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DE102019200098A1 - Fluidgekühlter Rotor für eine elektrische Maschine - Google Patents

Fluidgekühlter Rotor für eine elektrische Maschine Download PDF

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DE102019200098A1
DE102019200098A1 DE102019200098.3A DE102019200098A DE102019200098A1 DE 102019200098 A1 DE102019200098 A1 DE 102019200098A1 DE 102019200098 A DE102019200098 A DE 102019200098A DE 102019200098 A1 DE102019200098 A1 DE 102019200098A1
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DE
Germany
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rotor
cooling fluid
hollow shaft
air gap
laminated core
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DE102019200098.3A
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English (en)
Inventor
Vladimir Chernogorski
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.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Priority to US16/687,949 priority patent/US11277056B2/en
Priority to CN202010014428.7A priority patent/CN111416456B/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen fluidgekühlten Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine Asynchronmaschine mit direkt oder verlustnah gekühlter Rotorwicklung.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen fluidgekühlten Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine Asynchronmaschine (ASM) mit direkt oder verlustnah gekühltem Rotor.
  • Bei einer Asynchronmaschine (ASM) ist die Leistung vorwiegend durch die Temperatur im Rotor begrenzt. Eine Senkung der Rotortemperatur ermöglicht eine Erhöhung der Leistungsdichte der elektrischen Maschine. Die in dem Rotor entstehenden Verlustleistungen sind im Vergleich zu anderen Maschinenarten (permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PSM) oder fremderregten Synchronmaschinen (FSM)) höher. Dazu kommt, dass der Rotor aufgrund der Drehbewegung schlechter zu kühlen ist.
  • Heutiger Stand ist, dass der ASM-Rotor indirekt durch eine Wellenkühlung gekühlt wird. Die meiste Wärme entsteht nah der Rotoroberfläche und muss von der Oberfläche über das Blechpaket an die Welle und erst dann an das Fluid übergeben werden, was die Kühlleistung limitiert.
  • Die DE 10 2012 203 697 A1 offenbart eine Asynchronmaschine mit einem Stator und einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor. Eine Welle, auf der der Rotor befestigt ist, weist eine an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossene axiale Bohrung auf, durch die eine Kühlflüssigkeit durch die Welle geleitet wird.
  • Aus der DE 10 2016 216 479 A1 ist eine Rotorhohlwelle mit Doppelwandung bekannt. Die Doppelwand verbessert die Wärmeverteilung am Mantel der Rotorwelle.
  • Die EP 3 142 231 A1 offenbart einen luftgekühlten elektrischen Stromgenerator, dessen Rotor einen am Schaft befestigten Innenzylinder und einen über Querstützflansche darauf befestigten Außenzylinder aufweist. An einer Außenfläche des äußeren Zylinders sind Permanentmagneten befestigt. Der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator bildet einen luftdurchströmten Kühlkanal.
  • Aus der US 2017/288 489 A1 gehen eine kernlose rotierende elektrische Maschine, die einen Stator mit einer zylindrischen Spule umfasst, und ein Kühlverfahren für die elektrische Maschine hervor. Der Stator umfasst eine zylindrische Wicklung, die als eine Laminatstruktur aus leitfähigen Blechen ausgebildet ist, und einen Rotor, der die zylindrische Wicklung einschließt und einen Luftspalt bildet. Die Kühlung erfolgt durch Einbringen eines Kühlmittels in den Luftspalt.
  • Aus der DE 10 2016 208 770 A1 geht eine als Asynchronmaschine ausgeführte elektrische Maschine hervor, die über eine Hohlwelle mit einem Kühlmedium versorgt wird, das über radiale Öffnungen in der Welle austritt und Kurzschlussringe an den Stirnseiten des Rotors und Wicklungsköpfe an den Stirnseiten des Stators kühlt.
