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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlfluidführungsanordnung zum Kühlen eines mit einer Rotorwelle verbundenen Rotors einer elektrischen Maschine mit einem geschlossenen Kühlfluidführungskreislauf. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer Kühlfluidführungsanordnung.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2017 112 835 A 1 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem oberflächennahe Kühlstrukturen um eine Rotorwelle des Elektromotors verlaufen. Eine vorgesehene Fremdkühlung des Elektromotors wird durch flache Kühlwasser- und Ölleitungen realisiert, welche entlang der Strukturen verlaufen, wobei die Ölleitungen abschnittsweise zwischen jeweils zwei benachbarten Abschnitten der breiteren Kühlwasserleitungen eingebettet sind. Es hat sich gezeigt, dass die bekannte Kühlanordnung konstruktiv aufwändig und kostenintensiv ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kühlfluidführungsanordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit der Kühlfluidführungsanordnung vorzuschlagen, welche einerseits eine optimale Kühlung ermöglichen und andererseits konstruktiv einfach und kostengünstig realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 11 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Kühlfluidführungsanordnung zum Kühlen eines mit einer Rotorwelle verbundenen Rotors einer elektrischen Maschine mit einem geschlossenen Kühlfluidführungskreislauf vorgeschlagen. Um eine besonders konstruktiv einfache und kostengünstige sowie optimierte Kühlung vorzusehen, ist eine Kühlfluidführungshülse mit zumindest einem Kühlfluidführungsverlauf entlang des Außenumfanges und eine die Kühlfluidführungshülse umgebende Kühlfluidmantelhülse zum Bilden des geschlossenen Kühlfluidführungskreislaufes vorgesehen.
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Auf diese Weise wird eine besonders konstruktiv einfache und kostengünstige Kühlfluidführungsanordnung realisiert, die eine optimale Abführung der entstehenden Abwärme des Rotors und einer Rotorwelle sowie von Wickelköpfen eines Stators und von weiteren im Gehäuse angeordneten Bauteilen ermöglicht. Durch das Vorsehen einer Kühlfluidführungshülse und einer Kühlfluidmantelhülse werden in vorteilhafterweise nur zwei Bauteile für die Realisierung des abgeschlossenen Kühlfluidführungskreislaufes verwendet, wobei es möglich wäre, auch einen einteiligen Aufbau vorzusehen.
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Die Art des Kühlfluidführungskreislaufes kann bei der vorgeschlagenen Kühlfluidführungsanordnung auf verschiedene Arten realisiert werden. Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein spiralförmiger Verlauf vorgesehen ist, der sich quasi spiralförmig um den Außenumfang der Kühlfluidführungshülse schlängelt. Besonders vorteilhaft ist ein zweispiraliger Verlauf, sodass das Kühlfluid durch den ersten spiralförmigen Verlauf zugeführt und durch den zweiten spiralförmigen Verlauf abgeführt wird.
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Eine andere Art der Kühlfluidführung kann bei der vorgeschlagenen Kühlfluidführungsanordnung dadurch realisiert werden, dass als Kühlfluidführungsverlauf ein mäanderförmiger Verlauf oder dergleichen vorgesehen ist. Um einen zum Beispiel mäanderförmigen Verlauf zu realisieren, können über den Umfang verteilt mehrere von dem Umfang der Kühlfluidführungshülse abstehende Führungsstege oder dergleichen angeordnet sein, um den gewünschten mäanderförmigen Verlauf um den Umfang der Kühlfluidführungshülse vorzusehen.
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Um eine optimale Kühlwirkung mit der vorgeschlagenen Kühlfluidführungsanordnung zu erreichen, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die mit der Kühlfluidmantelhülse verbundene Kühlfluidführungshülse radial zwischen der Rotorwelle und dem Rotor angeordnet und mit der Rotorwelle und dem Rotor verbunden sind. Somit ist der vorgesehene Kühlfluidkreislauf mit der Kühlfluidführungshülse und der Kühlfluidmantelhülse radial innerhalb des Rotors und radial außerhalb der Rotorwelle angeordnet.
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Auf diese Weise ist die Kühlfluidführungsanordnung koaxial zur Rotorwelle und zum Rotor quasi radial zwischen diesen beiden Bauteilen angeordnet. Demzufolge kann das durch die Kühlfluidführungsanordnung strömende Kühlfluid die Abwärme des Rotors radial außen direkt aufnehmen. Ferner kann die beispielsweise über einen geeigneten Luftführungskanal beziehungsweise Luftführungsverlauf der Rotorwelle durchströmende Luft an dem Innenumfang der Kühlfluidführungshülse ausreichend gekühlt werden. Somit dient sowohl der Außenumfang als auch der Innenumfang der Kühlfluidführungsanordnung quasi als Flächenkühler für den Rotor und die Rotorwelle sowie für weitere im Gehäuse vorgesehene Bauteile der elektrischen Maschine.
