DE102004052070A1

DE102004052070A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004052070A1
Application number: DE102004052070A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dorr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-18
Also published as: WO2006045772A1; EP1805872A1

Abstract

Eine elektrische Maschine weist einen Läufer (3) und einen Ständer (2) auf. Der Läufer (3) ist um eine Rotationsachse (4) drehbar. Der Ständer (2) ist derart angeordnet, dass er die Rotationsachse (4) umgibt. Er wird mittels eines flüssigen Kühlmediums gekühlt. Die Leitungen (5) für das Kühlmedium sind dabei starr und auf den Ständer (2) selbst aufgebracht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Läufer und einem die Rotationsachse umgebend angeordneten, mittels eines flüssigen Kühlmediums gekühlten Ständer.
Derartige elektrische Maschinen sind allgemein bekannt.
Elektrische Maschinen sind als flüssigkeitsgekühlte (meist wassergekühlte) Maschinen insbesondere deshalb von Vorteil, weil bei dieser Art elektrischer Maschinen eine sehr effiziente Kühlung bewerkstelligt werden kann und damit insbesondere auch eine kompakte Maschinenauslegung möglich ist. Eine kompakte Maschinenauslegung ist für verschiedene Anwendungen besonders vorteilhaft, beispielsweise bei Fahrzeugantrieben. Darüber hinaus sind flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen auch besonders geräuscharm, da kein Lüfter erforderlich ist.
Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen werden im Stand der Technik mit Gehäusen ausgeführt, die einen Wassermantel einschließen. Durch den Wassermantel wird Kühlwasser gepumpt, wodurch die in der elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme abgeführt wird.
Das Gehäuse derartiger elektrischer Maschinen ist meist aus mehreren Teilen aufgebaut, wobei mindestens ein Teil mit spiralförmigen Nuten versehen ist, welche im Zusammenwirken mit einem anderen Gehäuseteil geschlossene Führungskanäle für das Kühlwasser bilden.
Die Art der Konstruktion der flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschinen des Standes der Technik weist mehrere Nachteile auf.
So wird beispielsweise die Wärme indirekt abgeführt. Es muss also zunächst die entstehende Verlustwärme über den Kontakt des Ständerblechpaketes in das Gehäuse abgeführt werden, erst danach kann die Wärme von dem in den Kühlkanälen fließenden Kühlwasser aufgenommen werden.
Weiterhin ist die Konstruktion des Standes der Technik fertigungstechnisch sehr umständlich, da sowohl die Einzelteile des Gehäuses als auch das zusammengesetzte Gehäuse mehrfach aufwändig mechanisch bearbeitet werden müssten. Als Folge davon erhöhen sich die Kosten der elektrischen Maschine.
Bei anderen Ausführungsformen von wassergekühlten elektrischen Maschinen wird versucht, die Kühlkanäle als eingegossene Rohre auszubilden. Auch diese Vorgehensweise hat sich in der Vergangenheit aber als störanfällig und teuer erwiesen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine konstruktiv einfach aufgebaute elektrische Maschine zu schaffen, bei der eine einfache, zuverlässige und effiziente Flüssigkeitskühlung realisiert ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf den Ständer selbst starre Leitungen für das Kühlmedium aufgebracht sind.

Diese Art der Kühlung der elektrischen Maschine ist zunächst effizient, weil die im Ständer entstehende Verlustwärme direkt auf die Leitungen für das Kühlmedium abgeführt werden kann. Sie ist weiterhin auch einfach und zuverlässig, weil die Leitungen als solche vorab gefertigt werden können und dann nur noch die fertigen Leitungen auf den Ständer aufgebracht werden müssen.

Vorzugsweise weist jede der Leitungen für sich gesehen einen konstanten Abstand von der Rotationsachse auf. Denn dadurch ergibt sich eine einfachere Leitungsführung.

