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Die Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket, insbesondere ein innengekühltes bzw. ein von innen kühlbares Rotorblechpaket, für eine elektrische Maschine.
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Bei elektrischen Maschinen ist ein leistungsbegrenzender Faktor die Qualität von Verlustwärmeabfuhr. Besonders bei Ausführungen, bei denen temperaturbelastete Teile innerhalb der elektrischen Maschine nicht direkt durch ein Kühlmedium gekühlt werden, ist eine Ausnutzung eingesetzter Aktivmasse unter Umständen nicht optimal. Spezielle Zonen, bei denen eine Abfuhr von Wärme innerhalb einer elektrischen Maschine problematisch sein kann, sind insbesondere Stator-Wickelköpfe und ein Rotor der elektrischen Maschine.
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Aus
DE 42 42 132 Al ist ein Kühlsystem für eine elektrische Maschine bekannt, bei dem es sich um ein Innenkühlkreislaufsystem handelt, welches ermöglicht, dass Läuferkühlkanäle in beiden Richtungen axial durchströmt werden. Durch diese Nutzung der Läuferkühlkanäle für eine Durchströmung in zwei Richtungen wird ein maschineninterner Kühlkreislauf generiert. Um diesen Kühlkreislauf in Gang zu setzen, werden zwei Lüfter jeweils an den Stirnseiten des Läufers benötigt.
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Aus
DE 44 43 427 C2 ist ein Innenkühlkreislaufsystem mit einseitiger Durchströmung des Läufers bekannt. Durch am Läufer vorgesehene, radial innerhalb des Wickelkopfes liegende Lüfterflügel wird der Kühlluftstrom gegen den Wickelkopf geblasen. Über am Ständerumfang angeordnete Kühlkanäle strömt die Kühlluft zur anderen Maschinenseite und dort über den Wickelkopf zum Läufer und tritt schließlich in die Läuferkühlkanäle ein, von denen aus sie wieder zu den Lüfterflügeln gelangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlleistung einer elektrischen Maschine mit einem innengekühlten bzw. von innen kühlbaren Rotor ohne Einsatz eines separat auf den Rotor montierten Lüfterrads zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Rotorblechpaket für eine elektrische Maschine bereitgestellt, wobei das Rotorblechpaket mehrere in einer Stapelrichtung gestapelte Bleche umfasst. Die Bleche weisen jeweils wenigstens einen inneren Durchbruch und wenigstens einen äußeren Durchbruch auf, welche jeweils die Stirnseiten eines einzelnen Blechs miteinander verbinden und auf zwei radial voneinander beabstandeten konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei die Kreise insbesondere lediglich gedacht sind. Die inneren Durchbrüche von in der Stapelrichtung versetzten Blechen sind in einer Umfangsrichtung der Bleche derart versetzt zueinander angeordnet, dass wenigstens ein durch das Rotorblechpaket verlaufender, bevorzugt schraubenspindelförmiger innerer Kühlkanal gebildet wird. Weiterhin sind die äußeren Durchbrüche von in der Stapelrichtung versetzten Blechen in einer Umfangsrichtung der Bleche derart versetzt zueinander angeordnet, dass wenigstens ein durch das Rotorblechpaket verlaufender, bevorzugt schraubenspindelförmiger äußerer Kühlkanal gebildet wird. Ferner sind der wenigstens eine bevorzugt schraubenspindelförmige innere Kühlkanal und der wenigstens eine bevorzugt schraubenspindelförmige äußere Kühlkanal in unterschiedliche Richtungen, bevorzugt entgegengesetzt zueinander, orientiert. Außerdem weist zumindest einer der beiden Kühlkanäle (der wenigstens eine innere Kühlkanal und der wenigstens eine äußere Kühlkanal) eine schraubenspindelförmige Form auf. Insbesondere können beide Kühlkanäle schraubenspindelförmig und entgegengesetzt zueinander orientiert sein. Alternativ kann auch der eine Kühlkanal schraubenspindelförmig sein (rechtsgängig oder linksgängig) und der andere Kühlkanal kann gerade ausgeführt sein.
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Mit anderen Worten kann das Rotorblechpaket bzw. ein das Rotorblechpaket umfassender Rotor einen Teil eines Innenkühlkreises aufweisen, welcher das Rotorblechpaket axial durchsetzt und auf zwei konzentrischen Kreisen angeordnete Rotorkühlkanäle bzw. Förderkanäle umfasst, innerhalb welcher insbesondere ein gasförmiges Kühlmittel förderbar bzw. umwälzbar ist.
