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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, der eine Rotorwelle aufweist, wobei der Stator ein Statorpaket mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite aufweist, wobei an der ersten Stirnseite ein erster Maschinenflansch und an der zweiten Stirnseite ein zweiter Maschinenflansch angeordnet ist, wobei im ersten Maschinenflansch mindestens ein erster Kühlkanal zur stirnseitigen Statorkühlung ausgebildet ist und im zweiten Maschinenflansch mindestens ein zweiter Kühlkanal zur stirnseitigen Statorkühlung ausgebildet ist, und wobei der mindestens eine erste Kühlkanal und der mindestens eine zweite Kühlkanal zum Führen von einer Kühlflüssigkeit ausgebildet sind und fluidisch miteinander verbunden sind.
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Aus der
DE 10 2015 215 667 A1 ist eine derartige elektrische Maschine bekannt. Diese elektrische Maschine hat einen Rotor mit einer Rotorwelle, sowie einen Stator mit einem Statorpaket, an dessen Stirnseiten zugeordnete Maschinenflansche angeordnet sind, die nach Art von Lagerschilden ausgebildet sind. In jedem Lagerschild ist ein zugeordneter Kühlkanal vorgesehen, um eine Kühlung des Lagerschilds und somit entsprechender Wickelköpfe einer am Statorpaket angeordneten Statorwicklung zu ermöglichen. Die Kühlkanäle der Lagerschilde sind über ein Rohr fluidisch miteinander verbunden, das entweder außerhalb des Statorpakets angeordnet ist, oder ganz im Statorpaket versenkt angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, der eine Rotorwelle aufweist, wobei der Stator ein Statorpaket mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite aufweist. An der ersten Stirnseite ist ein erster Maschinenflansch angeordnet und an der zweiten Stirnseite ein zweiter Maschinenflansch. Im ersten Maschinenflansch ist mindestens ein erster Kühlkanal zur stirnseitigen Statorkühlung ausgebildet und im zweiten Maschinenflansch ist mindestens ein zweiter Kühlkanal zur stirnseitigen Statorkühlung ausgebildet. Der mindestens eine erste Kühlkanal und der mindestens eine zweite Kühlkanal sind zum Führen von einer Kühlflüssigkeit ausgebildet und fluidisch miteinander verbunden. Der erste Kühlkanal ist zumindest abschnittsweise fluidisch mit der ersten Stirnseite des Statorpakets verbunden und der zweite Kühlkanal ist zumindest abschnittsweise fluidisch mit der zweiten Stirnseite des Statorpakets verbunden.
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Vorteilhafterweise kann bei der vorliegenden Erfindung durch die fluidische Verbindung der Kühlkanäle in den Maschinenflanschen mit den Stirnseiten des Statorpakets eine stirnseitige Anflutung des Statorpakets ermöglicht werden, bei der eine entsprechende Kühlflüssigkeit am Statorpaket entlang fließt, wodurch eine verbesserte Kühlwirkung erzielt werden kann. Dies kann auf einfache Art und Weise dadurch erreicht werden, dass die Kühlkanäle in den Maschinenflanschen zumindest abschnittsweise zu den Stirnseiten das Statorpakets hin geöffnet sind.
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Bevorzugt ist der erste Kühlkanal über zugeordnete erste Dichtmittel gegen die erste Stirnseite des Statorpakets abgedichtet und der zweite Kühlkanal ist über zugeordnete zweite Dichtmittel gegen die zweite Stirnseite des Statorpakets abgedichtet.
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Somit kann bei einer Verwendung einer geeigneten Kühlflüssigkeit, z.B. Kühlwasser, ein Austreten des Kühlwassers aus den Kühlkanälen im Verbindungsbereich zwischen den Kühlkanälen und den Stirnseiten des Statorpakets verhindert werden. Hierbei können sichere und zuverlässige Standarddichtelemente, wie z.B. O-Ringe, als Dichtmittel Anwendung finden.
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Bevorzugt sind der mindestens eine erste Kühlkanal und der mindestens eine zweite Kühlkanal über die Rotorwelle fluidisch miteinander verbunden.
