DE102014002278A1

DE102014002278A1 - Kühlmantel mit einer Nuteneinheit,durch die ein Kühlmedium fließt, Stator miteinem Kühlmantel, und rotierende elektrische Maschine mit einem Kühlmantel

Info

Publication number: DE102014002278A1
Application number: DE102014002278.1A
Authority: DE
Inventors: Yohei Arimatsu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-08-28
Also published as: CN104009562B; JP5642821B2; CN104009562A; US20140241865A1; JP2014166067A; CN203813545U; US9297273B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmantel, der ermöglicht, die Herstellungseffizienz zu verbessern. Der Kühlmantel umfasst einen rohrförmigen Hauptkörper mit einer ersten Stirnfläche und einer zweiten Stirnfläche, sowie eine Nuteneinheit die einen Strömungskanal eines Kühlmediums definiert und die axial fortlaufend auf einem Außenumfang des Hauptkörpers angeordnet ist. Der Kühlmantel umfasst zwischen einem ersten Endabschnitt der Nuteneinheit auf der axialen Rückseite des Hauptkörpers und der ersten Stirnfläche des Hauptkörpers keinen radial außerhalb vom Grund der Nuteneinheit liegenden Abschnitt.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlmantel mit einer Nuteneinheit durch die ein Kühlmedium fließt, um einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine zu kühlen, einen den Kühlmantel aufweisenden Stator und eine den Kühlmantel aufweisende rotierende elektrische Maschine.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Beim Antreiben einer rotierenden elektrischen Maschine, wie zum Beispiel ein Elektromotor oder ein elektrischer Generator, erzeugt ein Stator Wärme aufgrund von Faktoren wie Eisenverlust und dergleichen. Es ist eine Ausgestaltung bekannt, bei der in einer rotierenden elektrischen Maschine ein Kühlmantel mit einer Nut, die einen Strömungskanal definiert, durch den ein Kühlmedium fließt, in die radiale Außenseite des Stators eingepasst wird, um einen Stator zu kühlen, der Wärme erzeugt hat (Verwiesen wird, zum Beispiel, auf die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-15578 ).
Bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem wie oben beschriebenen Kühlmantel ist es insbesondere wünschenswert, die Effizienz bei der Herstellung des Kühlmantels zu verbessern.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kühlmantel einen rohrförmigen Hauptkörper mit einer ersten Stirnfläche einer axialen Rückseite und einer zweiten Stirnfläche einer axialen Vorderseite, wobei der Hauptkörper auf einer radialen Außenseite eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist; und eine Nuteneinheit, die einen Strömungskanal eines Kühlmediums definiert, der axial fortlaufend auf einem äußeren Umfang des Hauptkörper angeordnet ist, wobei der Kühlmantel zwischen einem ersten Endabschnitt der Nuteneinheit auf der axialen Rückseite des Hauptkörpers und der ersten Stirnfläche des Hauptkörpers keinen radial außerhalb vom Grund der Nuteneinheit liegenden Abschnitt umfasst.
Der Kühlmantel kann zwischen dem ersten Endabschnitt der Nuteneinheit und der ersten Stirnfläche des Hauptkörpers einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich umfassen, der einen äußeren Radius aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen dem Grund der Nuteneinheit und einer Mittelachse des Hauptkörpers.
Der Kühlmantel kann zwischen einem zweiten Endabschnitt der Nuteneinheit an der axialen Vorderseite des Hauptkörpers und der zweiten Stirnfläche des Hauptkörpers einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich umfassen, der einen äußeren Radius aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als der radiale Abstand zwischen dem Grund der Nuteneinheit und der Mittelachse des Hauptkörpers.
Der Kühlmantel kann zwischen dem zweiten Endabschnitt der Nuteneinheit an der axialen Vorderseite des Hauptkörpers und der zweiten Stirnfläche des Hauptkörpers einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich mit einem äußeren Radius umfassen, der größer ist als der radiale Abstand zwischen dem Grund der Nuteneinheit und der Mittelachse des Hauptkörpers.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kühlmantel einen rohrförmigen Hauptkörper mit einer ersten Stirnfläche einer axialen Rückseite und einer zweiten Stirnfläche einer axialen Vorderseite, wobei der Hauptkörper auf einer radialen Außenseite eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist; und eine Nuteneinheit, die einen Strömungskanal eines Kühlmediums definiert, der axial fortlaufend auf einem äußeren Umfang des Hauptkörper angeordnet ist, wobei sich die Nuteneinheit mindestens bis entweder zur ersten Stirnfläche oder zur zweiten Stirnfläche des Hauptkörpers erstreckt.
Die Nuteneinheit kann sich spiralförmig axial fortlaufend auf dem Hauptkörper erstrecken. Die Nuteneinheit kann ferner eine mehrgängige Nuteneinheit sein. Die Nuteneinheit kann ferner durch Wälzfräsen gebildet werden.
In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Stator den vorgenannten Kühlmantel. In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine rotierende elektrische Maschine den vorgenannten Stator.
In einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlmantels, der auf einer radialen Außenseite eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine angeordnet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anfertigen eines rohrförmigen Hauptkörpers, der eine erste Stirnfläche einer axialen Rückseite und eine zweite Stirnfläche einer axialen Vorderseite aufweist; Rotieren des Hauptkörpers um eine Mittelachse des Hauptkörpers; Andrücken eines rotierenden Wälzfräsers gegen einen Außenumfang des Hauptkörpers; und axiales Bewegen des rotierenden Wälzfräsers relativ zum Hauptkörper zwischen einem ersten Endabschnitt der axialen Rückseite des Hauptkörpers und einem zweiten Endabschnitt der axialen Vorderseite des Hauptkörpers, um eine Nuteneinheit zu bilden, die einen Strömungskanal eines Kühlmediums definiert, wobei die Nuteneinheit axial fortlaufend auf dem Außenumfang des Hauptkörpers angeordnet wird.
Das Herstellungsverfahren kann ferner den Schritt umfassen, den Hauptkörper vor Anpressen des rotierenden Wälzfräsers von der ersten Stirnfläche des Hauptkörpers bis zu einer vorgegebenen axialen Position zu zerspanen, um einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich auszubilden, der einen äußeren Radius aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen einem Grund der Nuteneinheit und einer Mittelachse des Hauptkörpers.
Das Herstellungsverfahren kann ferner den Schritt umfassen, den Hauptkörper nach Ausbildung der Nuteneinheit von der ersten Stirnfläche des Hauptkörpers bis zu einer vorgegebenen axialen Position zu zerspanen, um einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich auszubilden, der einen äußeren Radius aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als der radiale Abstand zwischen dem Grund der Nuteneinheit und der Mittelachse des Hauptkörpers.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorgenannten oder andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Seitenansicht eines in 1 dargestellten Kühlmantels;
3 zeigt eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Kühlmantels;
4 zeigt ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Herstellen eines Kühlmantels;
5 zeigt eine Ansicht des Ablaufs der Ausbildung einer Nuteneinheit in einem Kühlmantel;
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Elektromotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Seitenansicht eines in 6 dargestellten Kühlmantels;
8 zeigt eine Querschnittsansicht des in 6 dargestellten Kühlmantels;
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Elektromotors gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine Seitenansicht eines in 9 dargestellten Kühlmantels;
11 zeigt eine Querschnittsansicht des in 9 dargestellten Kühlmantels;
12 zeigt eine Seitenansicht eines Kühlmantels gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
13 zeigt eine Seitenansicht eines Kühlmantels gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Zunächst wird mit Bezug auf 1 eine Ausgestaltung eines Elektromotors 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird die axiale Mittenrichtung einer Rotationswelle oder eines Elektromotors als axiale Richtung bezeichnet, und die linke Seite der Blattebene und die rechte Seite der Blattebene von 1 werden als axiale Vorderseite beziehungsweise axiale Rückseite bezeichnet.
