Kühlfluide möglich.

Fig. 7 entspricht im Wesentlichen Fig. 6. Fig. 7 umfasst eine vergrößerten Auslass 22. Dadurch ist es möglich, das Öl der Hohlwellenkühlung und die Luft der Rotorkühlung im Wesentlichen ohne Vermischen parallel zu führen. Im Fall, dass ein Vermischen der Kühlfluide gewollt ist, ist alternativ eine Düsenform möglich.

Fig. 8 zeigt eine Kombination der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 5 und 6. Fig. 8 umfasst die zweiten Endscheiben 13“ in Form der voneinander beabstandeten Kurzschlussringe gemäß Fig. 5 und einen Auslass 22 für das Kühlfluid der Hohlwellkühlung gemäß Fig. 6. Der Auslass 22 sowie die Kurzschlussringe sind im ersten Fluidbereich 16 angeordnet. Daher sind die Räume zwischen den Kurzschlussringen und die Stirnseite des Rotors 11 mit Öl durchströmt. Die erste Endscheibe 13‘ dagegen ist mit Luft umströmt. Der Ölstrom beeinflusst die zirkulierende Luftströmung bzw. die Ringströmung um die erste Endscheibe 13‘ im Wesentlichen nur gering oder gar nicht.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbespiel, das im Aufbau im Wesentlichen der Fig. 6 entspricht. Zwischen dem Rotor 11 und der Hohlwelle 15’, insbesondere im Blechpaket des Rotors 11, ist ein Kanal 24angeordnet. Der Kanal 24 erstreckt sich in axialer Richtung. Der Kanal 24 bildet eine Fluidverbindung zwischen den beiden axialen Enden des Rotors 11. Durch den Kanal 24 und den Spalt zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 kann das Kühlfluid zwischen den beiden axialen Enden des Rotors 11 zirkulieren. Durch den Kanal 24 und den Spalt strömt Luft. Die Luft strömt durch den Kanal 24 zur linken Seite des Rotors 11 und durch den Spalt zur rechten Seite des Rotors 11. Eine Umkehr der Strömungsrichtung ist möglich.

Die Schräge 22 der zweiten Endscheibe 13“ ist an einem Ende des Spalts angeordnet. Die Luft strömt an der Schräge 22 entlang und wird nach radial außen abgelenkt. Dadurch entsteht eine weitere zirkulierende Strömung um die erste Endscheibe 13‘, die parallel zur bereits vorhandenen zirkulierenden Strömung verläuft. Genauer umschließt die weitere zirkulierende Strömung die bereits vorhandene zirkulierende Strömung. Die innere Fluidverbindung 19 ist breiter als in Fig. 6 ausgebildet. So wird ein Vermischen der Kühlfluide wenigstens reduziert.

Fig. 10 entspricht im Wesentlichen Fig. 8. Im Gegensatz zu Fig. 8 weisen die zweiten Endscheiben 13“ Abstandhalter 20 auf. Die Abstandhalter 20 sind ringförmig und zwischen den zweiten Endscheiben 13“ angeordnet. Genauer sind die Abstandhalter 20 radial außen zwischen den zweiten Endscheiben 13“ angeordnet. Die Abstandhalter 20 umfassen Hartplastik. Andere Materialien sind vorstellbar. Die zweiten Endscheiben 13“ weisen Durchgangsöffnungen auf, die jeweils an der radial inneren Seite der Abstandhalter 20 ausgebildet sind. Die Abstandhalter können integral mit den Endscheiben 13‘, 13“ oder separat ausgebildet sein.

Die Abstandhalter 20 ermöglichen eine konstante Strömung zwischen den zweiten Endscheiben 13“ und dichten den Spalt zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 gegen das Öl der Hohlwellenkühlung ab.

Fig. 11 umfasst einen zusätzlichen Abstandhalter, der zwischen der ersten Endscheibe 13‘ und der gegenüberliegenden zweiten Endscheibe 13“ angeordnet ist. Die erste Endscheibe 13‘ umfasst die äußere und die innere Fluidverbindung 18, 19. Der zusätzliche Abstandhalter ist in radialer Richtung nach der äußeren Fluidverbindung 18 angeordnet.

Der zusätzliche Abstandhalter erzeugt einen Engpass. Der zusätzliche Abstandhalter ermöglicht ein gezieltes Vermischen des Öls der Hohlwellenkühlung und der Luft der Rotorkühlung. Die innere und/oder die äußere Fluidverbindung 18, 19 sind dann bevorzugt als Düsen ausgebildet.

Fig. 12 zeigt ein der Fig. 11 ähnliches Ausführungsbeispiel. Fig. 12 umfasst ein Abstandhalter 20, der radial innen vor der inneren Fluidverbindung 19 angeordnet ist. So strömt das Öl nur zwischen dem Rotor 11 und den zweiten Endscheiben 13“. Das Öl und die Luft werden erst im zweiten Fluidbereich zusammengeführt. Das Öl kann mit dem Luftwirbel abtransportiert werden. Durch die Anordnung des Abstandhalters radial vor der inneren Fluidverbindung wird ein Vermischen des Öls der Hohlwellenkühlung und der Luft der Rotorkühlung gezielt vermieden.