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Somit kann auf einfache Art und Weise auch eine Kühlung der Rotorwelle ermöglicht werden. Da der Rotor in elektrischen Maschinen generell ein thermisch kritisches Bauteil ist, kann hierbei durch eine geeignete Kühlung der Rotorwelle und somit des Rotors eine erforderliche Kühlung gewährleistet werden, so dass insgesamt eine Verfügbarkeit bzw. Dauerleistung der elektrischen Maschine vorteilhafterweise erhöht wird.
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Bevorzugt weist die Rotorwelle einen dritten Kühlkanal auf, der den ersten Kühlkanal mit dem zweiten Kühlkanal verbindet.
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Somit kann eine sichere und zuverlässige fluidische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist der dritte Kühlkanal zur Rotorkühlung ausgebildet.
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Somit kann sichergestellt werden, dass eine geeignete Rotorkühlung durch eine Durchleitung einer geeigneten Kühlflüssigkeit durch den dritten Kühlkanal ermöglicht wird.
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Bevorzugt ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet.
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Somit kann eine stabile und robuste Rotorwelle bereitgestellt werden, mittels der auf einfache Art und Weise Kühlflüssigkeit vom ersten zum zweiten Kühlkanal übergeleitet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Maschinenflansch zur Zuleitung von kalter Kühlflüssigkeit zum ersten Kühlkanal ausgebildet und der zweite Maschinenflansch ist zur Ableitung von warmer Kühlflüssigkeit vom zweiten Kühlkanal ausgebildet.
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Somit kann ein effizienter Kühlkreislauf zur Stator- und Rotorkühlung in der elektrischen Maschine ausgebildet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Statorpaket zum Schutz gegen Umwelteinflüsse eine Beschichtung auf.
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Somit kann auf eine Verwendung eines vergleichsweise teuren, das Statorpaket umschließenden Gehäuseteils verzichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine gehäuselos ausgebildet.
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Somit können vorteilhafterweise die Herstellungskosten der elektrischen Maschine signifikant reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist an einer vom Statorpaket abgewandten Stirnseite des ersten Maschinenflanschs eine Elektronikeinheit angeordnet, um eine Kühlung der Elektronikeinheit durch den ersten Maschinenflansch zu ermöglichen.
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Somit kann auf einfache Art und Weise auch eine sichere und zuverlässige Kühlung einer Elektronikeinheit der elektrischen Maschine ermöglicht werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine mit einer Kühlfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform, und
- 2 eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine mit einer Kühlfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den Figuren werden Elemente mit gleicher oder vergleichbarer Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen und nur einmal genauer beschrieben.
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1 zeigt eine beispielhafte elektrische Maschine 100 mit einem Stator 110 und einem Rotor 120. Illustrativ weist der Stator 110 ein Statorpaket 111 mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite auf, wobei die erste Stirnseite in 1 beispielhaft oben angeordnet und mit einem Bezugszeichen 112 versehen ist, während die zweite Stirnseite beispielhaft unten angeordnet und mit einem Bezugszeichen 114 versehen ist. An der Stirnseite 112 ist bevorzugt ein erster Maschinenflansch 132 angeordnet und an der Stirnseite 114 ist bevorzugt ein zweiter Maschinenflansch 134 angeordnet. Vorzugsweise sind die Maschinenflansche 132, 134 derart an den Stirnseiten 112, 114 angeordnet, dass sie zumindest abschnittsweise in unmittelbarem Kontakt, d.h. stoffschlüssig mit dem Statorpaket 111 sind.
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Zwischen dem Stator 110 und dem Rotor 120 ist bevorzugt ein Luftspalt ausgebildet. Illustrativ ist der Rotor 120 innerhalb des Stators 110 angeordnet. Insbesondere ist hierbei ein dem Rotor 120 zugeordnetes Rotorpaket 124 innerhalb des Statorpakets 111 des Stators 110 angeordnet, wobei zwischen dem Statorpaket 111 und dem Rotorpaket 124 ein Luftspalt ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist das Statorpaket 111 mit einer geeigneten Statorwicklung versehen. Des Weiteren kann auch das Rotorpaket 124 mit einer geeigneten Rotorwicklung versehen sein, bzw. mit einer geeigneten Permanentmagnet-Anordnung. An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass geeignete Stator- und Rotorwicklungen bzw. Permanentmagnet-Anordnungen dem Fachmann hinreichend bekannt sind, so dass hier zwecks Einfachheit und Knappheit der Beschreibung auf eine detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet wird.