Der Elektromotor 100 umfasst ein Gehäuse 102 mit einem säulenartigen Innenraum 101, einen am Innenraum 101 des Gehäuses befestigten Stator 103, einen an der radialen Innenseite des Stators 103 rotierbar angeordneten Rotor 104 und eine am Rotor 104 an der radialen Innenseite des Rotors 104 befestigte Rotationswelle 105.
Das Gehäuse 102 umfasst einen Stirnwandabschnitt 106, der sich in einem axialen hinteren Ende befindet, und einen zylindrischen Seitenwandabschnitt 107, der sich in Richtung einer axialen Vorderseite des Stirnwandabschnitts 106 erstreckt. Der Stirnwandabschnitt 106 umfasst eine Ausnehmung 109 die so angeordnet ist, dass sie von einer Stirnfläche 108 der axialen Vorderseite des Stirnwandabschnitts 106 nach innen ausgespart ist, sowie eine koaxial zur Ausnehmung 109 angeordnete Bohrung 110, die den Stirnwandabschnitt 106 durchdringt. Der Seitenwandabschnitt 107 umfasst einen Kühlmediumeinlass 111 zur Aufnahme eines Zulaufs eines Kühlmediums, und einen Kühlmediumauslass 112 zum Abführen des Kühlmediums. Der Kühlmediumeinlass 111 ist mit einer (nicht dargestellten) Versorgungsquelle des Kühlmediums verbunden, und das Kühlmedium wird von der Versorgungsquelle über den Kühlmediumeinlass 111 in den Elektromotor 100 eingeführt. Der Kühlmediumauslass 112 ist weiterhin mit einer (nicht dargestellten) Rückgewinnungseinheit für das Kühlmedium verbunden, und das Kühlmedium wird vom Elektromotor 100 über den Kühlmediumauslass 112 abgeführt. Der Kühlmediumeinlass 111 und der Kühlmediumauslass 112 werden später beschrieben.
In einem Endabschnitt der axialen Vorderseite des Seitenwandabschnitts 107 des Gehäuses 102 ist eine ringförmige Ausnehmung 114 ausgebildet, die von einem inneren Umfang 113 des Seitenwandabschnitts radial nach außen ausgespart ist. Eine scheibenförmige Endplatte 115 ist in die Ausnehmung 114 eingepasst, um den Innenraum 101 abzudichten. Der Innenraum 101 wird durch den Stirnwandabschnitt 106 und den Seitenwandabschnitt 107 des Gehäuses 102 und die Endplatte 115 definiert.
Die Endplatte 115 umfasst eine Ausnehmung 117 die so angeordnet ist, dass sie von einer Stirnfläche 116 einer axialen Rückseite der Endplatte 115 nach innen ausgespart ist, sowie eine koaxial zur Ausnehmung 117 angeordnete Bohrung 118, die die Endplatte 115 durchdringt. Die Endplatte 115 ist mit einem Befestigungsmittel, wie einer Schraube, an dem Seitenwandabschnitt 107 des Gehäuses 102 befestigt.
Die Rotationswelle 105 ist ein säulenartiges Teil, das axial verläuft und einen axialen Mitte O₁ besitzt. Die Rotationswelle 105 ist so ausgestaltet, dass sie durch die Bohrung 110 des Stirnwandabschnitts 106 in der axialen Rückseite verläuft und drehbar durch ein in der Ausnehmung 109 des Stirnwandabschnitts 106 eingesetztes Lager 119 gelagert ist. Die Rotationswelle 105 ist weiterhin so ausgestaltet, dass sie durch die Bohrung 118 der Endplatte 115 in der axialen Vorderseite verläuft und drehbar durch ein in der Ausnehmung 117 der Endplatte 115 eingesetztes Lager 120 gelagert ist.
Ein Außenumfang der Rotationswelle 105 ist fest mit dem aus einem magnetischen Material bestehenden Rotor 104 versehen. Der Stator 103 ist auf der radialen Außenseite des Rotors 104 angeordnet. Eine Spule 121 ist um eine äußere Stirnfläche des Stators 103 gewickelt. Eine mit der Spule 121 elektrisch verbundene Stromleitung 122 ist aus dem Stator 103 herausgezogen und durch eine in der Endplatte 115 vorgesehenen Bohrung 123 mit einer (nicht dargestellten) außerhalb des Elektromotors 100 angeordneten Stromquelle verbunden.
Wenn Strom von der Stromquelle zur Spule 121 fließt, erzeugt der Stator 103 ein rotierendes Magnetfeld um die axiale Mitte O₁ herum. Das durch den Stator 103 erzeugte rotierende Magnetfeld bewirkt, dass der Rotor 104 eine umlaufende elektromagnetische Kraft aufnimmt, und der Rotor 104 rotiert zusammen mit der Rotationswelle 105.
Der Elektromotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Kühlmantel 200 zum Kühlen des Stators 103. Nachfolgend wird der Kühlmantel 200 ausführlich mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Wie in 2 und 3 dargestellt, umfasst der Kühlmantel 200 einen rohrförmigen Hauptkörper 201 mit einer Mittelachse O₂ und einer Nuteneinheit 203, die von einem Außenumfang 202 des Hauptkörpers 201 ausgehend radial nach innen ausgespart ausgebildet ist. Der Hauptkörper 201 wird beispielsweise unter Verwendung eines metallischen Materials hergestellt und umfasst eine erste Stirnfläche 2011 einer axialen Rückseite und eine zweite Stirnfläche 2012 einer axialen Vorderseite.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Nuteneinheit 203 mit einer achtgängigen Spiralnut ausgebildet, und die Nuten in der Nuteneinheit 203 mit insgesamt acht Gängen erstecken sich jeweils fortlaufend spiralförmig von einem ersten Nutenendabschnitt 204 der axialen Rückseite zu einem zweiten Nutenendabschnitt 205 der axialen Vorderseite. Insbesondere werden die Nuten in der Nuteneinheit 203 jeweils durch einen Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und Wandflächen von zwei vorstehenden, zueinander benachbarten Gängen 2032 definiert. Die hervorstehenden Gänge 2032 stehen jeweils vom Grund der Nuteneinheit 203 radial nach außen ab und erstrecken sich spiralförmig axial fortlaufend vom ersten Nutenendabschnitt 204 zum zweiten Nutenendabschnitt 205.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Nutenendabschnitt 204 durch ein axiales hinteres Ende des die Nuteneinheit 203 definierenden hervorstehenden Gangs 2032 definiert. In ähnlicher Weise wird der zweite Nutenendabschnitt 205 der Nuteneinheit 203 durch ein axiales vorderes Ende des die Nuteneinheit 203 definierenden hervorstehenden Ganges 2032 definiert. Die Nuten der Nuteneinheit 203 sind jeweils im Hauptkörper 201 umlaufend in gleichen Abständen angeordnet. Die Nuteneinheit 203 definiert einen Strömungskanal durch den ein Kühlmedium zum Kühlen des Stators 103 fließt. Die Funktionen des Kühlmantels werden später beschrieben.