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Die Stapelrichtung verläuft insbesondere in einer Längsrichtung des Rotors. Bei den Blechen handelt es sich jeweils um einzelne Bleche, insbesondere um kongruente Bleche, welche identische Oberflächen aufweisen. Besonders bevorzugt sind alle Bleche des Rotorblechpakets baugleich, das heißt es handelt sich um identische Bauteile. Die Bleche sind weiterhin bevorzugt im Wesentlichen ringförmig, so dass das Rotorblechpaket insbesondere von einer im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Gestalt ist. Bei Vorsehen mehrerer innerer und äußerer Durchbrüche sind diese untereinander ferner bevorzugt äquidistant angeordnet, wodurch parallel zueinander verlaufende innere und äußere Kühlkanäle gebildet werden können, wodurch eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr aus dem Rotorblechpaket ermöglicht wird.
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Um einen axialen (Luft-)Durchzug durch das Rotorblechpaket des Rotors zu ermöglichen, wird eine Schrägung bzw. Schränkung des Rotorblechpakets vorgeschlagen, um eine möglichst große Oberfläche und ein schraubenspindelförmiges Design für wenigstens einen der Kühlkanäle zu erhalten, welches auf dem Funktionsprinzip der archimedischen Schraube beruht. Um einen Kreislauf zu realisieren, können im Rotorblechpaket insbesondere auf konzentrischen Kreisen jeweils eine linksgängige und eine rechtgängige Schraubenspindel (die Kühlkanäle) vorgesehen sein, die also entgegengesetzt zueinander orientiert sind. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass einer der Kühlkanäle, z.B. der wenigstens eine äußere Kühlkanal in axialer Richtung geradlinig durch das Rotorblechpaket verläuft, wohingegen der andere Kühlkanal, z.B. der wenigstens eine innere Kühlkanal als linksgängige Schraubenspindel ausgeführt ist.
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Sofern das Rotorblechpaket im Betrieb der elektrischen Maschine rotiert, drehen sich auch die bevorzugt schraubenspindelförmigen Kühlkanäle innerhalb des Rotorblechpakets. Auf diese Weise kann Kühlmedium nach dem Prinzip einer Schneckenpumpe durch die Kühlkanäle gefördert werden, wobei die Kühlkanäle als Kammern der Schneckenpumpe zur Förderung von Kühlmedium dienen. Die äußere Kontur der Kühlkanäle wird durch die Form bzw. die Kontur der Durchbrüche in den einzelnen Blechen bestimmt. Auf eine mögliche Fördermenge kann hierbei insbesondere über die Drehzahl des Rotorblechpakets, den Innen- und Außendurchmesser und insbesondere über die Steigung der Kühlkanäle sowie über die Reibung des Kühlmediums an den Innenwänden der Kühlkanäle Einfluss genommen werden.
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Das erfindungsgemäße Rotorblechpaket ermöglicht eine Förderung von Kühlmedium und dadurch einen besonders intensiven axialen Durchzug von Kühlmedium durch das Rotorblechpaket und insbesondere eine aktive Kühlung durch einen Abtransport von thermisch beladener Luft. Der bevorzugt schraubenspindelförmige Verlauf des Kühlkanals stellt dabei eine besonders große Wärmeübertragungsfläche bereit, wodurch eine verbesserte durchzugsbelüftete Wärmeabfuhr bzw. Kühlung insbesondere des Rotors ermöglicht wird.
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Durch das Zusammenspiel von links- und rechtsgängiger Schraubenspindel im Rotorblechpaket können sich keine großen Drücke rechts und links des Motorraums aufbauen, so dass insbesondere die Gefahr, das Lagerfett aus den Wälzlagern austreten, vermieden werden kann. Man kann hier von einem nahezu drucklosen Umlauf des Kühlmittels sprechen. In den schraubenspindelförmigen Kühlkanälen kann ein gasförmiges Kühlmittel wie z.B. Luft, ein Aerosol oder Ölnebel umwälzbar zirkulieren. Hierdurch können insbesondere die Bereiche optimal gekühlt werden, bei denen die Abfuhr von Verlustwärme problematisch ist.