In der Regel sind der Ständer als Außenständer und der Läufer als Innenläufer ausgebildet und die Leitungen am Außenumfang des Ständers angeordnet. Denn dadurch ergibt sich eine gute Zugänglichkeit der Rohrleitungen, beispielsweise zu Wartungs- und Inspektionszwecken. Auch das Aufbringen auf den Ständer ist einfacher.

Die Fertigung des Ständers der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist besonders einfach, wenn die Leitungen in einer der Hauptrichtungen eines auf die Rotationsachse bezogenen zylindrischen Koordinatensystems verlaufen. Die Hauptrichtung, in welcher die Leitungen verlaufen, kann dabei alternativ die Axialrichtung oder die Tangentialrichtung des zylindrischen Koordinatensystems sein.

Wenn der Ständer Vertiefungen aufweist und die Leitungen in den Vertiefungen angeordnet sind ergibt sich quasi von selbst eine Führung für die Leitungen. Darüber hinaus sind in diesem Fall die Leitungen in begrenztem Umfang vor versehentlichen mechanischen Einwirkungen geschützt.

Wenn die Leitungen die Vertiefungen, in Richtung der Leitungen gesehen, im Querschnitt zumindest im Wesentlichen ausfüllen, ergibt sich eine besonders gute Wärmeabfuhr.

Zum Ausfüllen der Vertiefungen durch die Leitungen ist es von besonders großem Vorteil, wenn die Leitungen in die Vertiefungen eingewalzt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Leitungen in Radialrichtung druckbeaufschlagt sind oder in Tangentialrichtung zug- oder druckbeaufschlagt sind.

Das Einwalzen der Leitungen in die Vertiefungen und die Druckbeaufschlagung in Radialrichtung sind dabei unabhängig von der konkreten Art der Leitungsführung möglich. Eine Zugbeaufschlagung in Tangentialrichtung ist nur dann sinnvoll, wenn die Leitungen am Außenumfang des Ständers angeordnet sind und in Tangentialrichtung verlaufen oder die Richtung der Leitungen zumindest eine Tangentialkomponente aufweist. Eine Druckbeaufschlagung in Tangentialrichtung ist nur dann sinnvoll, wenn die Leitungen am Innenumfang des Ständers angeordnet sind und in Tangentialrichtung verlaufen bzw. zumindest eine in Tangentialrichtung verlaufende Komponente aufweisen.

Der Ständer besteht, wie im Stand der Technik auch, aus einem sich in Richtung der Rotationsachse erstreckenden Stapel von Ständerblechen. Zur Realisierung von in Tangentialrichtung verlaufenden Vertiefungen ist es beispielsweise möglich, dass die Ständerbleche jeweils entweder eine größere oder eine kleinere Blechfläche aufweisen und die Ständerbleche mit kleinerer Blechfläche und die Ständerbleche mit größerer Blechfläche gruppenweise alternieren. Zur Realisierung von in Axialrichtung verlaufenden Vertiefungen ist bevorzugt, dass die Ständerbleche alle die gleiche Blechfläche aufweisen und die Vertiefungen in die Ständerbleche eingebracht sind. Das Einbringen der Vertiefungen in die Ständerbleche kann dabei beispielsweise durch Ausstanzen, insbesondere in Verbindung mit dem Ausstanzen der Ständerbleche als solcher, erfolgen.

Die Leitungen können als im Wesentlichen kreisförmige Rohre ausgebildet sein. Sie können aber auch einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufweisen. Auch können sie einen länglichen Querschnitt aufweisen, der an seinen Schmalseiten abgerundet ist. Sie bestehen vorzugsweise aus einem Metall, z.B. aus Kupfer oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff.

Die Leitungen können auf verschiedene Art und Weise hergestellt worden sein. Vorzugsweise sind die Leitungen aber als extrudiertes oder stranggepresstes Profil ausgebildet.

Die Leitungen können einzelne Leitungen sein, die auch einzeln an einen Kühlmediumkreislauf angeschlossen sind. Sie können aber auch zu mäanderartig ausgebildeten Gruppen zusam mengefasst sein. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einer axialen Ausrichtung der Leitungen sinnvoll.