Der Kühlmantel 200 ist in der Art einer Presspassung auf die radiale Außenseite des Stators 103 aufgebracht, so dass ein Innenumfang 2013 des Hauptkörpers 201 und ein Außenumfang 1031 des Stators 103 miteinander verpresst sind. Weiterhin ist der Kühlmantel 200 an der Endplatte 115 mit einem Befestigungsmittel, wie eine Schraube und dergleichen, befestigt.
Wie in 1 dargestellt, ist ein beispielsweise aus Gummi hergestellter O-Ring 124 zwischen dem Kühlmantel 200 und der Endplatte 115 angeordnet, um einen Spalt zwischen dem Kühlmantel 200 und der Endplatte 115 mit dem O-Ring 124 abzudichten. Weiterhin ist ein O-Ring 125 zwischen der Endplatte 115 und dem Stirnwandabschnitt 107 des Gehäuses 102 angeordnet, um einen Spalt zwischen der Endplatte 115 und dem Gehäuse 102 mit dem O-Ring 125 abzudichten.
Der Kühlmantel ist in dem Innenraum 101 eingesetzt, so dass der Außenumfang 202 des Hauptkörpers 201 und der Innenumfang 113 des Gehäuses 102 in Druckkontakt miteinander stehen. Dadurch definieren die im Kühlmantel 200 ausgebildete Nuteneinheit 203 und der Innenumfang 113 des Gehäuses 102 einen Strömungskanal 128, durch den ein Kühlmedium fließt.
In dem Kühlmantel 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Hauptkörper 201 einen ersten Endbereich 206, in welchem keine Nuteneinheit zwischen dem ersten Nutenendabschnitt 204 der Nuteneinheit 203 und der ersten Stirnfläche 2011 des Hauptkörpers 201 ausgebildet ist. Andererseits umfasst der Hauptkörper 201 einen zweiten Endbereich 207, in welchem keine Nuteneinheit zwischen dem zweiten Nutenendbereich 205 der Nuteneinheit 203 und der zweiten Stirnfläche 2012 des Hauptkörpers 201 ausgebildet ist.
Im ersten Endbereich 206 ist eine vom Außenumfang 2061 des ersten Endbereichs 206 radial nach innen ausgesparte Ausnehmung 208 ausgebildet, und die Ausnehmung 208 erstreckt sich umlaufend über den gesamten Umfang des Hauptkörpers 201. Wie in 1 dargestellt, ist im zusammengebauten Zustand des Elektromotors 100 der Kühlmantel 200 derart angeordnet, dass die Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201 und die axiale Mitte O₁ der Rotationswelle 105 einander entsprechen. Ein O-Ring 126 ist dann in der Ausnehmung 208 eingesetzt, um einen Spalt zwischen dem Kühlmantel 200 und dem Gehäuse 102 abzudichten.
Als nächstes werden mit Bezug auf 1 bis 3 die Vorgänge des Elektromotors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie oben beschrieben, erzeugt der Stator 103 fortschreitend Wärme, wenn der Elektromotor 100 durch Strom angetrieben wird, der von der Stromquelle zur Spule 121 fließt. In diesem Fall wird, um den Stator 103 zu kühlen, ein Kühlmedium von der Versorgungsquelle des Kühlmediums über den Kühlmitteleinlass 111 zum Stator eingeführt.
Das eingeführte Kühlmedium strömt in einen Raum 127, der zwischen dem Innenumfang 113 des Gehäuses 102 und einem Außenumfang 2071 des zweiten Endbereichs 207 des Hauptkörpers 201 definiert wird. Anschließend fließt das Kühlmedium axial zurück durch den Kühlmedium-Strömungskanal 128, der durch die Nuteneinheit 203 und dem Innenumfang 113 des Gehäuses 102 definiert wird.
Da, wie oben beschrieben, der Stator 103 in Druckkontakt mit dem Innenumfang 2013 des Kühlmantels 200 steht, wird die in dem Stator 103 erzeugte Wärme in den Kühlmantel 200 geleitet. Die Wärme, die an den Kühlmantel 200 geleitet wurde, wird durch das durch den Kühlmedium-Strömungskanal 128 fließende Kühlmedium abgeführt. Auf diese Weise kann der Stator 103 gekühlt werden, indem das Kühlmedium veranlasst wird, durch den Kühlmedium-Strömungskanal 128 zu fließen.
Das durch den Kühlmedium-Strömungskanal 128 geflossene Kühlmedium fließt dann in einen Raum 129, der zwischen dem Innenumfang 113 des Gehäuses 102 und dem Außenumfang 2061 des ersten Endbereichs 206 des Hauptkörpers 201 wird. Dann wird das Kühlmedium über den mit dem Raum 129 kommunizierenden Kühlmediumauslass 112 an die Kühlmittel-Wiedergewinnungseinheit abgeführt.
Der Außenumfang 2061 des ersten Endbereichs 206 ist so ausgebildet, dass ein Außenradius entsteht, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201. Ferner ist der Außenumfang 2071 des zweiten Endbereichs 207 so ausgebildet, dass ein Außenradius entsteht, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201.
Wie insbesondere in 3 dargestellt, wird der Außenradius des Außenumfangs 2061 des ersten Endbereichs 206 als D₁ bezeichnet, der Außenradius des Außenumfangs 2071 des zweiten Endbereichs 207 wird als D₂ bezeichnet und der radiale Abstand zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201 wird als D₃ bezeichnet. In diesem Fall sind D₁, D₂ und D₃ festgelegt, um die Beziehungen D₁ ≤ D₃ und D₂ ≤ D₃ zu erfüllen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Außenradien D₁ und D₂ des ersten Endbereichs 206 beziehungsweise des zweiten Endbereichs 207 im Wesentlichen gleich groß wie der oben genannte radiale Abstand D₃. Mit anderen Worten, die Beziehung D₁ ≈ D₂ ≈ D₃ ist hergestellt. Diese Ausgestaltung wird später beschrieben.
Als nächstes wird mit Bezug auf 2 bis 5 ein Verfahren zum Herstellen des Kühlmantels 200 beschrieben. In dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird die Nuteneinheit 203 des Hauptkörpers 201 durch Wälzfräsen ausgebildet. Zuerst wird im Schritt S1 der zylindrische Hauptkörper 201 einschließlich der ersten Stirnfläche 2011 und der zweiten Stirnfläche 2012 hergestellt. Im Schritt S2 wird der Hauptkörper dann in eine Wälzfräsmaschine eingelegt und um die Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201 rotiert.
Anschließend wird im Schritt S3 der Hauptkörper 201 von der ersten Stirnfläche 2011 des Hauptkörpers 201 bis zu einer vorbestimmten axialen Position derart zerspant, dass er vom Außenumfang 202 des Hauptkörpers 201 radial nach innen zurückgesetzt wird, um so den den zylindrischen Außenumfang 2061 aufweisenden ersten Endbereich 206 auszubilden. Wie oben beschrieben wurde, ist der Außenumfang 2061 des ersten Endbereichs 206 so ausgebildet, dass er einen Außenradius D₁ aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand D₃ zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201.
