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Die
Erfindung betrifft eine elektrodynamische Maschine mit einer zu
kühlenden
Komponente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
einer elektrodynamischen Maschine, die beispielsweise als elektrischer
Generator oder als elektromechanische Antriebsmaschine in Form eines Synchronmotors,
eines Asynchronmotors oder eines Gleichstrommotors ausgebildet sein
kann, entsteht während
des Betriebs verlustbedingte Wärme,
die entweder einen bestimmten Grad nicht übersteigen darf oder aus der
Maschine abgeführt
werden muss, um eine Beschädigung
der Maschine aufgrund einer Überhitzung
zu vermeiden. Hauptsächlich
wird die Wärme
durch Kupferverluste und durch Eisenverluste verursacht.
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Die
Eisenverluste entstehen durch Wirbelströme und durch Ummagnetisierung
des Eisenpakets, das im Stator und im Rotor vorhanden ist. Durch eine
spezielle Blechung des Eisenpakets und eine Verwendung von speziellem
Dynamoblech können diese
Verluste reduziert werden. Folglich sind für die Erwärmung der elektrodynamischen
Maschine in erster Linie die Kupferverluste verantwortlich.
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Sie
entstehen aufgrund eines elektrischen Stromflusses durch Widerstandsbehaftete
Wicklungen, die einen wesentlichen Bestandteil des Stators und gegebenenfalls
auch des Rotors bilden. Üblicherweise
sind die Wicklungen aus einem elektrischen Kupfer-Leiter, der mit
einer Isolierung insbesondere in Form eines Isolationslacks versehen
ist, hergestellt. Die Isolierung bestimmt maßgeblich, wie hoch die Temperatur
im Inneren der elektrodynamischen Maschine ansteigen darf, ehe es
zu einer Beschädigung
der Isolie rung und damit zu einer Funktionsstörung der Maschine kommt. Beispielsweise liegt
diese maximal zulässige
Temperatur bei etwa 150° C.
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Bei
einer elektrodynamischen Maschine, die für eine hohe Leistung, d. h.
eine Leistung von mindestens 20 KW, ausgelegt ist, wird deshalb
eine Kühlung
eingesetzt, um die maximal zulässige
Temperatur einzuhalten. Bekannt ist eine indirekte Kühlung, bei
der das Gehäuse
der Maschine mit Wasser umströmt
wird. Ungünstigerweise
besteht zwischen dem Kühlmedium
Wasser und der Hauptwärmequelle, also
den elektrischen Kupfer-Wicklungen,
aufgrund der dazwischen liegenden Komponenten ein erheblicher thermischer Übergangswiderstand,
wodurch die Effizienz der Kühlung
sinkt.
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Bekannt
ist außerdem
auch eine direkte Kühlung
der Kupfer-Wicklungen mit Luft. Das Kühlmedium Luft umströmt hierbei
die elektrischen Kupfer-Wicklungen
und auch die Blechpakete des Stators und des Rotors unmittelbar.
Dennoch ist auch die Effizienz dieser Kühlungsart begrenzt, da Luft
ein relativ leistungsschwaches Kühlmedium
ist.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrodynamische
Maschine der gattungsgemäßen Art
so auszugestalten, dass die Kühlung
eine höhere
Effizienz aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die
jeweiligen Vorteile der direkten und der indirekten Kühlung werden
bei der erfindungsgemäßen Lösung genutzt.
So ist das eingesetzte flüssige
Kühlmedium
verglichen mit Luft deutlich leistungsstärker, d. h. es kann eine höhere Wärmemenge
abtransportieren. Aufgrund der außerdem vorgesehenen im Wesentlichen
unmit telbaren Umströmung
der Hauptwärmequelle,
also des stromdurchflossenen Leiters ist die Kühlung besonders effizient.
Im Wesentlichen unmittelbare Umströmung bedeutet, dass abgesehen
von einer elektrischen Isolierung keine weiteren Zwischenkomponenten vorhanden
sind, die den thermischen Übergangswiderstand
in unerwünschter
Weise vergrößern würden. Es
ist möglich,
dass der elektrische Leiter aufgrund der Leitungsführung in
der betreffenden Wicklung gegebenenfalls nicht über seine gesamte Länge unmittelbar
mit dem flüssigen
Kühlmedium
in Kontakt steht. Dennoch liegt insgesamt eine sehr effiziente Kühlung vor.