Eine Wasserkühlung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die elektrische Maschine als elektrische Großmaschine ausgebildet ist. Derartige elektrische Großmaschinen werden oftmals insbesondere als Fahrzeugantriebe verwendet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:
1 schematisch eine elektrische Maschine,
2 schematisch eine mögliche erste Ausgestaltung des Ständers der elektrischen Maschine von 1,
3 ein Detail des Ständers von 2,
4 einen Schnitt durch den Ständer von 2 längs einer Linie IV-IV in 2,
5 ein weiteres Detail des Ständers von 2,
6 eine alternative Ausgestaltung der Leitungen bei dem Ständer von 2,
7 schematisch eine mögliche zweite Ausgestaltung des Ständers der elektrischen Maschine von 1,
8 einen Teilschnitt durch den Ständer von 7 längs einer Linie VIII-VIII in 7,
9 ein Detail des Ständers von 7 vor dem Einwalzen von Leitungen,
10 die Darstellung von 9 nach dem Einwalzen der Leitungen,
11 eine Seitenansicht des Ständers von 7 und
12 schematisch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Gemäß 1 weist eine elektrische Maschine ein Gehäuse 1 auf, in dem gehäusefest ein Ständer 2 angeordnet ist. In dem Gehäuse 1 ist ferner ein Läufer 3 derart gelagert, dass er um eine Rotationsachse 4 drehbar ist.
Der Ständer 2 ist ersichtlich als Außenständer 2 ausgebildet, der Läufer 3 als Innenläufer 3. Dementsprechend umgibt der Ständer 2 den Läufer 3. Unabhängig von der Ausbildung des Ständers 2 als Außenständer 2 umgibt der Ständer 2 aber zumindest die Rotationsachse 4.
Gemäß 1 ist die elektrische Maschine beispielhaft als elektrische Großmaschine ausgebildet. Sie erfüllt daher mindestens eines der nachfolgenden Kriterien:

– Ihre Leistungsaufnahme bzw. -abgabe P beträgt mindestens 1 MW.
– Die Länge l des Gehäuses 1 beträgt mindestens 100 cm.
– Der Durchmesser d des Gehäuses 1 beträgt mindestens 75 cm.
– Das vom Gehäuse 1 umgebene Volumen V beträgt mindestens 0,5 m³.