Im Schritt S4 wird dann der Hauptkörper 201 von der zweiten Stirnfläche 2012 des Hauptkörpers 201 bis zu einer vorbestimmten axialen Position zerspant, so dass er von dem Außenumfang 202 des Hauptkörpers 201 radial nach innen zurückgesetzt wird, um den den zylindrischen Außenumfang 2071 aufweisenden zweiten Endbereich 207 auszubilden. Wie obenstehend beschrieben wurde, ist der Außenumfang 2071 des zweiten Endbereichs 207 derart ausgebildet, dass er einen Außenradius D₂ aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als der radiale Abstand D₃ zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201.
Im Schritt S5 wird dann ein in einer Walzfräsmaschine gelagerter Wälzfräser in Rotation versetzt, und der rotierende Wälzfräser wird gegen einen Außenumfang des Hauptkörpers 201 gedrückt. Wie insbesondere bei einem Wälzfräser 250 auf der rechten Seite von 4 dargestellt ist, wird eine Oberseite 251 des Wälzfräsers 250 in Druckkontakt mit dem Außenumfang 2061 des ersten Endbereichs 206 gebracht.
Im Schritt S6 wird der rotierende Wälzfräser axial relativ zum Hauptkörper 201 vom ersten Endbereich 206 des Hauptkörpers 201 zu dessen zweiten Endbereich 207 verfahren, um die Nuteneinheit 203 auszubilden. Insbesondere werden der Hauptkörper 201 und der Wälzfräser 250 jeweils mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht, während der Wälzfräser 250 relativ axial vorwärts bewegt wird, wie durch den Pfeil A in 5 dargestellt wird. Auf diese Weise wird die sich von dem ersten Nutenendabschnitt 201 bis zum zweiten Nutenendabschnitt 205 erstreckende Nuteneinheit 203 ausgebildet.
Wie oben beschrieben wurde, ist in dem Kühlmantel 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem ersten Nutenendabschnitt 204 der Nuteneinheit 203 und der ersten Stirnfläche 2011 des Hauptkörpers 201 oder zwischen dem zweiten Nutenendabschnitt 205 der Nuteneinheit 203 und der zweiten Stirnfläche 2012 des Hauptkörpers 201 kein Abschnitt ausgebildet, der sich radial außerhalb des Grunds 2031 der Nuteneinheit 203 befindet. Diese Ausgestaltung ermöglicht, die Effizienz bei der Herstellung des Kühlmantels 200 zu erhöhen.
Dies wird nachfolgend ausführlich mit Bezug auf die 2, 3 und 5 beschrieben. Wie in dem obengenannten Herstellungsverfahren beschrieben, wird beim Ausbilden der Nuteneinheit 203 im Hauptkörper 201 des Kühlmantels 200 der Wälzfräser 250 relativ zum Hauptkörper 201 von einer axialen Rückseite in Richtung einer axialen Vorderseite des Hauptkörpers 201 bewegt. Während die Nuteneinheit 203 auf diese Weise mittels des Wälzfräsers 250 ausgebildet wird, verbleibt die Oberseite 251 des Wälzfräsers in einer radialen Position des Grunds 2031 der Nuteneinheit 203, d. h., in einer Position mit radialem Abstand D₃ von der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201.
Wie oben beschrieben wurde, werden bei dem Kühlmantel 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Außenumfang 2061 des ersten Endbereichs 206 und der Außenumfang 2071 des zweiten Endbereichs 207 derart ausgebildet, dass sich Außenradien D₁ beziehungsweise D₂ ergeben, die gleich groß oder kleiner sind als der radiale Abstand D₃ zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201. Somit wird zwischen dem ersten Nutenendabschnitt 204 der Nuteneinheit 203 und der ersten Stirnfläche 2011 des Hauptkörpers 201 kein Abschnitt ausgebildet, der sich radial außerhalb des Grunds 2031 der Nuteneinheit 203 befindet.
Wenn ein Schneidwerkzeug 250, d. h., der Wälzfräser 250 relativ von einer axialen Rückseite in Richtung einer axialen Vorderseite des Hauptkörpers 201 bewegt wird, kommt es demzufolge durch die Oberseite 251 des Schneidwerkzeugs 250 weder im ersten Endbereich 206 noch im zweiten Endbereich 207 zu einer Beeinträchtigung des Hauptkörpers 201. Demzufolge kann das Schneidwerkzeug 205 reibungslos zum Endabschnitt der axialen Vorderseite des Hauptkörpers 201 bewegt werden. Dadurch kann die Nuteneinheit 203 effizient und gleichmäßig in dem Hauptkörper 201 ausgebildet werden, wodurch ermöglicht wird, die Effizienz bei der Herstellung des Kühlmantels 200 zu verbessern.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden werden, dass das Schneidwerkzeug 250 während der Bearbeitung mit einem Teil des Kühlmantels 200 kollidiert. Dies ermöglicht, dass ein Brechen des Schneidwerkzeugs 250 sowie eine Beschädigung des Kühlmantels 200 vermieden werden kann.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Wälzfräser eingesetzt werden, um die Nuteneinheit 203 auszubilden. Dadurch wird ermöglicht, dass für die Nuteneinheit 203 eine größere Anzahl von Gängen gleichzeitig in dem Hauptkörper 201 ausgebildet werden kann, was zu einer Reduktion der Bearbeitungszeit führt. Dadurch kann die Herstellungseffizienz weiter verbessert werden.
Ferner, da es auf diese Weise möglich ist, die Nuteneinheit 203 mit einer größeren Anzahl von Gängen in dem Hauptkörper 201 auszubilden, kann die Gesamtoberfläche des Nutenteils 203 vergrößert werden. Damit kann die Kühlleistung des Kühlmantels 200 verbessert werden. Da zudem eine Tiefe jeder Nut flacher sein darf, kann die Zerspanungsmenge am Hauptkörper 201 ebenfalls reduziert werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf 6 bis 8 ein Elektromotor 300 einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen die gleichen Teile wie in der vorgenannten Ausführungsform, und auf deren ausführliche Beschreibung wird verzichtet. Der Elektromotor 300 umfasst ein Gehäuse 102, einen Stator 103, einen Rotor 104 und eine Rotationswelle 105 sowie ebenfalls einen Kühlmantel 400.
Der Kühlmantel 400 umfasst einen zylindrischen Hauptkörper 401 mit einer Mittelachse O₂ und eine Nuteneinheit 403, die so ausgebildet ist, dass sie von einem Außenumfang 402 des Hauptkörpers 401 radial nach innen abgesetzt ist. Der Hauptkörper 401 umfasst eine erste Stirnfläche 4011 einer axialen Rückseite und eine zweite Stirnfläche 4012 einer axialen Vorderseite. Die Nuteneinheit 403 ist mit einer achtgängigen Spiralnut ausgebildet und die Nuten in der Nuteneinheit 403 mit insgesamt acht Gängen erstecken sich jeweils fortlaufend spiralförmig von der ersten Stirnfläche 4011 des Hauptkörpers 401 zu dessen zweiter Stirnfläche 4012.