  • In der JP 2013/243 935 A wird eine Schmier- und Kühlstruktur für einen Elektromotor vorgestellt, die verhindert, dass eine große Menge Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit in einen Luftspalt zwischen einem Stator und einem Rotor strömt. Ein ringförmiger Stator ist an einem Gehäuse befestigt, und ein Rotor ist durch einen Luftspalt getrennt an einer radial inneren Seite des Stators angeordnet. Eine Rotorbasis des Rotors hat einen inneren zylindrischen Abschnitt, der an einer Rotorwelle befestigt ist; eine Verlängerung, die sich vom inneren zylindrischen Abschnitt zu einer radial äußeren Seite erstreckt; einen ersten äußeren zylindrischen Abschnitt, der so ausgebildet ist, dass er zu einer ersten axialen Seite der Verlängerung vorsteht; und einen zweiten äußeren zylindrischen Abschnitt, der so ausgebildet ist, dass er zu einer zweiten axialen Seite der Verlängerung vorsteht. Die Verlängerung hat ein darin ausgebildetes Durchgangsloch, das durch die Verlängerung von der ersten axialen Seite zur zweiten axialen Seite verläuft. Eine innere Umfangsfläche des zweiten äußeren zylindrischen Abschnitts hat einen größeren Radius als eine innere Umfangsfläche des ersten äußeren zylindrischen Abschnitts. Durch das Durchgangsloch wird Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit von der inneren Umfangsfläche des ersten äußeren zylindrischen Abschnitts zu der inneren Umfangsfläche des zweiten äußeren zylindrischen Abschnitts geleitet.
  • Es gibt Überlegungen, das Kühlfluid durch das Blechpaket zu führen. Diese Variante verbessert zwar die Kühlleistung, scheitert aber an der mangelnden Dichtigkeit des Blechpakets. Es sickert Kühlfluid durch die Bleche in Richtung Luftspalt, wo auf Grund der sehr hohen relativen Geschwindigkeit zwischen Stator und Rotor (bis zu 125-140 m/s) sehr große hydraulische Verluste entstehen. Diese können sogar zum Versagen der Maschine führen.
  • Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung mit einer verbesserten Kühlung zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist der Rotor zur Abdichtung und Fluidführung von einem Hohlzylinder umgeben. In der Asynchronmaschine befindet sich der Zylinder in dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Dies ermöglicht es, das Blechpaket des Rotors mit Kühlfluid zu durchströmen, ohne dass Kühlfluid in den Luftspalt gelangen kann.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein fluidgekühlter Rotor für eine elektrische Maschine. Der Rotor umfasst eine Hohlwelle zur Durchleitung eines Kühlfluids, die mindestens einen radialen Austrittskanal für das Kühlfluid aufweist. In einer Ausführungsform umfasst die Hohlwelle jeweils mehrere Austrittskanäle für das Kühlfluid. In einer weiteren Ausführungsform weist die Hohlwelle mindestens einen radialen Eintrittskanal für das Kühlfluid auf. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Hohlwelle jeweils mehrere Eintrittskanäle für das Kühlfluid. In einer Ausführungsform umfasst die Hohlwelle jeweils mehrere Austritts- und Eintrittskanäle für das Kühlfluid. Ein radialer Kanal im Sinne der Erfindung ist ein Kanal in der Wand der Hohlwelle, durch den ein Kühlfluid in einer nicht mit der Drehachse der Hohlwelle zusammenfallenden Richtung strömen kann. In einer speziellen Variante ist die Strömungsrichtung senkrecht zur Drehachse.
  • Auf der Hohlwelle ist ein Blechpaket montiert. Das Blechpaket ist aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Lamellen aus dünnem Blech aufgebaut. Jede Lamelle weist eine Anzahl von Nuten zur Aufnahme von Metallstäben aus Nichteisenmetall auf. Die Metallstäbe des Rotors sind an beiden Enden durch metallische Kurzschlussringe miteinander verbunden. Die Metallstäbe und die Kurzschlussringe bilden zusammen den Kurzschlusskäfig des Rotors. In einer Ausführungsform des Rotors sind die einzelnen Lamellen des Blechpakets deckungsgleich übereinander angeordnet. In einer anderen Ausführungsform des Rotors sind die einzelnen Lamellen des Blechpakets leicht verdreht übereinander angeordnet, so dass die zur Aufnahme der Metallstäbe vorgesehenen Nuten des Blechpakets windschief zur Längsachse des Rotors verlaufen.