Meist sind sogar mehrere der oben genannten Kriterien erfüllt, oftmals sogar alle der oben genannten Kriterien. Die elektrische Maschine kann aber auch kleiner dimensioniert sein.
Wie in 1 schematisch angedeutet ist, sind auf den Ständer 2 selbst starre Leitungen 5 für ein flüssiges Kühlmedium aufgebracht. Gemäß der Darstellung im oberen Teil von 1 laufen die Leitungen 5 dabei tangential um die Rotationsachse 4 um, gemäß der Darstellung im unteren Teil von 1 verlaufen sie parallel zur Rotationsachse 4. Der Ständer 2 ist mittels des flüssigen Kühlmediums (in der Regel Wasser) kühlbar. Der Ständer 2 ist also als flüssigkeitsgekühlter Ständer 2 ausgebildet.
Wie in 1 angedeutet ist und im Übrigen auch aus den anderen FIG ersichtlich ist, sind die Leitungen 5 am Außenumfang des Ständers 2 auf den Ständer aufgebracht. Prinzipiell könnten die Leitungen 5 aber auch am Innenumfang des Ständers 2 oder an den Stirnseiten des Ständers 2 angeordnet sein.
2 zeigt nun detaillierter eine mögliche erste Ausgestaltung des Ständers 2 der elektrischen Maschine von 1. Gemäß 2 weist der Ständer Vertiefungen 6 auf, die am Außenumfang des Ständers 2 tangential um die Rotationsachse 4 umlaufen. Die Vertiefungen 6 werden dabei wie folgt hergestellt:
Der Ständer 2 besteht aus einem Stapel von Ständerblechen 7', 7''. Der Stapel erstreckt sich in Richtung der Rotationsachse 4. Diese Ausgestaltung ist allgemein üblich und auch in 3 so dargestellt. Auch die Verbindung der einzelnen Ständerbleche 7', 7'' miteinander zu dem Stapel, beispielsweise durch Schweißen, Klammern oder dergleichen, ist so ausgeführt, wie dies im Stand der Technik allgemein üblich ist.
Die Ständerbleche 7', 7'' weisen – siehe 4 – alle gleiche Innenabmessungen r1, r2 auf. Die Ständerbleche 7', welche die Vertiefungen 6 bilden, weisen aber eine geringere Außenabmessung R1 auf als die Ständerbleche 7'', welche zwischen den Vertiefungen 6 angeordnet sind. Diese weisen eine größere Außenabmessung R2 auf.
Die Ständerbleche 7' mit der kleineren Außenabmessung R1 (und damit auch der kleineren Blechfläche) sind jeweils zu Gruppen mit 50 bis 500 Ständerblechen 7' zusammengefasst. Ebenso sind die Ständerbleche 7'' mit der größeren Außenabmessung R2 (und damit der größeren Blechfläche) jeweils zu Gruppen mit 50 bis 500 Ständerblechen 7'' zusammengefasst. Die Anzahlen dieser beiden Arten von Gruppen müssen dabei nicht notwendigerweise gleich sein. Es ist aber möglich, dass sie gleich sind. Die Vertiefungen 6 werden dann dadurch gebildet, dass die Ständerbleche 7' mit kleinerer Blechfläche und die Ständerbleche 7'' mit größerer Blechfläche gruppenweise alternieren.
Die Leitungen 5 sind dann – siehe die 2, 4 und 5 – in den Vertiefungen 6 angeordnet. Sie sind dabei vorzugsweise derart dimensioniert, dass sie, in Richtung der Leitungen 5 gesehen, die Vertiefungen 6 im Querschnitt zumindest im Wesentlichen ausfüllen, insbesondere flächig an den Ständerblechen 7' anliegen.
Je nach Anzahl der Ständerbleche 7' mit kleiner Blechfläche pro Gruppe können die Leitungen 5 verschiedene Querschnitte aufweisen. Bei der Ausgestaltung gemäß den 2 bis 5 beispielsweise weisen die Leitungen 5 vorzugsweise den dargestellten länglichen Querschnitt auf, der an seinen Schmalseiten abgerundet ist. Bei entsprechend kleinerer Anzahl an Ständerblechen 7' mit kleinerer Blechfläche könnten die Leitungen 5 aber auch als (vollständig oder zumindest im Wesentlichen) kreisförmige Rohre ausgebildet sein. Weiterhin können die Leitungen 5 – siehe 6 – auch einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufweisen. Die „Sehne", also der gerade Abschnitt des D-förmigen Querschnitts, kann dabei alternativ am Ständer 2 anliegen oder von ihm abgewandt sein.
Gemäß 4 sind die Leitungen 5 in Tangentialrichtung zugbeaufschlagt. Alternativ könnten sie auch, wie in 4 gestrichelt dargestellt, mittels Metallbändern 8 in Radialrichtung druckbeaufschlagt sein. In diesen beiden Fällen erfolgt nach dem Einlegen der Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 keine Verformung der Leitungen 5. In diesen beiden Fällen sollte die Sehne des Querschnitts daher dem Ständer 2 zugewandt sein, wenn ein derartiger Querschnitt verwendet wird.