Insbesondere werden die Nuten in der Nuteneinheit 403 jeweils durch einen Grund 4031 der Nuteneinheit 403 und Wandflächen von zwei vorstehenden, zueinander benachbarten Gängen 4032 definiert. Die jeweiligen Nuten in der Nuteneinheit 403 sind umlaufend in im Wesentlichen gleichen Abständen in dem Hauptkörper angeordnet. Die Nuteneinheit 403 definiert einen Strömungskanal, durch den ein Kühlmedium zum Kühlen des Stators 103 fließt. Im Kühlmantel 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Nuteneinheit axial derart, dass sie sowohl an die erste Stirnfläche 4011 als auch die zweite Stirnfläche 4012 des Hauptkörpers 401 anschließt.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Produzieren des Kühlmantels 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird der zylindrische Hauptkörper 401 einschließlich der ersten Stirnfläche 4011 und der zweiten Stirnfläche 4012 umfassende angefertigt. Dann wird der Hauptkörper 401 in eine Wälzfräsmaschine eingelegt und um die Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 401 rotiert. Dann wird ein in einer Walzfräsmaschine gelagerter Wälzfräser in Rotation versetzt, und der rotierende Wälzfräser wird dann gegen eine Stelle der ersten Stirnfläche 4011 am Außenumfang 402 des Hauptkörpers 401 gedrückt. Anschließend wird der rotierende Wälzfräser axial relativ zum Hauptkörper 401 von der ersten Stirnfläche 4011 des Hauptkörpers 401 zu dessen zweiter Stirnfläche 4012 bewegt, um die Nuteneinheit 403 auszubilden.
Bei dem Kühlmantel der vorliegenden Ausführungsform kann ähnlich wie bei der vorgenannten Ausführungsform vermieden werden, dass ein Schneidwerkzeug den Hauptkörper 401 störend beeinträchtigt, wenn das Schneidwerkzeug relativ axial von einer axialen Rückseite in Richtung einer axialen Vorderseite des Hauptkörpers 401 bewegt wird, um die Nuteneinheit 403 auszubilden. Dies ermöglicht, die Nuteneinheit 403 im Hauptkörper 401 effizient und gleichmäßig auszubilden, wodurch eine Verbesserung der Effizienz bei der Herstellung des Kühlmantels 400 erreicht wird.
Weiterhin kann vermieden werden, dass das Schneidwerkzeug während der Bearbeitung mit einem Teil des Kühlmantels 400 kollidiert. Dies ermöglicht, dass ein Brechen des Schneidwerkzeugs sowie eine Beschädigung des Kühlmantels 400 vermieden werden kann.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Wälzfräser eingesetzt werden, um die Nuteneinheit 403 auszubilden. Dadurch wird ermöglicht, dass für die Nuteneinheit 403 eine größere Anzahl von Gängen gleichzeitig in dem Hauptkörper 401 ausgebildet werden kann, was zu einer Reduktion der Bearbeitungszeit führt. Dadurch kann die Herstellungseffizienz weiter verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es weiterhin möglich, die Nuteneinheit 403 mit einer größeren Anzahl von Gängen über einen Bereich auszubilden, der von der ersten Stirnfläche 4011 des Hauptkörpers 401 bis zu dessen zweiter Stirnfläche 4012 reicht. Dadurch wird ermöglicht einen Anteil, den die Nuteneinheit 403 am Außenumfang 402 des Kühlmantels 400 einnimmt, zu erhöhen, was zu einer weiteren Erhöhung der Gesamtoberfläche der Nuteneinheit 403 führt. Dadurch kann die Kühlleistung des Kühlmantels 400 weiter verbessert werden. Da zudem eine Tiefe jeder Nut flacher sein darf, kann die Zerspanungsmenge am Hauptkörper 401 ebenfalls reduziert werden.
Wie oben beschrieben wurde, sind alle der insgesamt acht Nuten in dem Nutenteil 403 mit der ersten Stirnfläche 4011 einer axialen Rückseite des Hauptkörpers 401 und der zweiten Stirnfläche 4012 einer axialen Vorderseite desselben verbunden. Somit sind im Seitenwandabschnitt 107 des Gehäuses 102 ein Kühlmediumeinlass 311 zur Aufnahme eines Zulaufs eines Kühlmediums und ein Kühlmediumauslass 312 zum Abführen des Kühlmediums ausgebildet, um mit jeder Nut in der achtgängigen Nuteneinheit 403 zu kommunizieren.
Beispielsweise sind insgesamt acht Kühlmediumeinlässe 311 in dem Seitenwandabschnitt 107 ausgebildet indem sie umlaufend in im Wesentlichen gleichen Abständen derart angeordnet sind, dass sie den Positionen der jeweiligen Nutenendabschnitte 405 der Nuteneinheit 403 entsprechen. Diese Kühlmediumeinlässe 311 ermöglichen ein Kühlmedium einzuführen, das von der Kühlmedium-Versorgungsquelle an die jeweiligen Nuten der Nuteneinheit 403 abgegeben wurde.
In ähnlicher Weise sind insgesamt acht Kühlmediumauslässe 312 in dem Seitenwandabschnitt 107 ausgebildet indem sie umlaufend in im Wesentlichen gleichen Abständen derart angeordnet sind, dass sie den Positionen der jeweiligen Nutenendabschnitte 404 der achtgängigen Nuteneinheit 403 entsprechen. Diese Kühlmediumauslässe 312 ermöglichen das Kühlmedium abzuführen, das durch den Kühlmedium-Strömungskanal 128 an die Kühlmedium-Rückgewinnungseinheit geflossen ist.
Ferner kann nach der Herstellung des Kühlmantels 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Hauptkörper 401 zerspant werden, um die vorgenannten Bereiche entsprechend dem Endbereich 206 (alternativ dem Endbereich 207) auszubilden. Insbesondere wird bei dem vorgenannten Verfahren zum Herstellen des Kühlmantels 400, nach dem Schritt des Ausbildens der Nuteneinheit 403, der Hauptkörper 401 von der ersten Stirnfläche 4011 (alternativ der zweiten Stirnfläche 4012) des Hauptkörpers 401 bis zu einer vorbestimmten axialen Position zerspant, um einen zylindrischen Außenumfangsbereich auszubilden. In diesem Falle ist es möglich den Außenumfangsbereich so auszubilden, dass ein Außenradius erhalten wird, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen dem Grund 4031 der Nuteneinheit 403 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 401.
Als nächstes wird mit Bezug auf die 9 bis 11 ein Elektromotor 500 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen die gleichen Teile wie in der vorgenannten Ausführungsform, und auf deren ausführliche Beschreibung wird verzichtet. Der Elektromotor 500 umfasst ein Gehäuse 102, einen Stator 103, einen Rotor 104 und eine Rotationswelle 105 sowie ebenfalls einen Kühlmantel 600.
Der Kühlmantel 600 umfasst einen zylindrischen Hauptkörper 601 mit einer Mittelachse O₂, einer Nuteneinheit 603, die so ausgebildet ist, dass sie von einem Außenumfang 602 des Hauptkörpers 601 radial nach innen abgesetzt ist, und einer Flanscheinheit 610, die am Endabschnitt einer axialen Vorderseite angeordnet ist und deren Durchmesser vom Hauptkörper 601 radial nach außen vergrößert ist. Der Hauptköper 601 umfasst eine erste Stirnfläche 6011 einer axialen Rückseite und eine zweite Stirnfläche 6012 einer axialen Vorderseite.