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Bevorzugt ist das Rotorpaket 124 auf einer zugeordneten Rotorwelle 122 angeordnet. Die Rotorwelle 122 ist beispielhaft über zugeordnete Wälzlager 182, 184 in den Maschinenflanschen 132, 134 drehbar gelagert.
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Im Maschinenflansch 132 ist bevorzugt mindestens ein erster Kühlkanal 161 zur stirnseitigen Statorkühlung ausgebildet und im Maschinenflansch 134 ist mindestens ein zweiter Kühlkanal 163 zur stirnseitigen Statorkühlung ausgebildet. Hierbei können die Kühlkanäle 161, 163 einen beliebigen Verlauf innerhalb der Maschinenflansche 132, 134 aufweisen, z.B. mäanderförmig, spiralförmig usw.
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Bevorzugt sind die Kühlkanäle 161, 163 zum Führen von einer Kühlflüssigkeit ausgebildet und fluidisch miteinander verbunden. Als Kühlflüssigkeit kann z.B. Kühlwasser Anwendung finden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch beliebig andere Kühlfluide Anwendung finden können.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Kühlkanal 161 über die Rotorwelle 122 fluidisch mit dem Kühlkanal 163 verbunden. Illustrativ weist die Rotorwelle 122 ebenfalls einen Kühlkanal 165 auf, der in der dargestellten Ausführungsvariante beispielhaft den Kühlkanal 161 mit dem Kühlkanal 163 fluidisch verbindet. Hierbei dient der Kühlkanal 165 vorzugsweise zur Rotorkühlung.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Rotorwelle 122 beispielhaft mit dem Kühlkanal 165 gezeigt ist. Alternativ hierzu kann anstelle der Ausbildung des Kühlkanals 165 in der Rotorwelle 122 jedoch auch eine Ausbildung der Rotorwelle 122 nach Art einer Hohlwelle in Betracht gezogen werden. In diesem Fall kann die Hohlwelle als solche den Kühlkanal 161 mit dem Kühlkanal 163 fluidisch verbinden.
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Bevorzugt ist der Kühlkanal 161 zumindest abschnittsweise fluidisch mit der Stirnseite 112 des Statorpakets 111 verbunden und der Kühlkanal 163 ist bevorzugt zumindest abschnittsweise fluidisch mit der Stirnseite 114 des Statorpakets 111 verbunden. Vorzugsweise ist der Kühlkanal 161 hierbei über zugeordnete Dichtmittel 171 gegen die Stirnseite 112 des Statorpakets 111 abgedichtet, um ein Austreten von Kühlflüssigkeit im Bereich zwischen dem Maschinenflansch 132 und der Stirnseite 112 des Statorpakets 111 im Bereich des Kühlkanals 161 zu verhindern. Auf ähnliche Art und Weise ist der Kühlkanal 163 über zugeordnete Dichtmittel 173 gegen die Stirnseite 114 des Statorpakets 111 abgedichtet, um ein Austreten von Kühlflüssigkeit zwischen dem Kühlkanal 163 und der Stirnseite 114 im Bereich des Kühlkanals 163 zu verhindern.
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Illustrativ ist der Kühlkanal 161 im Maschinenflansch 132 ebenfalls über die zugeordneten Dichtmittel 171 gegenüber der Rotorwelle 122 abgedichtet, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Kühlkanal 161 des Maschinenflanschs 132 und dem Kühlkanal 165 der Rotorwelle 122 zu ermöglichen. Auf ähnliche Art und Weise ist der Kühlkanal 163 des Maschinenflanschs 134 auch über die geeigneten Dichtmittel 173 gegenüber der Rotorwelle 122 abgedichtet, um somit eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Kühlkanal 163 des Maschinenflanschs 134 und dem Kühlkanal 165 der Rotorwelle 122 zu ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Maschinenflansch 132 zur Zuleitung von kalter Kühlflüssigkeit zum Kühlkanal 161 ausgebildet sein, während der Maschinenflansch 134 zur Ableitung von warmer Kühlflüssigkeit vom Kühlkanal 163 ausgebildet ist. Um eine Zu- bzw. Ableitung der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, sind die Maschinenflansche 132, 134 bevorzugt mit geeigneten Zu- bzw. Ableitungsöffnungen versehen, die mit zugeordneten Deckeln 191, 193 verschließbar sind. Diese Deckel 191, 193 sind als erprobte Serienteile bevorzugt abgedichtet und können z. B. von den Maschinenflanschen 132, 134 bei Bedarf entfernt werden, um an den Maschinenflanschen 132, 134 geeignete Zu- bzw. Ableitungen anzuschließen.