  • Erfindungsgemäß ist die Umfangsfläche des Rotors durch einen Luftspaltzylinder gebildet, der den Rotor in radialer Richtung nach außen abdichtet und einen Abfluss des Kühlfluids aus dem Rotor in radialer Richtung verhindert. In einer Ausführungsform besteht der Luftspaltzylinder aus einem nichtmagnetischen Werkstoff. Der Luftspaltzylinder dient der Fluidführung im Rotor und der Abdichtung des Rotors. Soll der Rotor an oder nahe seiner Oberfläche mit einem Kühlfluid gekühlt werden, ist es erforderlich, das Kühlfluid entlang der Rotorwelle durch den Rotor zu leiten. Das Blechpaket ist aus vielen dünnen Lamellen zusammengebaut. Deswegen ist das Blechpaket nicht dicht und bei hohen Drehzahlen (Umfangsgeschwindigkeiten) dringt das Kühlfluid zwischen die Lamellen des Blechpakets in den Luftspalt der elektrischen Maschine. Der Luftspalt ist der Luftraum zwischen dem Stator und dem Rotor. Das hat zwei Folgen. Da der Luftspalt sehr schmal ist, etwa 0,6 bis 1,2 mm, entstehen dort auf Grund der hohen Scherkräfte zwischen Stator (stehend) und Rotor (drehend) hohe hydraulische Verluste. Je höher die Dichte des Kühlfluids ist, desto höher sind die hydraulischen Verluste - bei Luft niedrig, bei Flüssigkeiten hoch. Verluste bedeuten Wärme, die wieder abgeführt werden muss, aber auch Energieverbrauch, was sich z.B. bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen negativ auf die Reichweite auswirkt. Deswegen muss vermieden werden, dass Flüssigkeiten in den Luftspalt gelangen. Der Luftspaltzylinder ist am Rotor befestigt und dreht sich mit diesem mit. Radial verlaufende Leckageströme im Rotor werden von dem Luftspaltzylinder abgefangen und in axialer Richtung umgelenkt. Somit kann kein Kühlfluid in den Luftspalt gelangen. Das Kühlfluid kann direkt an die Verlustquelle (Kurzschlusskäfig, Rotoroberfläche) gebracht werde. Das wäre ohne Schutz des Luftspaltes nicht möglich.
  • Der Luftspaltzylinder erlaubt Kühlkonzepte, bei denen im Blechpaket größere Leckageströme des Kühlfluids auftreten. In einer Ausführungsform weist das Blechpaket axial verlaufende Kühlkanäle auf, die während des Betriebs der E-Maschine mit Kühlfluid geflutet sind. In einer weiteren Ausführungsform sind ein oder mehrere Kühlkanäle zwischen dem Blechpaket und dem Luftspaltzylinder angeordnet. Beispielsweise kann ein Kühlkanal durch Aussparungen in der Oberfläche des Blechpakets gebildet sein. Aufgrund der Zentrifugalkräfte bei der Rotorrotation entstehen hohe Drücke im Kühlfluid (z.B. mehr als 30 bar), die die Leckagerate erhöhen.
  • In einer Ausführungsform wird der axiale Kühlfluidstrom in den Wickelkopfraum des Stators abgeworfen, d. h. der Fluidabwurf erfolgt in den Innenraum der elektrischen Maschine. In dieser Variante kommt das Kühlfluid in Kontakt mit der Statorwicklung.