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Außer dem
elektrischen Leiter werden insbesondere auch andere Bestandteile
der zu kühlenden Komponente,
wie zum Beispiel ein Blechpaket, in das der elektrische Leiter zumindest
bereichsweise eingebettet ist, von dem flüssigen Kühlmedium umströmt und damit
ebenfalls gekühlt.
Somit dient die Kühlung
also auch zur Abführung
von Verlustwärme, die
aufgrund von Eisenverlusten entsteht.
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Aufgrund
der hocheffizienten Kühlung
kann die elektrodynamische Maschine mit einer höheren Leistungsdichte, d. h.
bezogen auf die Baugröße oder
das Gewicht, ausgeführt
werden. Insbesondere kann bei gleichbleibender hoher Leistung, also
von beispielsweise mindestens 20 KW, die Baugröße verringert werden, ohne
dass dadurch die zulässige
Maximaltemperatur im Inneren der elektrodynamischen Maschine überschritten
wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elektrodynamische
Maschine mobil eingesetzt wird, wobei die Baugröße und das Gewicht eine besondere
Rolle spielen. Ein Beispiel für
eine solche mobile Anwendung ist der Einsatz in einem (Kraft-)Fahrzeug.
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Bei
der zu kühlenden
Komponente kann es sich je nach Ausgestaltung der elektrodynamischen Maschine
entweder um den feststehenden Stator oder um den um eine Mittenachse
rotierenden Rotor handeln. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass
sowohl der Stator als auch der Rotor gekühlt werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch
1 abhängigen Unteransprüchen.
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Die
Ausgestaltung nach Anspruch 2 verhindert insbesondere Verwirbelungen
im flüssigen
Kühlmedium,
die dann entstehen könnten,
wenn das Kühlmedium
sowohl mit dem feststehenden Stator als auch mit dem rotierenden
Rotor in Kontakt kommt. So würde
beispielsweise ein eigentlich nur zur Kühlung des Stators vorgesehenes
Kühlmedium ohne
das Verschlusselement zumindest teilweise vom Rotor in eine Rotationsströmung gezwungen werden.
Dieser mitrotierende Anteil des Kühlmediums stünde dann
nicht mehr uneingeschränkt
für die eigentliche
Kühlaufgabe
zur Verfügung.
Außerdem kann
es zu Verwirbelungen und damit zu einer Wärmeentwicklung innerhalb des
Kühlmediums
selbst kommen. Das Kühlmedium
vermag dann nur noch einen geringeren Grad an Wärmemenge abzutransportieren.
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Ein
gemäß Anspruch
3 ausgebildeter Strömungskanal
erfordert praktisch keine Umkonstruktion der elektrodynamischen
Maschine. Die ohnehin zur Verlegung des elektrischen Leiters erforderliche Nut
wird gleichzeitig auch als Strömungskanal
verwendet.
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Aufgrund
der Fixierung gemäß Anspruch
4 wird verhindert, dass die Funktionsweise der elektrodynamischen
Maschine durch das Verschlusselement beeinträchtigt wird. Der zwischen dem
Stator und dem Rotor vorhandene Spalt, in dem das Verschlusselement
insbesondere angeordnet ist, hat nur eine sehr geringe Abmessung
in der Größenordnung von
einigen hundert Mikrometern. Eine gute Fixierung des Verschlusselements
sichert zum einen definierte und insbesondere homogene magnetische Flussverhältnisse
im Spaltbereich und verhindert außerdem eine Verkeilung des
Verschlusselements zwischen dem Stator und dem sich mit einer hohen Drehgeschwindigkeit
bewegenden Rotor. Weiterhin gewährleistet
eine Fixierung des Verschlusselements die Abdichtungsfunktion auch
dann, wenn das Kühlmedium
unter Druck in den Strömungskanal
eingespeist wird.