Die Nuteneinheit 603 ist mit einer achtgängigen Spiralnut ausgebildet und die Nuten in der Nuteneinheit 603 mit insgesamt acht Gängen erstecken sich jeweils fortlaufend spiralförmig von einem Nutenendabschnitt 604 einer axialen Rückseite bis zu einem Nutenendabschnitt 605 einer axialen Vorderseite. Insbesondere werden die Nuten in der Nuteneinheit 603 jeweils durch einen Grund 6031 der Nuteneinheit 603 und Wandflächen von zwei vorstehenden, zueinander benachbarten Gängen 6032 definiert. Die hervorstehenden Gänge 6032 stehen jeweils vom Grund 6031 der Nuteneinheit 603 radial nach außen ab und erstrecken sich fortlaufend spiralförmig vom ersten Nutenendabschnitt 604 zum zweiten Nutenendabschnitt 605.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Nutenendabschnitt 604 der Nuteneinheit 603 durch ein axiales hinteres Ende des die Nuteneinheit definierenden vorstehenden Gangs 6032 definiert. In ähnlicher Weise wird der zweite Nutenendabschnitt 605 der Nuteneinheit 603 durch ein axiales vorderes Ende des die Nuteneinheit 603 definierenden Gangs 6032 definiert. Die jeweiligen Nuten in der Nuteneinheit 603 sind umlaufend in im Wesentlichen gleichen Abständen in dem Hauptkörper 601 angeordnet. Die Nuteneinheit 603 definiert einen Strömungskanal, durch den ein Kühlmedium zum Kühlen des Stators 103 fließt.
Bei dem Kühlmantel 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Hauptkörper 601 einen ersten Endbereich 606 in welchem zwischen dem ersten Nutenendabschnitt 604 einer axialen Rückseite der Nuteneinheit 603 und der ersten Stirnfläche 6011 des Hauptkörpers 601 keine Nuteneinheit ausgebildet ist. Andererseits umfasst der Hauptkörper 601 einen Endbereich 615 in welchem zwischen dem zweiten Endabschnitt 605 einer axialen Vorderseite der Nuteneinheit 603 und der zweiten Stirnfläche 6012 des Hauptkörpers 601 keine Nuteneinheit ausgebildet ist. Der zweite Endbereich 615 umfasst die vorgenannte Flanscheinheit 610 und einen zwischen der Flanscheinheit 610 und dem zweiten Nutenendabschnitt ausgebildeten zylindrischen Außenumfang 6151.
Im ersten Endbereich 606 sind die Ausnehmungen 607 und 608 ausgebildet, die vom Außenumfang 6061 des ersten Endbereichs 606 radial nach innen abgesetzt sind, und die Ausnehmungen 607 und 608 erstrecken sich umlaufend parallel zueinander über den gesamten Umfang des Hauptkörpers 601. Wie in 9 dargestellt sind die O-Ringe 502 und 503 im zusammengebauten Zustand des Elektromotors 500 in die Ausnehmungen 607 beziehungsweise 608 eingesetzt, um einen Spalt zwischen dem Kühlmantel 600 und dem Gehäuse 102 abzudichten.
Ferner sind in der Flanscheinheit 610 die Ausnehmungen 611 und 612 ausgebildet, die vom Außenumfang 6101 der Flanscheinheit 610 radial nach innen abgesetzt sind, und die Ausnehmungen 611 und 612 erstrecken sich umlaufend parallel zueinander über den gesamten Umfang der Flanscheinheit 610. Wie in 9 dargestellt, ist die Flanscheinheit 610 im zusammengebauten Zustand des Elektromotors 600 in die Ausnehmung 501 eingesetzt, die so ausgebildet ist, dass sie vom Innenumfang 113 radial nach außen ausgenommen ist, und zwar im Endabschnitt der axialen Vorderseite des Seitenwandabschnitts 107 des Gehäuses 102. Die O-Ringe 504 und 505 werden in die Ausnehmungen 611 und 612 der Flanscheinheit 610 eingesetzt, um einen Spalt zwischen dem Kühlmantel 600 und dem Gehäuse 102 abzudichten.
Der Außenumfang 6061 des ersten Endbereichs 606 ist so ausgebildet, dass ein Außenradius erhalten wird, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen dem Grund 6031 der Nuteneinheit 603 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 601. Wie insbesondere in 11 dargestellt ist, wird der Außenradius des Außenumfangs 6061 des ersten Endbereichs 606 als D₄ bezeichnet und der radiale Abstand zwischen dem Grund 6031 des Nutenteils 603 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 601 wird als D₅ bezeichnet. In diesem Fall sind D₄ und D₅ festgelegt, um die Beziehung D₄ ≤ D₅ zu erfüllen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Außenradius D₄ des ersten Endbereichs 606 im Wesentlichen gleich groß wie der vorgenannte radiale Abstand D₅. Mit anderen Worten, D₄ ≈ D₅.
Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform die Flanscheinheit 610 so ausgebildet, dass der Durchmesser vom Hauptkörper 601 aus nach radial außen vergrößert ist und einen Außenradius D₆ aufweist, der größer als der Außenradius D₄ des ersten Endbereichs 606 und der vorgenannte radiale Abstand D₅ ist. Mit anderen Worten, D₆ ≥ D₄ ≈ D₅. Der zwischen der Flanscheinheit 610 und dem zweiten Nutenendabschnitt 605 ausgebildete Außenumfang 6151 kann einen Außenradius aufweisen, der gleich groß oder kleiner als der radiale Abstand D₅ ist.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Kühlmantels 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird der zylindrische Hauptkörper mit der ersten Stirnfläche 6011 und der zweiten Stirnfläche 6012 angefertigt. Dann wird der Hauptkörper 601 in eine Wälzfräsmaschine eingesetzt und um die Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 601 rotiert.
Als nächstes wird der Hauptkörper 601 von der ersten Stirnfläche 6001 des Hauptkörpers 601 bis zu einer vorbestimmten axialen Position derart zerspant, dass er vom Außenumfang 602 des Hauptkörpers 601 radial nach innen ausgespart wird, um so den ersten Endbereich 606 mit dem zylindrischen Außenumfang 6061 auszubilden. Dann wird der Hauptkörper 601 von der zweiten Stirnfläche 6012 des Hauptkörpers 601 bis zu einer vorbestimmten axialen Position zerspant, um den zweiten Endbereich 615 mit der Flanscheinheit 610 und dem Außenumfang 6151 auszubilden.
Anschließend wird ein in der Wälzfräsmaschine gelagerter Wälzfräser in Rotation versetzt und der rotierende Wälzfräser wird dann in Druckkontakt mit dem Außenumfang 6151 im zweiten Endbereich 615 des Hauptkörpers 615 gebracht. Dann wird der rotierende Wälzfräser axial relativ zum Hauptköper 601 vom zweiten Endbereich 615 des Hauptkörpers zu dessen erstem Endbereich 606 bewegt, um die Nuteneinheit 603 auszubilden.
Gemäß dem Kühlmantel 600 der vorliegenden Ausführungsform wird zum Ausbilden der Nuteneinheit 603 ein Schneidwerkzeug von einer axialen Vorderseite (insbesondere dem Außenumfang 6151 des zweiten Endbereichs 615) des Hauptkörpers 601 relativ axial nach hinten (insbesondere in Richtung des ersten Endbereichs 606) bewegt, wobei ermöglicht wird, dass keine Beeinträchtigung des Hauptkörpers 601 durch die Oberseite des Schneidwerkzeugs stattfindet. Dies ermöglicht es, die Nuteneinheit 603 in dem Hauptkörper 601 effizient und gleichmäßig auszubilden, was zu einer Verbesserung der Effizienz bei der Herstellung des Kühlmantels 600 führt.