  • In einer anderen Ausführungsform wird der axiale Kühlfluidstrom in die Hohlwelle des Rotors zurückgeführt. Durch mindestens einen radialen Austrittskanal, d. h. eine Bohrung in der Hohlwelle, wird Kühlfluid in den das Blechpaket und den Kurzschlusskäfig enthaltenden Aktivteil des Rotors geführt. Das Fluid fließt axial entlang der Welle durch den Rotor und kühlt ihn. An dem anderen Ende des Rotors wird das Kühlfluid durch mindestens einen radialen Eintrittskanal zurück in die Hohlwelle geführt. Das Kühlfluid wird zurück auf einen kleinen Durchmesser geführt. Dadurch kann die Energie, die zur Beschleunigung des Kühlfluids verwendet wurde, zurückgewonnen und die Verluste minimiert werden.
  • In einer Ausführungsform sind an den Stirnseiten des Luftspaltzylinders Abdichtelemente zwischen der Hohlwelle und dem Luftspaltzylinder angeordnet. Die Abdichtelemente verhindern in den von ihnen bedeckten Bereichen einen Abfluss des Kühlfluids aus dem Rotor in axialer Richtung. In einer Ausführungsform definieren der Luftspaltzylinder und die Abdichtelemente gemeinsam mit der Hohlwelle einen geschlossenen Raum, in dem sich der zu kühlende Rotor befindet. Aus diesem Raum kann Kühlfluid lediglich über das Innere der Hohlwelle entweichen, ein Austritt in den Bereich außerhalb der Hohlwelle wird verhindert. Auf diese Weise wird ein abgedichteter Raum ausgebildet, der sicherstellt, dass das Kühlfluid nur innerhalb des Rotorraums bleibt und nicht in den Innenraum der E-Maschine gelangt. Somit können auch Kühlfluide verwendet werden, die keinen Kontakt mit Strom führenden Teilen wie der Statorwicklung haben dürfen.
  • Weil kein Kühlfluid in den Innenraum der elektrischen Maschine gelangt, können unterschiedliche Kühlfluide verwendet werden. Beispiele umfassen Luft, Wasser-Glykol-Gemische, Getriebeöle wie MTF (Manual Transmission Fluid - Getriebeöl für manuell geschaltete Getriebe) oder ATF (Automatic Transmission Fluid - Getriebeöl für Automatikgetriebe), ohne dass spezielle Maßnahmen zum Schutz der Statorwicklung oder anderer Achskomponenten unternommen werden müssen. In einer Ausführungsform ist das Kühlfluid eine Flüssigkeit. In einer weiteren Ausführungsform ist das Kühlfluid ein Wasser-Glykol Gemisch. In einer anderen Ausführungsform ist das Kühlfluid ein Getriebeöl.
  • In einer Ausführungsform sind mindestens ein radialer Austrittskanal und mindestens ein radialer Eintrittskanal der Hohlwelle außerhalb des von dem Blechpaket bedeckten Bereichs der Hohlwelle in dem von dem Luftzylinder umschlossenen Raum angeordnet. Dies erlaubt eine vollständige Durchströmung des Rotors in axialer Richtung entlang der Hohlwelle. Es können aber auch zusätzliche Kühlkanäle an jeder Stelle im Blechpaket realisiert werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass das Kühlfluid entweichen kann.
  • Der erfindungsgemäße Rotor ermöglicht es, die Temperatur des Rotors stark zu senken. Dies erlaubt eine Erhöhung der Leistungsdichte und Senkung der Materialkosten der elektrischen Maschine.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Asynchronmaschine (ASM), die einen Stator und einen darin um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar angeordneten erfindungsgemäßen Rotor umfasst. Der Luftspaltzylinder des Rotors befindet sich in dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Der Luftspaltzylinder verhindert, dass Kühlfluid aus dem Rotor in den Luftspalt austreten kann und dort hydraulische Verluste durch die dann zwischen Rotor und Stator auftretenden Scherkräfte verursacht.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den beigefügten Zeichnungen illustriert und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Asynchronmaschine mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors mit eingezeichneten Fließwegen eines Kühlfluids;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Asynchronmaschine mit einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors mit eingezeichneten Fließwegen eines Kühlfluids;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Asynchronmaschine mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors mit eingezeichneten Fließwegen eines Kühlfluids;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Asynchronmaschine mit einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors mit eingezeichneten Fließwegen eines Kühlfluids.