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Die
Ausgestaltungen nach Anspruch 6 und 7 vermeiden eine kapazitive Überkopplung
zwischen Stator und Rotor. Damit werden gleichzeitig unerwünschte Lagerströme, die
ansonsten zu einer Mikroverschweißung innerhalb der Lagerung
des Rotors führen
könnten,
unterbunden. Die ebenfalls diesem Zweck dienende elektrisch leitfähige Dichtung gemäß Anspruch
8 erfüllt
eine Doppelfunktion. Sie bewirkt außerdem auch eine Abdichtung,
so dass das Kühlmedium
nicht austreten kann. Durch die Unterdrückung der Lagerströme kann
die Lebensdauer der Rotorlager erhöht werden.
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Verglichen
mit der ansonsten üblichen
radialen Aufnahme der Lagerdeckel im Gehäuse weist die Ausgestaltung
nach Anspruch 9 eine höhere
Genauigkeit bei der Positionierung der Rotorlager und damit insbesondere
auch des Rotors selbst auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn die ohnehin geringe Breite des Spalts zwischen dem Stator und
dem Rotor durch das Einbringen des Verschlusselements zusätzlich verringert
wird.
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Die
Variante nach Anspruch 10 bietet eine Erhöhung der elektrischen Sicherheit,
da auch im Falle einer fehlerhaften Isolierung des elektrischen Leiters
keine Spannung, die im Inneren der elektrodynamischen Maschine an
einer Wicklungen ansteht, über
das Kühlmedium
in den Außenbereich
der elektrodynamischen Maschine gelangen kann.
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Weitere
Aspekte, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der
Zeichnung. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und
gewisse Aspekte sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen
zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Maschine mit gekühlter Antriebseinheit,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Maschine mit gekühlter Antriebseinheit,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Maschine mit gekühlter Antriebseinheit und integrierter
Anschlusseinheit,
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4 ein
Blockschaltbild einer elektrischen Beschaltung einer elektrodynamischen
Maschine,
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5 ein
viertes Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Maschine mit gekühlter Antriebseinheit,
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6 eine
vergrößerte Darstellung
eines Ausschnitts von 5 und
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7 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Maschine mit gekühlter Antriebseinheit und mit
außen
angeordnetem Rotor.
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Einander
entsprechende Teile sind in den 1 bis 7 mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
elektrodynamischen Maschine 1 in Form eines Synchronmotors
für einen
Leistungsbereich von mindestens 20 KW dargestellt. Grundsätzlich könnte die elektrodynamische
Maschine 1 jedoch ebenfalls als Asynchronmotor oder auch
als Gleichstrommotor ausgebildet sein. Möglich ist ebenfalls eine Ausgestaltung
als elektrischer Generator. Die in 1 gezeigte
eigentliche Antriebseinheit 2 beinhaltet einen feststehenden
Stator 3 und einen um eine Drehachse drehbar gelagerten
Rotor 4. Zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 3 ist
in radialer Richtung ein Spalt 5 ausgebildet. Der Stator 3 besteht
aus einem magnetischen, eisenhaltigen Statorblechpaket 6,
in dem angrenzend an den Spalt 5 und in gleichmäßigen Abständen über den
Umfang verteilt insgesamt sechs Nuten 7 vorgesehen sind.
Jeweils zwei einander gegenüberliegende
Nuten 7 dienen zur Aufnahme einer von insgesamt drei Phasenwicklungen 8, 9 und 10. Stellvertretend
für die
anderen Phasenwicklungen sind in der obersten Nut 7 elektrische
Leiter 11 angedeutet, aus denen die Phasenwicklung 8 besteht.
Die elektrischen Leiter 11 sind als mit einer Isolierung
aus einem Isolationslack versehene Kupfer-Leitungen ausgebildet.
Anstelle der in 1 gezeigten dreiphasigen Ausführungsform
kann die elektrodynamische Maschine 1 auch eine beliebige
andere Zahl an Phasenwicklungen aufweisen. So sind auch vier, fünf oder
sechs Phasenwicklungen möglich.
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Zur
Abführung
der in den elektrischen Leitern 11 aufgrund eines elektrischen
Stromflusses entstehenden Verlustwärme sind die elektrischen Leiter 11 unmittelbar
von einem flüssigen
Kühlmedium
umströmt.
Dadurch wird erreicht, dass die Temperatur im Inneren der elektrodynamischen
Maschine 1 nicht über
eine zulässige
Maximaltemperatur, die insbesondere durch die Isolation der elektrischen
Leiter 11 bestimmt ist, überschritten wird. Diese Temperatur liegt
bei etwa 150°C.