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Durch eine Zuleitung von kalter Kühlflüssigkeit zum Kühlkanal 161 im Maschinenflansch 132 kann eine stirnseitige Kühlung des Statorpakets 111 durch den Kühlkanal 161 erreicht werden, wobei eine verbesserte Kühlwirkung dadurch erreicht wird, dass die Kühlflüssigkeit am Statorpaket 111 entlangströmt. Analog hierzu kann an der Stirnseite 114 des Statorpakets 111 eine verbesserte Kühlwirkung dadurch erreicht werden, dass die Kühlflüssigkeit in dem Kühlkanal 163 an der Stirnseite 114 entlang fließt.
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Des Weiteren kann das Statorpaket 111 zum Schutz gegen Umwelteinflüsse mit einer Beschichtung 119 versehen sein. Somit kann auf eine Verwendung eines äußeren Gehäuseteils, das die elektrische Maschine 100 bzw. das Statorpaket 111 umschließt und zwischen den Maschinenflanschen 134, 134 angeordnet ist, verzichtet werden. Die elektrische Maschine 100 ist somit vorzugsweise gehäuselos ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die elektrische Maschine 100 eine Elektronikeinheit 180 auf, über die z.B. der Stator 110 und/oder der Rotor 120 ansteuerbar ist. Diese Elektronikeinheit 180 ist beispielhaft an einer vom Statorpaket 111 abgewandten Stirnseite 133 des Maschinenflanschs 132 angeordnet, um eine Kühlung der Elektronikeinheit 180 durch den Maschinenflansch 132 zu ermöglichen. Somit kann vorteilhafterweise der Kühlkanal 161 sowohl zur stirnseitigen Kühlung des Statorpakets 111, als auch zur Kühlung der Elektronikeinheit 180 durch eine Kühlung des Maschinenflanschs 132 Anwendung finden.
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2 zeigt die elektrische Maschine 100 von 1 in vereinfachter Form mit dem Stator 110, dem Rotor 120, den Maschinenflanschen 132, 134, sowie der Elektronikeinheit 180. Wie bei 1 beschrieben, weist der Maschinenflansch 132 den Kühlkanal 161 auf und der Maschinenflansch 134 weist den Kühlkanal 163 auf.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform gemäß 1, ist der Kühlkanal 161 in 2 jedoch nicht über die Rotorwelle 122 des Rotors 120 fluidisch mit dem Kühlkanal 163 des Maschinenflanschs 134 verbunden, sondern gemäß einer zweiten Ausführungsform über ein externes bzw. außenliegendes Kühlrohr 200. Das Kühlrohr 200 ist illustrativ über geeignete Dichtmittel 210 gegenüber dem Maschinenflansch 132 abgedichtet und dort fluidisch mit dem Kühlkanal 161 verbunden. Analog hierzu ist das Kühlrohr 200 über geeignete Dichtmittel 220 gegenüber dem Maschinenflansch 134 abgedichtet und dort mit dem Kühlkanal 163 fluidisch verbunden. Die Dichtmittel 210, 220 können z.B. mittels geeigneter O-Ringe realisiert werden.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform hat die zweite Ausführungsform den Vorteil, dass das Kühlrohr 200 auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Spezifikationen der elektrischen Maschine 100 angepasst werden kann. Anders ausgedrückt, kann bei unterschiedlichen Längsabmessungen - in 2 Höhenabmessungen - der elektrischen Maschine 100 auf einfache Art und Weise ein ausreichend langes Kühlrohr 200 bereitgestellt werden. Somit kann das Kühlrohr 200 bei einem leistungsangepasstem Statorpaket einfach „mitwachsen“.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015215667 A1 [0002]