  • 1 zeigt eine Asynchronmaschine mit einem Stator 20 und einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 10 im Längsschnitt. Da die Asynchronmaschine symmetrisch zur Drehachse des Rotors 10 aufgebaut ist, ist in 1 nur die obere Hälfte der Asynchronmaschine dargestellt. Der Stator 20 umfasst ein Statorblechpaket 21 und Wickelköpfe 22. Der Rotor 10 ist im Inneren des Stators 20 angeordnet; zwischen Rotor 10 und Stator 20 befindet sich der Luftspalt 40.
  • Um den Rotor 10 ist ein Luftspaltzylinder 11 aus nicht magnetischem Werkstoff montiert. Er dichtet den Rotor 10 nach außen ab, so dass kein Kühlfluid in den Luftspalt 40 der elektrischen Maschine bzw. an oder in das Statorblechpaket 21 gelangen kann, und dient zudem als Fluidführung. Auf der Rotorhohlwelle 14 ist das Rotorblechpaket 13 angeordnet, das aus vielen dünnen Lamellen aufgebaut ist. Auf den Rotorblechpaket 13 befindet sich der Kurzschlusskäfig 12. In dem Rotorblechpaket 13 ist ein Kühlkanal 15 vorgesehen, dessen Querschnitt in der Ausschnittvergrößerung gezeigt ist. Im Kühlkanal befindet sich ein Kühlfluid 30. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Kühlkanal 15 nur zum Teil mit Kühlfluid 30 gefüllt, um den Druck auf die Wand des Kühlkanals 15 und den Leckagestrom 32 des Kühlfluids durch das Rotorblechpaket 13 klein zu halten.
  • Der Fließweg des Kühlfluids ist in 1 durch Pfeile angedeutet. Durch eine Fluidzuleitung 16 wird Kühlfluid aus dem Innenraum der Hohlwelle 14 in den zu kühlenden Aktivteil des Rotors 10 geführt. Das Kühlfluid fließt durch den Kühlkanal 15 in axialer Richtung zur entgegengesetzten Stirnseite des Rotorblechpakets 13. Ein Teil des Kühlfluids dringt zwischen den Lamellen des Rotorblechpakts 13 hindurch und fließt als Leckagestrom 32 in radialer Richtung nach außen. Wo der Leckagestrom 32 auf den Luftspaltzylinder 11 trifft, wird er in axialer Richtung abgelenkt. Der Hauptstrom 31 des Kühlmittels fließt aus dem Rotor in den von einem Wickelkopf 22 des Stators 20 begrenzten Raum, d. h. der Fluidabwurf erfolgt in den Innenraum der elektrischen Maschine.
  • 2 zeigt die obere Hälfte einer Asynchronmaschine mit einem Stator 20 und einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 10 im Längsschnitt.
  • Der Querschnitt eines Kühlkanals 15 in dem Rotorblechpaket 13 ist in der Ausschnittvergrößerung gezeigt. In der Ausführungsform in 2 ist der Kühlkanal 15 vollständig mit Kühlfluid 30 gefüllt, um einen größeren Leckagestrom 32 des Kühlfluids durch das Rotorblechpaket 13 zu erzeugen. Der Fließweg des Kühlfluids ist in 2 durch Pfeile angedeutet. Durch eine Fluidzuleitung 16 wird Kühlfluid aus dem Innenraum der Hohlwelle 14 in den zu kühlenden Aktivteil des Rotors 10 geführt. Abdichtelemente 18 an den Stirnseiten verhindern in den durch sie abgedeckten Bereichen ein Austreten des Kühlfluids aus dem Rotor 10 in axialer Richtung. Der Hauptstrom 31 des Kühlfluids fließt durch den Kühlkanal 15 in axialer Richtung zur entgegengesetzten Stirnseite des Rotorblechpakets 13, wird dort zur Hohlwelle 14 zurückgelenkt und tritt nahe der Drehachse aus dem Rotor in den von einem Wickelkopf 22 des Stators 20 begrenzten Raum, d. h. der Fluidabwurf erfolgt in den Innenraum der elektrischen Maschine. Durch das Zurücklenken des Fluidstroms 31 zur Hohlwelle wird kinetische Energie zurückgewonnen.