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Eine besonders bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Kühlfluidführungsanordnung mit Kühlfluid von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten oder ortsfesten beziehungsweise gehäuseseitigen Kühlfluidversorgung versorgt wird. Da die Kühlfluidführungshülse bei einer Verbindung mit der Rotorwelle drehend gelagert ist, kann der Kühlfluidkreislauf über eine Drehdurchführung mit der Kühlfluidführungsanordnung strömungsmäßig verbunden sein.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass eine elektrische Maschine mit der vorbeschriebenen Kühlfluidführungsanordnung beansprucht wird, sodass sich die vorbeschriebenen Vorteile und weitere Vorteile ergeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine teilgeschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kühlfluidführungsanordnung in einer elektrischen Maschine;
- 2 eine Einzelteilansicht einer Kühlfluidführungshülse der Kühlfluidführungsanordnung mit einem spiralförmigen Kühlfluidführungsverlauf gemäß 1;
- 3 eine geschnittene Ansicht der mit einer Kühlfluidmantelhülse verbundenen Kühlfluidführungshülse gemäß 1 und 2;
- 4 eine teilgeschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kühlfluidführungsanordnung in der elektrischen Maschine;
- 5 eine Einzelteilansicht der Kühlfluidführungshülse mit einem mäanderförmigen Kühlfluidführungsverlauf gemäß 4;
- 6 eine geschnittene Ansicht der mit der Kühlfluidmantelhülse verbundenen Kühlfluidführungshülse gemäß 4 und 5; und
- 7 eine Einzelteilansicht einer mit einem spiralförmigen Luftführungskanal versehenen Rotorwelle der elektrischen Maschine.
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In den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kühlfluidführungsanordnung beispielhaft dargestellt, während die 4 bis 6 eine zweite mögliche Ausführungsvariante der Kühlfluidführungsanordnung zeigen. 7 zeigt beispielhaft eine mit einer Luftkühlung versehene Rotorwelle 1 einer elektrischen Maschine. Als Kühlfluid kann vorzugsweise Wasser oder ein Wasser-Glykolgemisch oder auch andere Fluide, wie zum Beispiel Öl, verwendet werden.
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Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten realisiert die vorgeschlagene Kühlfluidführungsanordnung zum Kühlen eines mit einer Rotorwelle 1 verbundenen Rotors 6 und eines Stators 8 einer elektrischen Maschine einen geschlossenen Kühlfluidführungskreislauf. Die Rotorwelle 1 ist mit einer Antriebswelle 18 der elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung verbunden.
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Um eine konstruktiv einfache und kostengünstige sowie effiziente Kühlung zu realisieren, ist vorgesehen, dass eine Kühlfluidführungshülse 2, 2 A mit zumindest einem Kühlfluidführungsverlauf entlang des Außenumfanges und eine die Kühlfluidführungshülse 2, 2 A umgebende Kühlfluidmantelhülse 3, 3 A vorgesehen sind. Dadurch, dass die Kühlfluidführungshülse 2, 2 A mit der Kühlfluidmantelhülse 3, 3 A verbunden ist, wird der geschlossene Kühlfluidkreislauf gebildet.
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Im Rahmen einer ersten in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsvariante der Kühlfluidführungsanordnung weist die Kühlfluidführungshülse 2 als Kühlfluidführungsverlauf einen spiralförmigen Verlauf auf. Am Außendurchmesser der Kühlfluidführungshülse 2 sind ein erster spiralförmiger Verlauf 4 für eine Kühlfluidzuführung und ein in entgegengesetzter Richtung zweiter spiralförmiger Verlauf 5 für eine Kühlfluidabführung vorgesehen.
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In 1 ist die erste Ausführungsvariante der Kühlfluidführungsanordnung beispielhaft in einer elektrischen Maschine in einer Schnittansicht dargestellt. Die mit der Kühlfluidmantelhülse 3 verbundene Kühlfluidführungshülse 2 ist radial zwischen der Rotorwelle 1 und dem Rotor 6 in einem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine angeordnet. Die Kühlfluidführungsanordnung ist somit koaxial zur Rotorwelle 1 und zum Rotor 6 angeordnet und befindet sich radial innerhalb des Rotors 6 und radial außerhalb der Rotorwelle 1. Demzufolge kann die Kühlfluidführungsanordnung sowohl die Abwärme des Rotors 6 und der Wickelköpfe eines Stators 8 in dem Gehäuse 7 als auch die Abwärme der Rotorwelle 1 abführen.
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Wie insbesondere aus der Einzelteilansicht gemäß 7 ersichtlich ist, weist der Außenumfang der Rotorwelle 1 einen spiralförmigen Luftführungsverlauf beziehungsweise -kanal 9 auf, sodass ein Luftstrom zur Luftkühlung in dem Gehäuse 7 durch die drehende Rotorwelle 1 erzeugt wird. Der Luftstrom wird an dem Innenumfang der Kühlfluidführungshülse 2 zum Abkühlen entlanggeführt.