An einer Statorinnenwand 12 der zylinderförmigen Stator-Bohrung,
innerhalb der der Rotor 4 angeordnet ist, ist im Bereich
des Spalts 5 ein Verschlusselement 13 vorgesehen.
Die Stator-Bohrung
ist mit diesem Verschlusselement 13 komplett ausgekleidet.
Es verhindert, dass das Kühlmedium
auch mit dem Rotor 4 in Berührung kommt.
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Bei
dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel einer elektrodynamischen
Maschine 14 hat der Stator 3 deutlich mehr und
auch anders geformte Nuten 7 als beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1.
An der grundsätzlichen
Wirkungsweise ändert
sich dadurch nichts. Der Rotor 4 ist in 2 nicht
gezeigt. Das Verschlusselement 13 von 1 ist
im Ausführungsbeispiel
nach 2 als Folienwickel 15 aus einer elektrisch
leitfähigen
Kupfer- oder Edelstahlfolie ausgebildet. Mittels einer Überlappung
an den Randbereichen der Folie und einer Verklebung in den überlappenden
Bereichen erhält man
einen dichten Folienwickel 15. Je nach Dicke der verwendeten
Folie kann der Folienwickel 15 als Einfach- oder auch als
Mehrfachwickel ausgeführt sein.
Der Folienwickel 15 ist zwischen den jeweiligen Öffnungen
der Nuten 7 an die Statorinnenwand 12 geklebt.
Dazu wird der vorab hergestellte Folienwickel 15 in die
Statorbohrung eingebracht und mit einer Aufweitvorrichtung gegen
die Statorinnenwand 12 gepresst, bis der auf den Kontaktflächen aufgebrachte
Kleber ausgehärtet ist.
Danach gibt sich eine dichte und feste Fixierung des Folienwickels 15 am Stator 3.
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Zwischen
den elektrischen Leitern 11 und dem Folienwickel 15 ist
im Bereich der Öffnungen
der Nuten 7 ein bevorzugter Strömungskanal 16 für das flüssige Kühlmedium
gebildet. Hier umströmt
das flüssige
Kühlmedium
die isolierten elektrischen Leiter 11 unmittelbar und führt die
dort entstehende Verlustwärme
sehr effizient ab. Als Kühlmedium
wird beispielsweise ein elektrisches Isolieröl, insbesondere ein wegen seiner
niedrigen Viskosität
besonders gut geeignetes, sogenanntes Kälteschalter-Isolieröl, eingesetzt.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
elektrodynamischen Maschine 17 in einer Längsschnittdarstellung,
die in 1 durch eine mit III bezeichnete Schnittlinie
angedeutet ist. Der Schnitt verläuft
durch den Stator 3 in einem Bereich, in dem keine Nuten 7 mit
darin angeordneten elektrischen Leitern 11 vorhanden sind.
Im Ausführungsbeispiel
von 3 ist das Verschlusselement 13 nicht
als Folienwickel 15, sondern als zylinderförmiges elektrisch
leitfähiges
Blechrohr 18 ausgebildet, das an seinen Enden jeweils eine
Aufbördelung 19 aufweist.
Es besteht aus einem Edelstahl und hat eine sehr geringe Wandstärke in der
Größenordnung von
etwa 20 μm
bis 1000 μm.
Es kann aber gegebenenfalls auch eine noch höhere Wandstärke vorgesehen sein, beispielsweise
um einen hohen Druck im Kühlkreislauf
zu ermöglichen.
Im Beispiel liegt die Wandstärke
bei etwa 500 μm.
Demgegenüber
hat der Spalt 5 – ohne
das Blechrohr 18 – eine
radiale Ausdehnung von etwa 1500 μm.
Geringere Abmessungen sind aber grundsätzlich ebenfalls möglich, sodass
unter Berücksichtigung
des Blechrohrs 18 noch eine lichte Weite von etwa 500 μm verbleibt.