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Mit anderen Worten kann durch die Führung des Kühlmittels, das beispielsweise Luft oder ein inertes Gas sein kann, durch die spiralförmigen bzw. schraubenspindelförmige Läuferkühlkanäle auf verschiedenen konzentrischen Kreisen in beide Richtungen angetrieben werden, wobei der Kühlmittelkreislauf einen rechts- und einen linksgängigen Schraubenspindelförmigen Läuferkühlkanal umfassen kann. Weiterhin kann das Kühlmedium durch auftretende Fliehkräfte direkt auf einen Wickelkopf geblasen bzw. geschleudert werden, wodurch insbesondere die Bereiche optimal gekühlt werden können, bei denen die Abfuhr von Verlustwärme problematisch ist. Da die erfindungsgemäße Lösung ohne separates Lüfterrad auskommt, ist hier keine zusätzliche Bearbeitung der Läuferwelle für die Lüfterrad Montage erforderlich, wodurch neben einer Kosteneinsparung auch eine kürzere axiale Baulänge der elektrischen Maschine erzielbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der schraubenspindelförmige innere Kühlkanal und der schraubenspindelförmige äußere Kühlkanal einen Querschnitt aufweisen, welcher eine im Vergleich zu einem Kreis gleicher Querschnittsfläche vergrößerten Umfang aufweist. Dabei kann der Querschnitt beispielsweise eine annähernd ovale, dreieckige, rechteckige oder auch langlochähnliche Form aufweisen, welche jeweils entsprechend dem Teilkreisradius der konzentrischen Kreise gebogen ausgeführt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass eine größere Wärmeübergangsfläche zur Kühlung des Läufers zur Verfügung steht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Summe von Querschnittsflächen des wenigstens einen bevorzugt schraubenspindelförmigen inneren Kühlkanals gleich einer Summe von Querschnittsflächen des wenigstens einen bevorzugt schraubenspindelförmigen äußeren Kühlkanals. Dies sorgt für eine gleichmäßige Durchströmung der Kühlkanäle auf den unterschiedlichen konzentrischen Kreisen, wodurch Verwirbelungen durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten vermieden werden können.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, welche ein Rotorblechpaket gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Weiterhin umfasst die Maschine ein bevorzugt geschlossenes Gehäuse, innerhalb welchem das Rotorblechpaket und ein Stator mit Stator-Wickelköpfen angeordnet sind. Somit können rotierende und feststehende Komponenten der elektrischen Maschine wie vorstehend beschrieben mittels der Kühlkanäle innerhalb des Rotorblechpakets gekühlt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind an einem Umfang des Gehäuses von einem Kühlmedium durchströmbare Primär-Kühlkanäle für einen Außenkühlkreislauf angeordnet. Damit wird ermöglicht, Wärme an ein gasförmiges oder flüssiges primäres Kühlmedium des Außenkühlkreislaufs abzuführen, wodurch eine Rückkühlung von Kühlmittel in dem Innenkühlkreislauf der elektrischen Maschine deutlich verbessert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind an einem Lagerschild oder an dem Gehäuse der elektrischen Maschine Wärmeübertragungsflächen mittels Flächenrippen und/oder Nadelrippen vergrößert. Damit kann insbesondere radial angesaugte Luft über den ganzen Umfang des Lagerschildes bzw. des Gehäuses radial nach innen über Rippen geführt werden. Die zur Wärmeabgabe wirksame Gehäuseoberfläche wird somit vergrößert und der Wärmeaustausch und damit die Kühlung optimiert. Dies führt zu einer höheren Zuverlässigkeit und Lebensdauer der elektrischen Maschine. Das Lagerschild bzw. Gehäuse besteht typischerweise aus gut wärmeleitenden Materialien, meist einer Aluminiumlegierung mit einer für den Anwendungsfall angepassten und geeigneten geometrischen Struktur und Oberflächenbeschaffenheit.
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Grundsätzlich ist der Wärmeübergang vom Kühlkörper zur umgebenden Kühlmittel abhängig von der Temperaturdifferenz, der wirksamen Oberfläche und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft. Um einen vorteilhaften Wärmeübergang zu ermöglichen, können die Flächen- und/oder Nadelrippen daher folgende Merkmale aufweisen: Sie können aus gut wärmeleitfähigen Material bestehen. Die Rippen können weiterhin möglichst fein sein. Ferner können eine dicke Wurzel und möglichst viele Rippen eine möglichst große Oberfläche besitzen, denn eine höhere Rippendichte führt zu einer Vergrößerung der Wärmeabgabefläche und damit zu einer höheren Effizienz für die Kühlung. Außerdem kann die Rippengeometrie in Richtung des Volumenstromes ausgereichtet sein.