Es ist aber auch möglich, zunächst runde, insbesondere kreisförmige, Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 einzulegen, wobei die Leitungen 5 derart dimensioniert sind, dass sie die Vertiefungen 6 noch nicht vollständig ausfüllen und über den oberen Rand der Vertiefungen 6 geringfügig überstehen. Wenn dann nach dem Einlegen der Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 die Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 eingewalzt werden, werden dadurch die Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 eingedrückt, so dass sie den Querschnitt der Vertiefungen 6 vollständig ausfüllen. Gleichzeitig bildet sich auf der vom Stän der 2 abgewandten Seite der Leitungen 5 automatisch die Sehne des dann D-förmigen Querschnitts aus.
Unabhängig von der konkreten Art der Verbindung der Leitungen 5 mit dem Ständer 2 entsteht aber ein inniger flächiger Kontakt der Leitungen 5 zumindest zu den Ständerblechen 7' mit kleiner Blechfläche, so dass über diese die Wärmeabfuhr aus dem Ständer 2 erfolgen kann.
Zur Optimierung der Wärmeabfuhr sollten die Leitungen 5 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen. Das Material sollte vorzugsweise aber antimagnetisch sein. Diese beiden Anforderungen werden von einer Vielzahl von Metallen erfüllt, insbesondere von Kupfer und Aluminium. Diese beiden Metalle werden daher als Leitungsmaterial bevorzugt. Alternativ könnten die Leitungen 5 aber auch aus einem Kunststoff bestehen.
Die Leitungen 5 können auf verschiedene Art und Weise hergestellt sein. Vorzugsweise sind sie aber durch Extrudieren oder Strangpressen eines entsprechenden Profils hergestellt. Dies gilt insbesondere, wenn die Leitungen 5 einen länglichen Querschnitt aufweisen, der an seinen Schmalseiten abgerundet ist (siehe 4). Prinzipiell ist diese Art der Herstellung aber auch bei den anderen Leitungsquerschnitten, also dem zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt oder dem D-förmigen Querschnitt, denkbar und möglich.
Bei der obenstehend in Verbindung mit den 2 bis 6 beschriebenen ersten Ausführungsform des Ständers 2 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weisen die Leitungen 5 – jeweils für sich gesehen – eine konstanten Abstand von der Rotationsachse 4 auf. Weiterhin verlaufen die Leitungen 5 in einer der Hauptrichtungen eines zylindrischen Koordinatensystems, das auf die Rotationsachse 4 bezogen ist, nämlich in der Tangentialrichtung des zylindrischen Koordinatensystems.
Es sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich. So könnten insbesondere die Leitungen 5 auch helixartig auf die Außenseite des Ständers 2 aufgebracht sein; also helixartig um die Rotationsachse 4 umlaufen. Auch dann würden die Leitungen 5 – jeweils für sich gesehen – einen konstanten Abstand von der Rotationsachse aufweisen. Weiterhin ist es möglich, dass die Leitungen 5 in Axialrichtung verlaufen, also parallel zur Rotationsachse 4 des Läufers 3. Diese zweite Ausführungsform des Ständers 2 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wird nachfolgend – zunächst in Verbindung mit den 7 bis 10 – näher erläutert. Bereits vorab sei aber darauf hingewiesen, dass auch in diesem Fall die Leitungen 5 – jeweils für sich gesehen – einen konstanten Abstand von der Rotationsachse 4 aufweisen und in einer der Hauptrichtungen des zylindrischen Koordinatensystems verlaufen, nämlich der Axialrichtung.
Auch bei der zweiten Ausführungsform des Ständers 2 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weist der Ständer 2 – siehe 7 – Vertiefungen 6 auf, in denen die Leitungen 5 angeordnet sind. Die Vertiefungen 6 verlaufen bei dieser Ausführungsform aber selbstverständlich axial, also parallel zur Rotationsachse 4. Sie werden vorzugsweise wie folgt erzeugt:
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform besteht auch bei der zweiten Ausführungsform der Ständer 2 aus einem Stapel von Ständerblechen 7, wobei der Stapel sich in Richtung der Rotationsachse 4 erstreckt. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform weisen die in 8 dargestellten Ständerbleche 7 aber alle die gleiche Blechfläche auf. Die Vertiefungen 6 sind in diesem Fall in die Ständerbleche 7 eingebracht, und zwar für alle Ständerbleche 7 bei der gleichen Radial- und Tangentialposition. Das Einbringen der Vertiefungen 6 in die Ständerbleche 7 kann dabei durch Ausstanzen erfolgen. Das Ausstanzen kann wiederum als gemeinsamer Stanzvorgang zusammen mit dem eigentlichen Ausstanzen der Ständerbleche 7 aus einem größeren Blech erfolgen.