Fig. 13 zeigt einen Rotor 11, der auf einer Hohlwelle angeordnet ist. An den Stirnseiten des Rotors 11 sind erste Endscheiben 13‘ angeordnet, die als Wuchtscheiben ausgebildet sind.

Die Wuchtscheibe 13 ist im Detail in Fig. 14A und Fig. 14B dargestellt. Die Wuchtscheibe 13 umfasst eine Schräge 22, die in Richtung des Rotors 11 ansteigt. Die Wuchtscheibe 13 weist ferner Bohrungen auf, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Bohrungen bilden die innere Fluidverbindung 19. An der dem Rotor 11 zugewandten Seite ist ein integral mit der Wuchtscheibe 13 ausgebildeter kronenförmiger Abstandhalter angeordnet. Der Abstandhalter 20 ist von der Mittellängsachse ausgehend radial vor den Bohrungen angeordnet.

Die Hohlwelle 15’ umfasst eine Zuleitung für ein Kühlfluid, insbesondere für ein dielektrisches Öl.

Fig. 15 zeigt einen Schnitt einer elektrischen Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 umfasst den Stator 12, den Rotor 11, die erste Endscheibe 13‘, mehrere zweite Endscheiben 13“, eine Hohlwelle 15’ sowie eine Fluidlanze, die in der Hohlwelle 15’ angeordnet ist. Der Aufbau der elektrischen Maschine entspricht im Wesentlichen dem der Fig. 4.

Die Kühllanze ragt bis zur Mitte der elektrischen Maschine 10. Die Kühllanze ist auf der Mittellängsachse der elektrischen Maschine 10 angeordnet. Ferner weist die Kühllanze eine Zuführöffnung für ein Kühlfluid im Bereich der Mitte der elektrischen Maschine 10 auf.

Bezugszeichenliste elektrische Maschine Rotor Stator Endscheibe ‘ erste Endscheibe “ zweite Endscheibe Gehäuse Welle ‘ Hohlwelle erster Fluidbereich zweiter Fluidbereich äußere Fluidverbindung innere Fluidverbindung Abstandhalter Auslassöffnung Schräge Einlassöffnung Kanal

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Maschine, die durch ein Fluid gekühlt oder kühlbar ist, umfassend einen Rotor (11), einen Stator (12) und wenigstens eine Endscheibe (13), die in einem Gehäuse (14) angeordnet sind, wobei die Endscheibe (13) und der Rotor (11) auf einer Welle (15), insbesondere einer Hohlwelle, angeordnet sind und die Endscheibe (13) an wenigstens einem axialen Ende des Rotors (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Stirnseite der Endscheibe (13) und einem axialen Ende des Rotors (11) wenigstens ein erster Fluidbereich (16) und zwischen einer zweiten Stirnseite der Endscheibe (13) und dem Gehäuse (14) ein zweiter Fluidbereich (17) gebildet sind, wobei die beiden Fluidbereiche (16, 17) wenigstens eine äußere Fluidverbindung (18) und wenigstens eine innere Fluidverbindung (19) aufweisen, die die beiden Fluidbereiche (16, 17) jeweils miteinander verbinden derart, dass das Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidbereich (16, 17) wenigstens abschnittsweise zirkulieren kann.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Fluidverbindung (18) einen Ringspalt aufweist, der von der Endscheibe (13) und einer Innenfläche des Gehäuses (14) begrenzt ist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Fluidverbindung in der Endscheibe (13) angeordnet ist.

4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zirkulierende Fluid wenigstens abschnittsweise eine axiale und/oder radiale Richtung aufweist.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Fluidverbindung (19) sich wenigstens teilweise zwischen den Stirnseiten der Endscheibe (13) erstreckt.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15) eine Hohlwelle (15‘) aufweist und die innere Fluidverbindung (19) sich wenigstens teilweise in der Hohlwelle (15‘) erstreckt.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (15‘) Aussparungen, insbesondere Nuten aufweist, die in Umfangsrichtung auf einer Mantelfläche der Hohlwelle (15‘) im Bereich der Endscheibe (13) angeordnet sind.

8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine eine erste Endscheibe (13‘) und wenigstens eine zweite Endscheibe (13“) aufweist, wobei die erste Endscheibe (13‘) als Wuchtscheibe und die zweite Endscheibe (13“) als ein Kurzschlussring, insbesondere mehrere gestapelte Kurzschlussringe, ausgebildet sind.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Endscheibe (13‘), dem Rotor (11) und/oder der zweiten Endscheibe (13“) Abstandhalter (20) angeordnet sind.

10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Fluidverbindung (19) unterschiedliche Querschnitte und/oder Querschnittsformen aufweist.

11. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (15‘) von einem Fluid durchflossen ist und wenigstens eine Auslassöffnung (21) im ersten Fluidbereich (16) aufweist.

12. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kühlgas, insbesondere Luft, und/oder eine Kühlflüssigkeit, insbesondere dielektrisches Öl, umfasst.

13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endscheibe (13‘) und/oder die zweite Endscheibe (13“) eine Schräge (22) aufweisen, wobei die Steigung der Schräge (22) in Richtung des Rotors (11) positiv ist und die Steigung der zweiten Endscheibe (13‘) in Richtung des Rotors (11) negativ ist.