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Die elektrische Maschine kann weiterhin als Asynchronmaschine ausgeführt sein. Dadurch wird ermöglicht, dass Lüfterflügel direkt an einem Kurzschlussring z.B. eines Aluminium-Druckgussläufers mit angegossen werden können.
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Als Kühlmedium kann insbesondere ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch bzw. ein Aerosol zum Einsatz kommen. Mit anderen Worten kann ein Aerosol zum Durchströmen des wenigstens einen bevorzugt schraubenspindelförmigen inneren Kühlkanals und des wenigstens einen bevorzugt schraubenspindelförmigen äußeren Kühlkanals vorgesehen sein. Für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch gilt, dass nach Inbetriebnahme der elektrischen Maschine mit Hilfe der rotierenden Komponenten ein Aerosol aus dem Flüssigkeits-Gas-Gemisch erzeugt wird.
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Das Aerosol hat dabei den Vorteil, dass zum einen eine Scherbeanspruchung der Komponenten gering bleibt, also die Reibungsverluste, die z.B. bei der Verwendung einer Kühlflüssigkeit wie Öl auftreten würden, vermieden werden. Zum anderen besitzt das Aerosol gegenüber Luft eine sehr viel höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit, so dass eine sehr viel bessere Wärmeableitung rotorseitig über das geschlossene Gehäuse möglich ist. So können Lagerschild bzw. Gehäuse flüssigkeitsgekühlt sein, um an der Gehäusewandung mit dem im Inneren der Maschine zirkulierenden Kühlmedium zum Wärmetausch in Kontakt zu treten. Bei den Materialeigenschaften der Flüssigkeit sind dabei die Viskosität, Entflammbarkeit, Temperaturresistenz, spezifische Wärmeleitfähigkeit und Aerosolbildungsfähigkeit zu beachten. Auf diese Weise kann die Auswahl der Flüssigkeit der jeweiligen Applikation angepasst werden. Als besonders geeignet haben sich in diesem Zusammenhang insbesondere Öle herausgestellt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren erfolgt ein Bereitstellen einer Mehrzahl von Blechen und es werden mehrere Wicklungsnuten in jedes der Bleche gestanzt, so dass die Wicklungsnuten kreisringförmig und äquidistant angeordnet sind. Weiterhin erfolgt ein Stanzen von wenigstens einem inneren Durchbruch in jedes der Bleche auf einem inneren Kreisring und es wird wenigstens ein äußerer Durchbruch in jedes der Bleche auf einem äußeren Kreisring gestanzt, wobei der äußere Kreisring den inneren Kreisring konzentrisch umgibt. Weiterhin sind der wenigstens eine innere Durchbruch und der wenigstens eine äußere Durchbruch in Umfangsrichtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass bei einem sich anschließenden Stapeln der Bleche zu dem Rotorblechpaket in einer Stapelrichtung wenigstens ein durch das Rotorblechpaket verlaufender innerer Kühlkanal und wenigstens ein durch das Rotorblechpaket verlaufender äußerer Kühlkanal gebildet werden, wenn die inneren Durchbrüche und die äußeren Durchbrüche von in der Stapelrichtung versetzten Blechen bei deckungsgleichen Wicklungsnuten in Umfangsrichtung der Bleche um ein ganzzahliges Vielfaches eines Nutsprungs versetzt zueinander angeordnet werden.
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Die Bleche werden gemäß dem Verfahren zueinander tordiert und deckungsgleich aufeinander gestapelt. Bei den Blechen handelt es sich insbesondere um kongruente Bleche mit jeweils mehreren gleichförmigen inneren Durchbrüchen auf dem inneren Kreis und mehreren gleichförmigen äußeren Durchbrüchen auf dem äußeren Kreis. Das Tordieren bzw. das versetzte Anordnen in Umfangsrichtung erfolgt um mindestens eine Nut der Rotorwicklung bzw. um mindestens einen Nutsprung und bevorzugt um ein Vielfaches eines Nutsprungs. Die äußere Kontur der Kühlkanäle wird dabei durch die Kontur der Durchbrüche bestimmt.