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Eine
Fixierung des Blechrohrs 18 an der Statorinnenwand 12 ergibt
sich durch eine Klemmung des Blechrohrs 18. Nach dem Einbringen
des Blechrohrs 18 in die Bohrung des Stators 3 wird
die gesamte Anordnung aus Blechrohr 18 und Stator 3 so
weit im elastischen Bereich aufgeweitet, dass die Rückfederung
des Stators 3 etwas höher
ist als die des Blechrohrs 18. Nach Entfernen der Aufweitvorrichtung
ist dann das Blechrohr 18 durch die Rückfederungskraft des Stators 3 geklemmt.
Gegebenenfalls kann das Blechrohr 18 zusätzlich auch
mittels eines Klebers an der Statorinnenwand 12 fixiert
sein.
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In
Erweiterung der Darstellungen in den 1 und 2 sind
in 3 zusätzlich
auch ein zylinderförmiges
Gehäuse 20 zur
Aufnahme des Stators 3 und des Rotors 4 ebenso
wie zwei seitliche Lagerdeckel 21 und 22 gezeigt.
Der linke Lagerdeckel 21 enthält eine Öffnung für eine mit dem Rotor 4 verbundene
Antriebswelle 23.
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Um
das Kühlmedium
ausschließlich
im Bereich des Stators 3 zu halten, ist der Stator 3 über das Gehäuse 20,
die beiden Lagerdeckel 21 und 22 sowie das Blechrohr 18 abgedichtet.
Ebenfalls zu diesem Zweck ist zwischen den Lagerdeckeln 21 und 22 und
dem Blechrohr 18 jeweils eine Elastomerdichtung 24 in
Gestalt eines O-Rings vorgesehen. Die Aufbördelungen 19 verhindern
eine Beschädigung der
Elastomerdichtungen 24 bei der Montage.
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In 3 ist
schematisch ein Strömungsverlauf 25 des
Kühlmediums
innerhalb des zu kühlenden Stators 3 angedeutet.
Mittels einer Einlassöffnung 26 gelangt
das Kühlmedium
in das Innere des Gehäuses 20.
Dort umströmt
es zunächst
einen ersten Teil der Statoraußenwand 27 in
Umfangsrichtung, bis es im an den rechten Lagerdeckel 22 angrenzenden
Bereich zur Statorinnenwand 12 geleitet wird. In den in 3 nicht
sichtbaren Strömungs kanälen 16 in
den Nuten 7 strömt
das Kühlmedium
dann in axialer Richtung zu einem an den linken Lagerdeckel 21 angrenzenden
Bereich, in dem es zu einem zweiten Teil der Statoraußenwand 27 zurückgeleitet
wird. Nachdem das Kühlmedium
auch diesen zweiten Teil der Statoraußenwand 27 in Umfangsrichtung
umströmt
hat, verlässt
es das Gehäuse 20 mittels
einer Auslassöffnung 28.
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Das
Kühlmedium
umströmt
also sowohl das Statorblechpaket 6 als auch die elektrischen
Leiter 11. Es nimmt folglich die durch Eisenverluste im
Statorblechpaket 6 und auch die durch Kupferverluste in den
elektrischen Leitern 11 verursachte Abwärme auf, um sie in den Außenbereich
der elektrodynamischen Maschine 17 abzuführen. Dadurch
wird eine sehr effiziente Kühlung
erreicht, so dass die Baugröße und gegebenenfalls
auch das Gewicht der elektrodynamischen Maschine 17 verringert
werden kann. Damit eignet sich die elektrodynamische Maschine 17 besonders
gut für
einen mobilen Einsatzzweck.
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Vorteilhaft
für einen
derartigen mobilen Einsatzzweck ist auch, dass eine Anschlusseinheit 29 zur
elektrischen Beschaltung der drei Phasenwicklungen 8, 9 und 10 an
einer Außenwand
des rechten Lagerdeckels 22 angeordnet ist. Üblicherweise
ist eine solche Anschlusseinheit 29 räumlich von der elektrodynamischen
Maschine 17 getrennt platziert, was sich für einen
mobilen Einsatzzweck als unvorteilhaft herausgestellt hat. Die in 3 gezeigte Kombination
aus eigentlicher Antriebseinheit 30 und der Anschlusseinheit 29 bietet
demgegenüber
erhebliche Vorteile.