Weiterhin kann vermieden werden, dass das Schneidwerkzeug während der Bearbeitung mit einem Teil des Kühlmantels 600 kollidiert. Dadurch wird ermöglicht, dass ein Brechen des Schneidwerkzeugs sowie eine Beschädigung des Kühlmantels 600 vermieden werden kann.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Wälzfräser zur Ausbildung der Nuteneinheit 603 eingesetzt werden. Dadurch wird ermöglicht, dass für die Nuteneinheit 603 eine größere Anzahl von Gängen gleichzeitig in dem Hauptkörper 601 ausgebildet werden kann, was zu einer Reduktion der Bearbeitungszeit führt. Dadurch kann die Herstellungseffizienz weiter verbessert werden.
Ferner, da es auf diese Weise möglich ist, die Nuteneinheit 603 mit einer größeren Anzahl von Gängen in dem Hauptkörper 601 auszubilden, kann die Gesamtoberfläche der Nuteneinheit 603 vergrößert werden. Damit kann die Kühlleistung des Kühlmantels 600 verbessert werden. Da zudem eine Tiefe jeder Nut flacher sein darf, kann die Zerspanungsmenge am Hauptkörper 601 ebenfalls reduziert werden.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei einem Betriebsvorgang wie dem Aufziehen des Kühlmantels 600 auf den Stator 103, der Kühlmantel 600 durch Greifen der Flanscheinheit 610 einfach befördert werden. Dadurch wird ermöglicht, die Effizienz der Betriebsabläufe zu verbessern.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgestaltung eingesetzt, in welcher die O-Ringe 502, 503, 504 und 505 zum Abdichten eines Spalts zwischen dem Kühlmantel 600 und dem Gehäuse 120 in den in dem Kühlmantel 600 ausgebildeten Ausnehmungen 607, 608, 611 und 612 aufgenommen werden. Damit ist, außer an dem Kühlmantel 600 und dem Gehäuse 102, eine Bearbeitung zum Ausbilden von Ausnehmungen an Teilen nicht erforderlich, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führt.
Bei dem in 1 bis 3 dargestellten Kühlmantel 200 wurde ein Fall beschrieben, bei dem die Außenumfänge 2061 und 2071 des ersten Endbereichs 206 und des zweiten Endbereichs 207 so ausgebildet werden, dass die Außenradien D₁ und D₂ im Wesentlichen gleich groß sind wie der radiale Abstand D₃ zwischen dem Grund 2031 der Nuteneinheit 203 und der Mittelachse O₂ des Hauptkörpers 201 (d. h., D₁ ≈ D₂ ≈ D₃). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Außenumfang des ersten Endbereichs und/oder des zweiten Endbereichs können so ausgebildet werden, dass sie einen Außenradius aufweisen, der kleiner ist als der radiale Abstand zwischen dem Grund der Nuteneinheit und der Mittelachse des Hauptkörpers.
Diese Ausgestaltung wird nachfolgend kurz mit Bezug auf 12 beschrieben. In einem in 12 dargestellten Kühlmantel 700 ist in dem ersten Endbereich 706 zwischen einem ersten Nutenendabschnitt 704 einer Nuteneinheit 703 und einer ersten Stirnfläche 7011 eines Hauptkörpers 701 ein Abschnitt 7062 mit kleinerem Durchmesser ausgebildet, der von einem Außenumfang 7061 eines ersten Endbereichs 706 radial nach innen abgesetzt ist. Der Abschnitt 7062 mit kleinerem Durchmesser ist derart angeordnet dass er in einer umlaufenden Richtung auf den Außenumfang 7061 des ersten Endbereichs 706 folgt.
Andererseits ist in dem zweiten Endbereich 707 zwischen einem zweiten Nutenendabschnitt 705 der Nuteneinheit 703 und einer zweiten Stirnfläche 7012 eines Hauptkörpers 701 ein Abschnitt 7072 kleinerem Durchmesser ausgebildet, der von einem Außenumfang 7071 eines zweiten Endbereichs 707 radial nach innen abgesetzt ist. Dieser Abschnitt 7072 mit kleinerem Durchmesser ist derart angeordnet, dass er in einer umlaufenden Richtung auf den Außenumfang 7071 des zweiten Endbereichs 707 folgt.
Ferner wurde bei der in 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform ein Fall beschrieben, bei der sich die Nuteneinheit 403 bis zur ersten Stirnfläche 4011 und zur zweiten Stirnfläche 4012 des Hauptkörpers 401 erstreckt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und es ist möglich, dass sich die Nuteneinheit bis an eine Stirnfläche an einer Seite der axialen Richtung des Hauptkörpers erstreckt. Zudem kann in einem Endbereich auf der anderen Seite der axialen Richtung des Hauptkörpers ein wie in der vorgenannten Ausführungsform beschriebener Endbereich ausgebildet sein.
Diese Ausgestaltung wird nachfolgend kurz mit Bezug auf 13 beschrieben. In einem in 13 dargestellten Kühlmantel 800 erstreckt sich eine Nuteneinheit 803 von einer ersten Stirnfläche 8011 eines Hauptkörpers 801 bis zu einem zweiten Nutenendabschnitt 806, der sich an einer axialen Rückseite einer zweiten Stirnfläche 8012 des Hauptkörpers 801 befindet. Ein zweiter Endbereich 807, in welchem keine Nuteneinheit ausgebildet ist, ist zwischen der zweiten Stirnfläche 8012 des Hauptkörpers 801 und dessen zweiten Nutenabschnitt 806 ausgebildet. In ähnlicher Weise wie bei der vorgenannten Ausführungsform kann ein Außenumfang 8071 des zweiten Endbereichs 807 so ausgebildet werden, dass er einen Außenradius aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen dem Grund der Nuteneinheit 803 und der Mittelachse des Hauptkörpers 801.
Zudem kann in der in 12 und 13 dargestellten Ausführungsform nach Ausbildung einer Nuteneinheit das Schneidwerkzeug reibungslos zu einem axialen Endabschnitt des Hauptkörpers bewegt werden. Damit kann in ähnlicher Weise wie in den vorgenannten Ausführungsformen die Effizienz bei der Herstellung des Kühlmantels verbessert werden.
In den vorgenannten Ausführungsformen wurde ein Fall beschrieben, bei dem der Kühlmantel zylindrisch geformt ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Kühlmantel kann ein rohrförmiges Teil mit einer vieleckigen Form, wie eine achteckige Form, einer elliptischen Form oder jeder anderen einen Innenumfang aufweisenden Form umfassen.
Ferner wurde in den vorgenannten Ausführungsformen ein Fall beschrieben, bei dem der erste Endbereich und der zweite Endbereich zylindrisch geformt sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und der erste Endbereich und/oder der zweite Endbereich kann jede andere Form aufweisen, wie eine vieleckige Form, eine elliptische Form, eine Zahnradform oder eine Sternform, solange sie keinen Abschnitt umfasst, der sich radial außerhalb des Grunds der Nuteneinheit befindet.
Ferner wurde in den vorgenannten Ausführungsformen ein Fall beschrieben, bei dem die Nuteneinheit als Spiralnut ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Nuteneinheit kann so ausgebildet werden, dass sie sich in linearer Weise oder in einer beliebig gekrümmten Weise erstreckt. Zudem kann die Nuteneinheit eine eingängige Nut oder eine Nut mit einer beliebigen Anzahl von Nutengängen sein.
Ferner kann der vorgenannte Kühlmediumeinlass und/oder Kühlmediumauslass in einem Seitenwandabschnitt des Gehäuses als ein Einzelteil angeordnet werden oder kann mehrfach im Seitenwandabschnitt des Gehäuses ausgebildet und umlaufend in gleichen Abständen angeordnet werden. Zudem können der Kühlmediumeinlass und/oder der Kühlmediumauslass umlaufend in beliebigen Abständen angeordnet werden. Ferner können der Kühlmitteleinlass und/oder Kühlmittelauslass so ausgebildet werden, dass sie sich nacheinander am Umfang erstrecken.