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Mit „deckungsgleich“ ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die gedachten Kreisringe, entlang derer die Wicklungsnuten angeordnet sind, jeweils von einem Blech zu einem unmittelbar benachbarten Blech in Stapelrichtung kongruent übereinander liegen. Dies führt in dem zusammengesetzten Blechpaket zu einer Schränkung der Durchbrüche, welche auf den in Stapelrichtung versetzt bzw. spiralförmig zueinander angeordneten Blechen vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind die Wicklungsnuten von in der Stapelrichtung versetzten Blechen derart verdreht bzw. tordiert zueinander angeordnet, dass in der Gesamtheit mehrere schraubenspindelförmige Kühlkanäle ausgebildet werden, wobei das Design der Kühlkanäle auf dem Prinzip der archimedischen Schraube beruht.
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Um einen Innenkreislauf für Kühlmittel innerhalb eines Gehäuses einer elektrischen Maschine zu realisieren, ist im Rotorblechpaket auf konzentrischen Kreisen ein linksgängiger Kühlkanal und ein rechtsgängiger Kühlkanal vorgesehen. Die Richtung des jeweiligen spiralförmigen Kühlkanals ist dabei abhängig vom Nutsprung in Abhängigkeit von einer Teilung der Wicklungsnut und einer Teilung der Durchbrüche auf den konzentrischen Kreisen in den einzelnen Rotorblechen, welche beim Stapeln jeweils entgegengesetzt gerichtete schraubenspindelförmige Kühlkanäle ausbilden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine Längsschnitt-Darstellung einer elektrischen Maschine mit einem innengekühlten Rotor,
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2 eine Frontalansicht eines Rotorblechpaketpakets mit inneren und äußeren Kühlkanälen,
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3 eine vergrößerte Detailansicht von inneren und äußeren Kühlkanälen nach 2,
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4 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Rotorblechpakets nach 2,
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5 eine vergrößerte Detailansicht von Wicklungsnuten sowie inneren und äußeren Kühlkanälen nach 4,
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6 eine Frontalansicht eines weiteren Rotorblechpakets mit inneren und äußeren Kühlkanälen,
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7 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Rotorblechpakets nach 6,
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8 eine weitere perspektivische Ansicht eines Teils des Rotorblechpakets nach 6 und
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9 eine vergrößerte Detailansicht von Wicklungsnuten sowie inneren und äußeren Kühlkanälen nach 8.
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1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Innenkühlkreislauf 3, dessen Förderrichtung innerhalb des Gehäuses 2 mit Pfeilen veranschaulicht ist. Eine Rotorwelle 4 ist mittels zweier Lager 5 drehbar innerhalb des Gehäuses 2 gelagert. Ein Rotor 6 umfasst ein Rotorblechpaket 7, das drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden ist. Bei rotierender Rotorwelle 4 dreht sich somit das Rotorblechpaket 7 bzw. der Rotor 6 als Ganzes. Der Rotor 6 wird mit geringem Abstand radial von einem fest stehenden Stator 8 umgeben, welcher an seinen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils einen Stator-Wickelkopf 9 und 10 aufweist, welche in axialer Richtung L über zwei einander gegenüberliegende axiale Stirnseiten des Rotors 6 hinausragen.
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Um einen axialen Luftdurchzug durch das Rotorblechpaket 7 des Rotors 6 zu ermöglichen, weisen benachbarte Bleche des Rotorblechpakets 7 eine Schrägung bzw. eine Schränkung zueinander auf (vgl. 2 bis 5), um eine möglichst große Oberfläche und ein schraubenspindelförmiges Design von Kühlkanälen zu erhalten, welches auf dem Funktionsprinzip der archimedischen Schraube beruht. Um den Innenkühlkreislauf 3 zu realisieren, sind im Rotorblechpaket 7 auf konzentrischen Kreisen jeweils wenigstens ein linksgängiger schraubenspindelförmiger innerer Kühlkanal 11 und wenigstens ein rechtsgängiger schraubenspindelförmiger äußerer Kühlkanal 12 vorgesehen, welche somit entgegengesetzt zueinander orientiert sind. Durch diese Kühlkanäle 11 und 12 erhält man die Möglichkeit, bei einer Rotation des Rotorblechpakets 7 ein Kühlmittel für den Innenkühlkreislauf 3 zu fördern. Das heißt ein Kühlmittel kann axial durch den Rotor 6 z.B. von rechts nach links durch den rechtsgängigen äußeren Kühlkanal 12 gefördert werden. Bei dem Kühlmittel kann es sich z.B. um Luft oder ein Aerosol handeln.