  • 3 zeigt die obere Hälfte einer Asynchronmaschine mit einem Stator 20 und einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 10 im Längsschnitt.
  • Durch das Rotorblechpaket 13 und den Kurzschlusskäfig 12 verlaufen mehrere axiale Kühlkanäle 15 in unterschiedlichem radialen Abstand von der Drehachse des Rotors 10. Der Querschnitt eines Kühlkanals 15 in dem Rotorblechpaket 13 ist in der Ausschnittvergrößerung gezeigt. In der Ausführungsform in 3 ist der Kühlkanal 15 vollständig mit Kühlfluid 30 gefüllt, um einen größeren Leckagestrom 32 des Kühlfluids durch das Rotorblechpaket 13 zu erzeugen.
  • Der Fließweg des Kühlfluids ist in 3 durch Pfeile angedeutet. Durch eine Fluidzuleitung 16 wird Kühlfluid aus dem Innenraum der Hohlwelle 14 in den zu kühlenden Aktivteil des Rotors 10 geführt. Abdichtelemente 18 an den Stirnseiten verhindern in den durch sie abgedeckten Bereichen ein Austreten des Kühlfluids aus dem Rotor 10 in axialer Richtung. Der Hauptstrom 31 des Kühlfluids fließt durch die Kühlkanäle 15 und entlang der Innenseite des Luftspaltzylinders 11 in axialer Richtung zur entgegengesetzten Stirnseite des Rotorblechpakets 13, wird dort zur Hohlwelle 14 zurückgelenkt und tritt nahe der Drehachse aus dem Rotor in den von einem Wickelkopf 22 des Stators 20 begrenzten Raum, d. h. der Fluidabwurf erfolgt in den Innenraum der elektrischen Maschine. Durch das Zurücklenken des Fluidstroms 31 zur Hohlwelle wird kinetische Energie zurückgewonnen.
  • 4 zeigt die obere Hälfte einer Asynchronmaschine mit einem Stator 20 und einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 10 im Längsschnitt.
  • Durch das Rotorblechpaket 13 und den Kurzschlusskäfig 12 verlaufen mehrere axiale Kühlkanäle 15 in unterschiedlichem radialen Abstand von der Drehachse des Rotors 10. Der Querschnitt eines Kühlkanals 15 in dem Rotorblechpaket 13 ist in der Ausschnittvergrößerung gezeigt. In der Ausführungsform in 4 ist der Kühlkanal 15 vollständig mit Kühlfluid 30 gefüllt, um einen größeren Leckagestrom 32 des Kühlfluids durch das Rotorblechpaket 13 zu erzeugen.