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Aus der Darstellung gemäß 1 und 2 ist ersichtlich, dass ein Kühlfluidzulauf 15 und ein Kühlfluidablauf 16 an einem gemeinsamen Ende der Kühlfluidführungshülse 2 am Umfang gegenüberliegend angeordnet sind. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der Kühlfluidführungsanordnung ist vorgesehen, dass der Kühlfluidkreislauf mit seinem Kühlfluidzulauf 15 und seinem Kühlfluidablauf 16 über einen Kühlfluidzulaufkanal 10 und einen Kühlfluidablaufkanal 11 einer Drehdurchführung 12 mit einem gehäuseseitigen Kühlfluidführungskreislauf verbunden ist. Die zweikanalige Drehdurchführung 12 umfasst zwei Verteilerhülsen, die eine getrennte Kühlfluidzuführung und eine getrennte Kühlfluidabführung vorsehen. Es ist jedoch auch möglich, dass eine andere Verbindung zur Kühlfluidversorgung vorgesehen wird.
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Die entsprechende Strömungsrichtung des Kühlfluids in dem ersten spiralförmigen Verlauf 4 und in dem zweiten spiralförmigen Verlauf 5 ist durch entsprechende Pfeile in 2 angedeutet. 3 zeigt die Kühlfluidführungshülse 2 mit der verbundenen Kühlfluidmantelhülse 3 in einer geschnittenen Ansicht.
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In 4 ist eine zweite Ausführungsvariante der Kühlfluidführungsanordnung in dem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine beispielhaft dargestellt. Bei der zweiten Ausführungsvariante weist die Kühlfluidführungshülse 2A einen mäanderförmigen Verlauf 17 auf. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsvariante ist auch die mit der Kühlfluidmantelhülse 3A verbundene Kühlfluidführungshülse 2A koaxial zum Rotor 6 und zur Rotorwelle 1 der elektrischen Maschine in dem Gehäuse 7 angeordnet. Demzufolge befindet sich die Kühlfluidführungshülse 2A mit der Kühlfluidmantelhülse 3A innerhalb des Rotors 6 und radial außerhalb der Rotorwelle 1. Auch bei der zweiten Ausführungsvariante wird eine entsprechende Luftkühlung durch die Rotorwelle 1 mit dem Luftführungskanal (9) in Verbindung mit der vorgesehenen Kühlfluidführungsanordnung gewährleistet. Ferner wird auch bei der zweiten Ausführungsvariante der Kühlfluidzulauf 15 und der Kühlfluidablauf 16 über die Drehdurchführung 12 mit der außerhalb des Gehäuses 7 liegenden Kühlfluidversorgung verbunden.
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Die in 5 dargestellte Einzelteilansicht der Kühlfluidführungshülse 2A zeigt den mäanderförmigen Verlauf 17 zur Kühlfluidführung, wobei die Strömungsrichtung durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Hierzu sind mehrere über den Umfang verteilt angeordnete radial vom Außenumfang der Kühlfluidführungshülse 2 A abstehende Führungsstege 13 derart angeordnet, dass der mäanderförmige Verlauf 17 beispielsweise im Uhrzeigersinn entlang des Umfanges der Kühlfluidführungshülse 2A geführt wird. Am Ende des mäanderförmigen Verlaufes wird das Kühlfluid über einen stirnseitig angeordneten Führungskanal 14 in den Kühlfluidablauf 16 geleitet. Der Kühlfluidablauf 16 ist mit einem Kühlfluidablaufkanal 11 strömungsmäßig verbunden ist.
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Auch bei der zweiten Ausführungsvariante liegen der Kühlfluidzulaufkanal 10 bzw. der Kühlfluidzulauf 15 und der Kühlfluidablaufkanal 11 beziehungsweise der Kühlfluidablauf 16 an einem gemeinsamen Ende der Kühlfluidführungshülse 2A am Umfang gegenüberliegend.
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In 6 ist der montierte Zustand der zweiten Ausführungsvariante der Kühlfluidführungsanordnung gezeigt, bei der die Kühlfluidführungshülse 2A mit der Kühlfluidmantelhülse 3A verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorwelle
- 2, 2A
- Kühlfluidführungshülse
- 3, 3A
- Kühlfluidmantelhülse
- 4
- erster spiralförmiger Verlauf
- 5
- zweiter spiralförmiger Verlauf
- 6
- Rotor
- 7
- Gehäuse
- 8
- Stator
- 9
- Luftführungskanal
- 10
- Kühlfluidzulaufkanal
- 11
- Kühlfluidablaufkanal
- 12
- Drehdurchführung
- 13
- Führungssteg
- 14
- stirnseitiger Führungskanal
- 15
- Kühlfluidzulauf
- 16
- Kühlfluidablauf
- 17
- mäanderförmiger Verlauf
- 18
- Antriebswelle der elektrischen Maschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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