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Nach einem Austritt des Kühlmittels aus dem Rotorblechpaket 7 kann das Kühlmittel durch Fliehkräfte gegen einen inneren Gehäusewandabschnitt 13 des Gehäuses 2 in Richtung des in 1 links dargestellten Stator-Wickelkopfs 9 der elektrischen Maschine 1 geschleudert werden. Durch den Kontakt mit dem Gehäusewandabschnitt 13 kann das Kühlmittel zurückgekühlt werden und beim Durchströmen des Stator-Wickelkopfes 9 kann das Kühlmittel wiederum Wärme aufnehmen. Insgesamt sind vier innere Gehäusewandabschnitte 13 in Bereichen innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet, in welche aus den Kühlkanälen 11 bzw. 12 austretendes Kühlmittel geschleudert wird. Die Gehäusewandabschnitte 13 können zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen Flächenrippen oder Nadelrippen aufweisen.
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In der gezeigten beispielhaften Anordnung umströmt bzw. durchströmt das Kühlmittel den Stator-Wickelkopf 9 zwangsweise, weil es hier schon dem Sog des linksgängigen Kühlkanals 12 unterliegt. Durch den linksgängigen Kühlkanal 11 kann das Kühlmittel wiederum axial von der linken Seite zur rechten Seite des Rotorblechpakets 7 gefördert werden. Das Kühlmittel wird hier wiederum durch die Einwirkung von Fliehkräften in Richtung des rechten Stator-Wickelkopfs 10 geschleudert. Zuerst wird das nun reichlich wärmebeladene Kühlmittel unter Einfluss des Soges des rechtsgängigen Kühlkanals 12 zur Rückkühlung an dem Gehäusewandabschnitt 13 entlanggeführt, und dann umströmt bzw. durchströmt das Kühlmittel den Stator-Wickelkopf 10. Die Fördermenge des Kühlmittels hängt dabei insbesondere ab von der Drehzahl, dem Durchmesser der konzentrischen Kreise, der Steigung der Kühlkanäle 11 und 12 sowie der Reibung des Mediums an den Kühlkanälen 11 und 12.
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2 bis 5 zeigen einen Stapel des Rotorblechpakets 7, welches in der elektrischen Maschine 1 nach 1 zum Einsatz kommen kann. Das Rotorblechpaket 7 umfasst mehrere in Längsrichtung L des Rotors 6 übereinander gestapelte, identische Bleche 14. Die Bleche 14 umfassen jeweils acht innere Durchbrüche 15 auf einem gedachten inneren Kreisring 16, wobei die inneren Durchbrüche 15 aller übereinander gestapelter Bleche 14 insgesamt acht durch das Rotorblechpaket 7 verlaufende schraubenspindelförmige innere Kühlkanäle 11 ausbilden, welche linksorientiert sind. Die Bleche 14 umfassen weiterhin jeweils neun äußere Durchbrüche 17 auf einem gedachten äußeren Kreisring 18, welcher konzentrisch um den inneren Kreisring 16 angeordnet ist. Dabei bilden die äußeren Durchbrüche 17 aller übereinander gestapelter Bleche 14 insgesamt neun durch das Rotorblechpaket 7 verlaufende schraubenspindelförmige äußere Kühlkanäle 12 aus, welche rechtsorientiert sind.
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Jeder der gestanzten Durchbrüche 15 und 17 eines jeweiligen Blechs 14 verbindet einander gegenüberliegende Stirnseiten S des Blechs 14 miteinander und bildet einen Abschnitt der parallel zueinander verlaufenden, schraubenspindelförmigen Kühlkanäle 11 bzw. 12 aus, welche dadurch entstehen, dass die einzelnen Bleche 14 deckungsgleich in Längsrichtung L des Rotors 6 zu dem Rotorblechpaket 7 gestapelt werden, wobei jedes einzelne Blech 14 in Umfangrichtung U versetzt zueinander angeordnet wird. Jedes einzelne Blech 14 weist ferner insgesamt 60 sich radial nach außen erstreckende, identische Wicklungsnuten 19 auf, welche äquidistant angeordnet und entlang eines äußeren Umfangs des Blechs 14 um jeweils einen Nutsprung 20 verteilt sind. Der Nutsprung 20 ist hierbei der umfängliche Abstand bzw. der Winkelabstand (in diesem Fall 6°) zweier benachbarter Wicklungsnuten 19 zueinander.