In den vorgenannten Ausführungsformen wurde ein Fall beschrieben, bei dem die Nuteneinheit so ausgebildet wird, dass das Kühlmedium axial in eine Richtung von dem an einer axialen Vorderseite angeordneten Kühlmediumeinlass zu einem an einer axialen Rückseite angeordneten Kühlmediumauslass fließt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Nuteneinheit kann so ausgebildet werden, dass, zum Beispiel, sowohl der Kühlmediumeinlass als auch der Kühlmediumauslass an der axialen Vorderseite angeordnet sind, um das Kühlmedium kreisförmig von der axialen Vorderseite zur axialen Rückseite und dann von der axialen Rückseite zur axialen Vorderseite fließen zu lassen.
Zudem ist in den vorgenenannten Ausführungsformen ein Fall beschrieben worden, bei dem der Kühlmantel gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Elektromotor eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Kühlmantel gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise bei einer rotierenden elektrischen Maschine, wie einem elektrischen Generator, eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei jedoch die vorgenannten Ausführungsformen die Erfindung gemäß dem Schutzumfang der anhängenden Ansprüche nicht einschränken. Ferner sind alle in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmalskombinationen nicht zwingend wesentlich für die Problemlösungen der Erfindung. Es ist ferner für einen Fachmann erkennbar, dass verschiedene Modifikationen oder Verbesserung der vorgenannten Ausführungsformen möglich sind. Es ist aus der Beschreibung des Schutzumfangs der anhängigen Ansprüche erkennbar, dass Ausführungsformen mit solchen Modifikationen oder Verbesserungen ebenfalls in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-15578 [0002]

Claims

Kühlmantel (200) an einer radialen Außenseite eines Stators (104) einer rotierenden elektrischen Maschine (100), wobei der Kühlmantel umfasst: einen rohrförmigen Hauptkörper (201) mit einer ersten Stirnfläche (2011) an der einen axialen Seite und eine zweite Stirnfläche (2012) an der anderen axialen Seite; und eine einen Strömungskanal definierende Nuteneinheit (203), wobei die Nuteneinheit axial fortlaufend auf einem Außenumfang (202) des Hauptkörpers (201) angeordnet ist, wobei der Kühlmantel zwischen einem ersten Endabschnitt (204) der Nuteneinheit (203) auf der einen axialen Seite des Hauptkörpers (201) und der ersten Stirnfläche (2011) des Hauptkörpers (201) keinen radial außerhalb eines Grunds (2031) der Nuteneinheit (203) liegenden Abschnitt umfasst.
Kühlmantel nach Anspruch 1, umfassend einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich (2061) mit einem Außenradius (D1), der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand (D3) zwischen dem Grund (2031) der Nuteneinheit (203) und einer Mittelachse (O2) des Hauptkörpers (203), wobei sich der Bereich (2061) zwischen dem ersten Endabschnitt (204) der Nuteneinheit (203) und der ersten Stirnfläche (2011) des Hauptkörpers (201) befindet.
Kühlmantel nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich (2071) mit einem Außenradius (D2), der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand (D3) zwischen dem Grund (2031) der Nuteneinheit (203) und einer Mittelachse (O2) des Hauptkörpers (201), wobei sich der Bereich (2071) zwischen einem zweiten Endabschnitt (205) der Nuteneinheit (203) auf der anderen axialen Seite des Hauptkörpers (201) und der zweiten Stirnseite (2012) des Hauptkörpers (201) befindet.
Kühlmantel nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich (6101) mit einem Außenradius (D6), der größer ist als ein radialer Abstand (D5) zwischen dem Grund (6031) der Nuteneinheit (603) und einer Mittelachse (O2) des Hauptkörpers (601), wobei sich der Bereich (6101) zwischen einem zweiten Endabschnitt (605) der Nuteneinheit (603) auf der anderen axialen Seite des Hauptkörpers (601) und der zweiten Stirnfläche (6012) des Hauptkörpers (601) befindet.
Kühlmantel (400) auf einer radialen Außenseite eines Stators (103) einer rotierenden elektrischen Maschine (100), wobei der Kühlmantel umfasst: einen rohrförmigen Hauptkörper (401) mit einer ersten Stirnfläche (4011) an einer axialen Seite und eine zweite Stirnfläche (4012) an der anderen axialen Seite; und eine einen Strömungskanal eines Kühlmediums definierende Nuteneinheit (403), wobei die Nuteneinheit (403) axial fortlaufend auf einem Außenumfang (4020) des Hauptkörpers (401) angeordnet ist, wobei sich die Nuteneinheit (403) mindestens bis entweder zu der ersten Stirnfläche (4011) oder der zweiten Stirnfläche (4012) des Hauptkörpers (401) erstreckt.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Nuteneinheit (203) fortlaufend axial in Art einer Spirale auf dem Hauptkörper (201) erstreckt.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Nuteneinheit (203) eine mehrgängige Nut ist.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Nuteneinheit (203) durch Wälzfräsen ausgebildet wird.
Stator, den Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend.
Rotierende elektrische Maschine, die den Stator nach Anspruch 9 umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Kühlmantels (103) auf einer radialen Außenseite eines Stators (13) einer rotierenden elektrischen Maschine (100), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anfertigen eines rohrförmigen Hauptkörpers (201) mit einer erste Stirnfläche (2011) an einer axialen Rückseite und einer zweiten Stirnfläche (2012) an der anderen Seite; Rotieren des Hauptkörpers (201) um eine Mittelachse (O2) des Hauptkörpers (201); Andrücken eines rotierenden Wälzfräsers (250) gegen einen Außenumfang (202) des Hauptkörpers (201); und axiales Bewegen des rotierenden Wälzfräsers (250) relativ zum Hauptkörper (201) zwischen einem ersten Endabschnitt (206) der einen axialen Seite des Hauptkörpers (201) und einem zweiten Endabschnitt (207) der axialen Vorderseite des Hauptkörpers (201), um eine Nuteneinheit (203) zu bilden, die einen Strömungskanal eines Kühlmediums definiert, wobei die Nuteneinheit axial fortlaufend auf dem Außenumfang (202) des Hauptkörpers (201) angeordnet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, ferner den Schritt umfassend: den Hauptkörper (201) vor dem Andrücken des rotierenden Wälzfräsers von der ersten Stirnfläche (2011) des Hauptkörpers (201) bis zu einer vorgegebenen axialen Position zu zerspanen, um einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich (2061) auszubilden, der einen äußeren Radius (D1) aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als ein radialer Abstand (D3) zwischen dem Grund (2031) der Nuteneinheit (203) und der Mittelachse (O2) des Hauptkörpers (201).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, ferner den Schritt umfassend: den Hauptkörper (201) nach Ausbildung der Nuteneinheit (203) von der ersten Stirnfläche (2011) des Hauptkörpers (201) bis zu einer vorgegebenen axialen Position zu zerspanen, um einen zylindrischen äußeren Umfangsbereich (2061) auszubilden, der einen äußeren Radius (D1) aufweist, der gleich groß oder kleiner ist als ein radiale Abstand (D3) zwischen dem Grund (2031) der Nuteneinheit (203) und der Mittelachse (O2) des Hauptkörpers (201).