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Günstig wirkt
sich in diesem Zusammenhang aus, dass die Anschlusseinheit 29 auch
von der im Inneren des Gehäuses 20 vorgesehenen
Kühlung des
Stators 3 mit profitiert. Das an einer Innenseite des Lagerdeckels 22 vorbeigeleitete
Kühlmedium
bewirkt nämlich
auch eine Kühlung
der an der Außenseite
des Lagerdeckels 22 angeordneten Komponenten der Anschlusseinheit 29.
Dieser Effekt ist besonders groß,
wenn die zu kühlenden
Komponenten der Anschlusseinheit 29 in unmittelbarem thermischen Kontakt
mit dem Lagerdeckel 22 stehen. Wie in 3 anhand
des gestrichelten Strömungsverlaufs angedeutet,
kann das Kühlmedium
bei einem gegebenenfalls vorhandenen zusätzlichen Kühlbedarf nach Verlassen des
Gehäuses 20 auch
durch die Anschlusseinheit 29 geleitet werden. Dann erfolgt
die Kühlung
sowohl der Antriebseinheit 30 als auch der Anschlusseinheit 29 mittels
eines einzigen Kühlkreislaufs.
Grundsätzlich
sind aber auch getrennte Kühlkreisläufe für die Anschlusseinheit 29 und
die Antriebseinheit 30 möglich.
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In 4 ist
die übliche
elektrischen Beschaltung einer als dreiphasiger Synchronmotor mit
variabler Drehzahl ausgebildeten Antriebseinheit 30 dargestellt.
Ausgehend von einem gängigen
dreiphasigen Netzanschluss 31 mit einer Primärfrequenz
von 50 oder 60 Hz und einer Primärspannung
von 400 V wird mittels eines Umrichters 32 der Antriebseinheit 30 an
ihren elektrischen Motoranschlüssen 33 eine dreiphasige
Anschlussleistung mit beliebiger Sekundärfrequenz und ebenfalls beliebiger
Sekundärspannung
zur Verfügung
gestellt. Die Sekundärfrequenz und
die Sekundärspannung
können
im Umrichter 32 entsprechend der aktuell gewünschten
Drehzahl eingestellt werden.
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Der
Umrichter 32 beinhaltet einen Gleichrichter 34,
der aus der dreiphasigen Netz-Wechselspannung eine Gleichspannung
erzeugt, einen Zwischenkreiskondensator 35 und einen Wechselrichter 36,
der aus der Gleichspannung die gewünschte dreiphasige Motoranschluss-Wechselspannung
erzeugt. Die in 3 gezeigte Anschlusseinheit 29 umfasst nur
den Zwi schenkreiskondensator 35 sowie den Wechselrichter 36.
Grundsätzlich
ist jedoch auch eine zusätzliche
Integration des Gleichrichters 34 möglich. Sie erübrigt sich
jedoch bei mobilen Anwendungsfällen,
bei denen ein Gleichspannungs-Bordnetz existiert, an das der Zwischenkreiskondensator 35 unmittelbar
angeschlossen werden kann. Dies gilt insbesondere auch für einen
Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
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In 5 ist
ein viertes Ausführungsbeispiel einer
elektrodynamischen Maschine 37 mit einer anderen Abdichtung
zwischen dem Blechrohr 18 und den Lagerdeckeln 21 und 22 gezeigt.
Im Unterschied zu 3 zeigt 5 einen – in 1 mit
V bezeichneten – Längsschnitt
durch einen Bereich des Stators 3, der mit Nuten 7 versehen
ist. Die in den Nuten 7 verlaufenden elektrischen Leiter
sind nur schematisiert in ihrer Gesamtheit als einheitlicher Bereich
dargestellt. Die elektrischen Leiter 11, die im Bereich
der Nuten 7 praktisch ausschließlich axial verlaufen, werden
in außerhalb
des Statorblechpakets 6 liegenden Wicklungsköpfen 38 und 39 zu
der Phasenwicklung 8 verschaltet. Zwecks einer einfacheren
Darstellung ist in 5 der Rotor 4 weggelassen.
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Die
Abdichtung zwischen dem Blechrohr 18 und den Lagerdeckeln 21 und 22 erfolgt
bei dem vierten Ausführungsbeispiel
erst nach der Montage der Lagerdeckel 21 und 22.