Die Vertiefungen 6 sind, wie bereits erwähnt, bei der zweiten Ausführungsform des Ständers 2 bei allen Ständerblechen 7 an den gleichen Positionen angeordnet. Die aneinander angereihten Ständerbleche 7 bilden daher – siehe 9 und 10 – axial durchgehende Vertiefungen 6, in welche die Leitungen 5 eingebracht sind.
Zum Einbringen der Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 werden in die Vertiefungen 6 vorzugsweise Leitungen 5 eingelegt, welche zunächst als kreisförmige bzw. zumindest im Wesentlichen kreisförmige Rohre ausgebildet sind. Danach werden die Leitungen 5 in die Vertiefungen 6 eingewalzt. Durch das Einwalzen füllen die Leitungen 5 die Vertiefungen 6 (in Richtung der Leitungen 5 gesehen) im Querschnitt vollständig aus und schließen bündig mit den Ständerblechen 7 ab. Weiterhin entsteht durch das Einwalzen ein inniger form- und kraftschlüssiger Kontakt der Leitungen 5 mit den Ständerblechen 7. Die Leitungen 5 weisen nach dem Einwalzen einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt auf (siehe 10), wobei die Sehne des D-förmigen Querschnitts vom Ständer 2 angewandt ist.
Prinzipiell sind auch andere Befestigungsmöglichkeiten für die Leitungen 5 in den Vertiefungen 6 möglich. Beispielsweise könnten die Leitungen 5, wie in den 10 und 11 gestrichelt angedeutet, von Metallbändern 8 umgeben sein, mittels derer die Leitungen 5 in Radialrichtung druckbeaufschlagt werden. In diesem Fall können die Leitungen 5 auch einen anderen als einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere können sie als im Wesentlichen oder vollständig kreisförmige Rohre ausgebildet sein oder einen länglichen Querschnitt aufweisen, der an seinen Schmalseiten abgerundet ist. Sie können sogar, einen entsprechenden Querschnitt der Vertiefungen 6 vorausgesetzt, weiterhin einen D-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei dann allerdings die Sehne des D-förmigen Querschnitts dem Ständer 2 zugewandt sein sollte.
Vorzugsweise sind die Vertiefungen 6 – siehe 8 – derart ausgebildet, dass sie in ihrem radial äußeren Bereich eine geringfügig geringere offene Weite w aufweisen als in ihrem radial inneren Bereich. Denn dadurch sind die Leitungen 5 nach dem Einwalzen in die Vertiefungen 6 unverlierbar in den Vertiefungen 6 gesichert, ähnlich einer Schwalbenschwanzverbindung.
Bezüglich des Materials und des Herstellungsverfahrens für die Leitungen 5 gelten die obenstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erfolgten Aussagen auch für die zweite Ausführungsform. Die Leitungen 5 können also insbesondere als extrudiertes oder stranggepresstes Profil ausgebildet sein und bestehen vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden, antimagnetischen Material, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium.
In der Regel ist sowohl bei der ersten Ausführungsform (2 bis 6) als auch bei der zweiten Ausführungsform (7 bis 10) pro Leitung 5 je ein eigener Zuleitungsanschluss und je ein eigener Ableitungsanschluss vorhanden, mittels derer die Leitungen 5 in einen Kühlmittelkreislauf eingebunden sind. Insbesondere bei der zweiten Ausführungsform ist es in der Modifikation gemäß 11 aber auch möglich, dass die Leitungen 5 zu Gruppen zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe mäanderartig ausgebildet bzw. gewendelt ist. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Zu- und der Ableitungsanschluss für die jeweilige Gruppe auf der gleichen Stirnseite der elektrischen Maschine anordenbar sind.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist, wie bereits erwähnt, vorzugsweise als elektrische Großmaschine ausgebildet. Derartige elektrische Großmaschinen sind prinzipiell universell einsetzbar, z.B. als Generator eines Kraftwerks oder als stationärer Antrieb z.B. bei Seilbahnen, Aufzügen usw.. Vorzugsweise aber ist die elektrische Maschine gemäß 12 – dort mit dem Bezugszeichen 9 versehen – in einem Fahrzeug 10 angeordnet, beispielsweise einer Lokomotive 10. Die elektrische Maschine 9 wird also gemäß 12 als Fahrzeugantrieb verwendet. Die elektrische Maschine 9 ist aber auch bei anderen Fahrzeugen einsetzbar, insbesondere bei Schiffen und Unterseebooten.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Maschine bzw. von deren Kühlkreislauf ermöglicht insbesondere eine kompakte, kostengünstige Maschinenauslegung bei gleichzeitig sehr effizienter und zuverlässiger Wärmeabfuhr. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung – im Gegensatz zu den wassergekühlten elektrischen Maschinen des Standes der Technik – auch bei gehäuselosen Maschinen einsetzbar.