  • Der Fließweg des Kühlfluids ist in 4 durch Pfeile angedeutet. Durch eine Fluidzuleitung 16 wird Kühlfluid aus dem Innenraum der Hohlwelle 14 in den zu kühlenden Aktivteil des Rotors 10 geführt. Abdichtelemente 18 an beiden Stirnseiten verhindern ein Austreten des Kühlfluids aus dem Rotor 10 in axialer Richtung. Der Hauptstrom 31 des Kühlfluids fließt durch die Kühlkanäle 15 und entlang der Innenseite des Luftspaltzylinders 11 in axialer Richtung zur entgegengesetzten Stirnseite des Rotorblechpakets 13, wird dort zur Hohlwelle 14 zurückgelenkt und fließt durch eine Fluidrückleitung 17 in die Hohlwelle 14 zurück. Dadurch gelangt kein Kühlfluid in den Innenraum der Asynchronmaschine.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Rotor
    11
    Luftspaltzylinder
    12
    Kurzschlusskäfig
    13
    Rotorblechpaket
    14
    Hohlwelle
    15
    Kühlkanal
    16
    Fluidzuleitung
    17
    Fluidrückleitung
    18
    Abdichtelement
    20
    Stator
    21
    Statorblechpaket
    22
    Wickelkopf
    30
    Kühlfluid
    31
    Hauptstrom Kühlfluid
    32
    Leckagestrom Kühlfluid
    40
    Luftspalt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012203697 A1 [0004]
    • DE 102016216479 A1 [0005]
    • EP 3142231 A1 [0006]
    • US 2017288489 A1 [0007]
    • DE 102016208770 A1 [0008]
    • JP 2013243935 A [0009]

Claims (10)

  1. Fluidgekühlter Rotor (10) für eine elektrische Maschine, umfassend eine Hohlwelle (14) zur Durchleitung eines Kühlfluids (30), wobei die Hohlwelle (14) mindestens einen radialen Austrittskanal (16) für das Kühlfluid (30) aufweist; ein auf der Hohlwelle (14) montiertes Blechpaket (13), auf dem ein Kurzschlusskäfig (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des Rotors (10) durch einen Luftspaltzylinder (11) gebildet ist, der den Rotor (10) in radialer Richtung nach außen abdichtet und einen Abfluss des Kühlfluids (30) aus dem Rotor (10) in radialer Richtung verhindert.
  2. Rotor (10) nach Anspruch 1, der mindestens einen in axialer Richtung durch den Rotor (10) verlaufenden Kühlkanal (15) aufweist, der durch das Blechpaket (13) oder zwischen dem Blechpaket (13) und dem Luftspaltzylinder (11) verläuft.
  3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem an den Stirnseiten des Luftspaltzylinders (11) Abdichtelemente (18) zwischen der Hohlwelle (14) und dem Luftspaltzylinder (11) angeordnet sind, die in den von den Abdichtelementen (18) bedeckten Bereichen einen Abfluss des Kühlfluids (30) aus dem Rotor (10) in axialer Richtung verhindern.
  4. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der mindestens eine radiale Austrittskanal (16) der Hohlwelle (14) außerhalb des von dem Blechpaket (13) bedeckten Bereichs der Hohlwelle (14) in dem von dem Luftzylinder (11) umschlossenen Raum angeordnet ist.
  5. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Hohlwelle (14) mindestens einen radialen Eintrittskanal (17) aufweist, durch den Kühlfluid (30) in die Hohlwelle zurückgeleitet werden kann.
  6. Rotor (10) nach Anspruch 5, bei dem der mindestens eine radiale Eintrittskanal (17) der Hohlwelle (14) außerhalb des von dem Blechpaket (13) bedeckten Bereichs der Hohlwelle (14) in dem von dem Luftspaltzylinder (11) umschlossenen Raum angeordnet ist.
  7. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Luftspaltzylinder (11) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht.
  8. Rotor (10) nach einem der Ansprüche1 bis 7, bei dem das Kühlfluid eine Flüssigkeit ist.
  9. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Kühlfluid ein Getriebeöl ist.
  10. Asynchronmaschine (ASM), umfassend einen Stator (20) und einen darin um eine Drehachse relativ zu dem Stator (20) drehbar angeordneten Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Luftspaltzylinder (11) des Rotors (10) sich in dem Luftspalt (40) zwischen Rotor (10) und Stator (20) befindet.
DE102019200098.3A 2019-01-07 2019-01-07 Fluidgekühlter Rotor für eine elektrische Maschine Ceased DE102019200098A1 (de)

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US16/687,949 US11277056B2 (en) 2019-01-07 2019-11-19 Fluid-cooled rotor for an electric machine
CN202010014428.7A CN111416456B (zh) 2019-01-07 2020-01-07 用于电机的液冷式转子

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DE102019200098.3A DE102019200098A1 (de) 2019-01-07 2019-01-07 Fluidgekühlter Rotor für eine elektrische Maschine

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