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Die Bleche 14 werden in dem durch 2 bis 5 gezeigten Beispiel derart zueinander verdreht gestapelt, dass die Wicklungsnuten 19 bzw. die Durchbrüche 15 und 17 von in der Stapelrichtung L versetzten Blechen 14 in einer Umfangsrichtung U der Bleche 14 von einem Blech zu einem unmittelbar benachbarten Blech versetzt zueinander angeordnet sind. Die Durchbrüche 15 und 17 der in Stapelrichtung L versetzten Bleche sind dabei in der Umfangsrichtung U der Bleche 14 um jeweils sieben Nutsprünge 20, d.h. um 7·6° = 42° versetzt zueinander angeordnet. Durch diese geschränkte Stapelung ergeben sich der linksgängige Kühlkanal 11 und der rechtsgängige Kühlkanal 12, die untereinander parallel verlaufen. Durch diesen „Sprung“ beim Stapeln der einzelnen Bleche 14 jeweils auf die siebte Wicklungsnut 19 entsteht eine Schränkung der Durchbrüche 15 und 17 auf den konzentrischen Kreisen 16 und 18 mit unterschiedlicher Teilung. Für die Durchbrüche 17, welche die äußeren Kühlkanäle 12 bilden, mit 40° Teilung (360° geteilt durch 9 äußere Durchbrüche 17) bedeutet das Rechtsspiralen mit einer Steigung von einem der Bleche zu einem unmittelbar benachbarten Blech von 2°. Für die Durchbrüche 15, welche die inneren Kühlkanäle 11 bilden, mit 45° Teilung (360° geteilt durch 8 innere Durchbrüche 15) bedeutet das Linksspiralen mit einer Steigung von einem der Bleche zu einem unmittelbar benachbarten Blech von –3°.
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6 bis 9 zeigen ein Rotorblechpaket 7, welches in der elektrischen Maschine 1 nach 1 zum Einsatz kommen kann und sich von dem Rotorblechpaket nach 2 bis 5 durch die Anzahl an äußeren Durchbrüchen (insgesamt 60) unterscheidet, wobei die Anzahl an Wicklungsnuten insgesamt 60 und inneren Durchbrüchen insgesamt 8 beträgt (wie in dem Beispiel nach 2 bis 5 insgesamt 8). Daraus ergibt sich ein Nutsprung 20 von 360°/60 = 6° und ein identischer Winkelabstand zwischen zwei benachbarten äußeren Durchbrüchen 17. Ein Winkelabstand zwischen zwei benachbarten inneren Durchbrüchen 15 beträgt 360°/8 = 45°.
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Die Durchbrüche 15 und 17 der in Stapelrichtung L versetzten Bleche sind in der Umfangsrichtung U der Bleche 14 um jeweils sieben Nutsprünge, d.h. um 7·6° = 42° versetzt zueinander angeordnet. Durch diese geschränkte Stapelung ergeben sich der linksgängige innere Kühlkanal 11 und der äußere Kühlkanal 12, die untereinander parallel verlaufen. Durch diesen „Sprung“ beim Stapeln der einzelnen Bleche 14 jeweils auf die siebte Wicklungsnut entsteht eine Schränkung der inneren Durchbrüche 15 auf den konzentrischen Kreisen mit unterschiedlicher Teilung. Für die Durchbrüche 17, welche die äußeren Kühlkanäle 12 bilden, mit 6° Teilung (360° geteilt durch 60 äußere Durchbrüche 17) bedeutet das einen axialen Verlauf des äußeren Kühlkanals 17 mit einer Steigung von einem der Bleche zu einem unmittelbar benachbarten Blech von 0°, das heißt die äußeren Kühlkanäle 12 verlaufen in axialer Richtung L geradlinig durch das Rotorblechpaket 7. Für die inneren Durchbrüche 15, welche die inneren Kühlkanäle 11 bilden, mit 45° Teilung (360° geteilt durch 8 innere Durchbrüche 15) bedeutet das Linksspiralen mit einer Steigung von einem der Bleche zu einem unmittelbar benachbarten Blech von –3°.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4242132 A1 [0003]
- DE 4443427 C2 [0004]