Claims

Elektrische Maschine mit einem um eine Rotationsachse (4) drehbaren Läufer (3) und einem die Rotationsachse (4) umgebend angeordneten, mittels eines flüssigen Kühlmediums gekühlten Ständer (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf den Ständer (2) selbst starre Leitungen (5) für das Kühlmedium aufgebracht sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Leitungen (5) für sich gesehen einen konstanten Abstand von der Rotationsachse (4) aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) als Außenständer (2) und der Läufer (3) als Innenläufer (3) ausgebildet sind und dass die Leitungen (5) am Außenumfang des Ständers (2) angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) in einer der Hauptrichtungen eines auf die Rotationsachse (4) bezogenen zylindrischen Koordinatensystems verlaufen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptrichtung die Axialrichtung des zylindrischen Koordinatensystems ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptrichtung die Tangentialrichtung des zylindrischen Koordinatensystems ist.
Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) Vertiefungen (6) aufweist und dass die Leitungen (5) in den Vertiefungen (6) angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) die Vertiefungen (6), in Richtung der Leitungen (5) gesehen, im Querschnitt zumindest im Wesentlichen ausfüllen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) in die Vertiefungen (6) eingewalzt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) in Radialrichtung druckbeaufschlagt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) in Tangentialrichtung zug- oder druckbeaufschlagt sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) aus einem sich in Richtung der Rotationsachse (4) erstreckenden Stapel von Ständerblechen (7', 7'') besteht, dass die Ständerbleche (7', 7'') jeweils entweder eine größere oder eine kleinere Blechfläche aufweisen und dass die Ständerbleche (7') mit kleinerer Blechfläche und die Ständerbleche (7'') mit größerer Blechfläche gruppenweise alternieren.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) aus einem sich in Richtung der Rotationsachse (4) erstreckenden Stapel von Ständerblechen (7) besteht, dass die Ständerbleche (7) alle die gleiche Blechfläche aufweisen und dass die Vertiefungen (6) in die Ständerbleche (7) eingebracht sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (6) als Ausstanzungen der Ständerbleche (7) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) als im Wesentlichen kreisförmige Rohre (5) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufweisen.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) einen länglichen Querschnitt aufweisen, der an seinen Schmalseiten abgerundet ist.
Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) aus einem Metall, z.B. aus Kupfer oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff bestehen.
Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) als extrudiertes oder stranggepresstes Profil ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) zu mäanderartig ausgebildeten Gruppen zusammengefasst sind.
Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als elektrische Großmaschine ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Fahrzeugantrieb verwendet wird.