Hierzu wird mittels eines Dichtungskanals 40 flüssiges Silikon
unter Druck in eine an den Lagerdeckeln 21 und 22 jeweils
umlaufende Dichtungsnut 41 eingepresst. Nach dem Abbinden
des Silikons ergibt sich eine Silikondichtung 42 zwischen
dem Blechrohr 18 und den Lagerdeckeln 21 und 22.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Aufbördelung 19 an
den Rändern
des Blechrohrs 18 nicht erforderlich.
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6 zeigt
eine Vergrößerung des
Bereichs, in dem sich die Silikondichtung 42 befindet.
Ersichtlich wird in dieser Darstellung auch der zwischen den elektrischen
Leitern 11 und dem Blechrohr 18 verlaufende Strömungskanal 16 für das Kühlmedium.
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Durch
das Einbringen des Blechrohrs in den Spalt 5 wird dessen
lichte Weite reduziert. Dem wird mittels einer in radialer Richtung
erhöhten
Positionierungsgenauigkeit des Rotors 4 begegnet. Der Rotor 4 ist
mittels Lagern 43 und 44 in Vorsprüngen 45 bzw. 46 der
Lagerdeckel 21 bzw. 22 gelagert, wobei die Vorsprünge 45 und 46 in
radialer Richtung am Statorblechpaket 6 und im Bereich
der Wicklungsköpfe 38 bzw. 39 gegebenenfalls
auch an den elektrischen Leitern 11 anliegen. Die radiale
Aufnahme der Vorsprünge 45 und 46 erfolgt
also nicht wie bei herkömmlichen
Lösungen
am Gehäuse 20,
sondern unmittelbar am Stator 3, wodurch eine höhere Positionierungsgenauigkeit
des Rotors 4 gegenüber
dem Stator 3 erreicht wird.
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Außer der
abdichtenden Funktion bietet das Blechrohr 18 einen weiteren
Vorteil. Aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit verhindert es ein kapazitives Überkoppeln
zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 4, wodurch
unerwünschte
elektrische Stromflüsse
in den Lagern 43 und 44 unterbunden werden. Die
Lagerströme
könnten
andernfalls zu Mikroverschweißungen
und damit zu einer reduzierten Lebensdauer der Lager 43 und 44 führen. Zur
Vermeidung dieser ungünstigen
Folge ist außerdem
auch eine elektrisch leitfähige
Verbindung zwischen dem Blechrohr 18 und den Lagerdeckeln 21 und 22 vorgesehen.
Die Silikondichtung 42 besteht aus elektrisch leitfähigem Silikon.
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Der
bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von 3 beschriebene
Strömungsverlauf 25 des
Kühlmediums
im Inneren des Gehäuses 20 ist
auch in 5 wiedergegeben. Mittels spiralförmiger Kühlwendeln 47 und 48 wird
der an der Statoraußenwand 27 in
Umfangsrichtung verlaufender Fluss des Kühlmediums bewirkt. Das mittels
einer preiswerten Gusstechnik hergestellte Gehäuse 20 enthält hierzu
an seiner Innenseite spiralförmig
verlaufenden Ausnehmungen, die durch das Einbringen des Statorblechpakets 6 geschlossen werden
und dann einen Strömungskanal
für das Kühlmedium
bilden. Verglichen mit einem Verbundguss mit eingegossenen Rohrwendeln
ergibt sich dadurch ein erheblich vereinfachtes Herstellungsverfahren
für das
Gehäuse 20.
Außerdem
kommt das Kühlmedium
auf diese Weise direkt mit dem Statorblechpaket 6 in thermischen
Kontakt, ohne dass ein zusätzlicher
thermischer Übergangswiderstand
vorhanden ist.
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Die
vorstehend beschriebenen Prinzipien zur vorteilhaften Kühlung gelten
nicht nur für
eine Anordnung mit innenliegendem Rotor 4 und außenliegendem
Stator 3. Grundsätzlich
sind sie auch bei einem weiteren in 7 gezeigten
Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Maschine 49, die einen innenliegenden
feststehenden Stator 50 und einen außenliegenden rotierenden Rotor 51 beinhaltet,
anwendbar. Eine derartige elektrodynamische Maschine 49 wird
auch als Außenläufermotor
bezeichnet. Die Kühlung
des Stators 50 erfolgt analog zu den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen.