-
EINLEITUNG
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Elektromotor mit einem Rotorendring. Insbesondere bietet ein Rotorendring der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte Sprühung von Kühlmittel auf die Statorendwindungen und verringert die Wahrscheinlichkeit, dass Kühlmittel über einen Außenumfang des Rotorendrings zurück in den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor filtriert wird.
-
Kühlmittel wird durch den Rotor geleitet, um den Rotor während des Betriebs zu kühlen. Die in einem Elektromotor fließenden elektrischen Ströme erzeugen Wärme, und wenn ein Teil dieser Wärme nicht abgeführt wird, kann es zu Schäden oder Ausfällen des Elektromotors kommen. Das Kühlmittel, das durch den Rotor fließt, tritt an beiden axialen Enden aus dem Rotor aus. Während sich der Rotor dreht, bewirken die Umfangskräfte, dass das Kühlmittel radial nach außen am Rotor vorbei und schließlich auf die Endwindungen des Stators fließt.
-
In aktuellen Elektromotoren fließt das Kühlmittel radial nach außen und berührt die Endwindungen des Stators an einem lokalisierten Punkt in der Nähe des Rotors. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass ein Teil des radial nach außen fließenden Kühlmittels in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor zurückfließt, was zu Drehverlusten im Elektromotor führt.
-
Während die gegenwärtigen Technologien ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, besteht daher ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Elektromotor mit einem Rotationsendring, der so beschaffen ist, dass er Kühlmittel radial nach außen auf die Endwindungen des Stators sprüht, und der einen Außenumfang aufweist, der so beschaffen ist, dass das Austreten von Kühlmittel in den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor minimiert wird.
-
BESCHREIBUNG
-
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Rotorendring für einen Elektromotor einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper, eine Vielzahl von Auslässen, die so angepasst sind, dass sie es dem Kühlmittel ermöglichen, von einer Rückseite des Körpers zu einer Stirnfläche des Körpers zu fließen, und eine Ausnehmung, die innerhalb der Stirnfläche des Körpers ausgebildet ist, wobei das Kühlmittel, das durch die Auslässe fließt, über die Ausnehmung zu einem Außenumfang des Körpers fließt, wobei der Außenumfang des Körpers so konfiguriert ist, dass er verhindert, dass das Kühlmittel über den Außenumfang von der Stirnfläche des Körpers zu der Rückseite des Körpers fließt.
-
Nach einem anderen Aspekt ist der Außenumfang des Körpers von der Stirnfläche zur Rückseite hin in einem Winkel relativ zu einer Mittelachse des Körpers radial nach innen abgeschrägt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der äußere Umfang des Körpers von der Stirnfläche zur Rückseite hin radial nach innen abgeschrägt, und zwar in einem Winkel relativ zu einer Mittelachse des Körpers, der zwischen ungefähr null Grad und fünfundvierzig Grad liegt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Teil der Stirnfläche des Körpers, der die in der Stirnfläche gebildete Aussparung umgibt, so angepasst, dass er das aus den Auslässen fließende Kühlmittel radial nach außen vom Rotorendring leitet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der Rotorendring ferner einen rampenförmigen Abschnitt, der sich von der Stirnfläche und in Umfangsrichtung um die Aussparung herum erstreckt und geeignet ist, Kühlmittel zu versprühen, das aus der Aussparung und über den rampenförmigen Abschnitt radial nach außen aus dem Rotorendring fließt.
-
Nach einem anderen Aspekt definiert der Rampenabschnitt einen Außendurchmesser und eine abgewinkelte Oberfläche.
-
Nach einem anderen Aspekt ist der Außendurchmesser des Rampenabschnitts koaxial mit und parallel zur Mittelachse des Körpers.
-
Nach einem anderen Aspekt definiert der Außendurchmesser des Rampenabschnitts eine Längslänge.
-
Nach einem anderen Aspekt erstreckt sich die abgewinkelte Oberfläche von der Stirnfläche radial nach außen in einem Winkel relativ zur Stirnfläche zum Außendurchmesser des Rampenabschnitts.
-
Gemäß einem anderen Aspekt erstreckt sich die abgewinkelte Oberfläche linear von der Stirnfläche radial nach außen zum Außendurchmesser des Rampenabschnitts in einem Winkel relativ zur Stirnfläche, der zwischen etwa null Grad und fünfundsiebzig Grad liegt.
-
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Rotorendring für einen Elektromotor einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper mit einem Außenumfang, der von der Stirnfläche in Richtung der Rückseite in einem Winkel relativ zu einer Mittelachse des Körpers radial nach innen abgeschrägt ist, wobei der Außenumfang des Körpers so konfiguriert ist, dass er verhindert, dass Kühlmittel von der Stirnfläche des Körpers zur Rückseite des Körpers über den Außenumfang fließt, eine Vielzahl von Auslässen, die so angepasst sind, dass sie es dem Kühlmittel ermöglichen, von einer Rückseite des Körpers zu einer Stirnfläche des Körpers zu fließen, eine in der Stirnfläche des Körpers ausgebildete Ausnehmung, wobei Kühlmittel, das durch die Auslässe fließt, über die Aussparung in Richtung eines äußeren Umfangs des Körpers fließt, und einen Rampenabschnitt, der sich von der Stirnfläche und in Umfangsrichtung um die Aussparung herum erstreckt und angepasst ist, um Kühlmittel, das von der Aussparung und über den Rampenabschnitt fließt, von dem Rotorendring radial nach außen zu sprühen, wobei der Rampenabschnitt einen Außendurchmesser definiert, der koaxial mit und parallel zu der Mittelachse des Körpers ist, und eine abgewinkelte Oberfläche, die sich von der Stirnfläche in einem Winkel relativ zu der Stirnfläche radial nach außen zu dem Außendurchmesser des Rampenabschnitts erstreckt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der äußere Umfang des Körpers von der Stirnfläche zur Rückseite hin radial nach innen abgeschrägt, und zwar in einem Winkel relativ zu einer Mittelachse des Körpers, der zwischen ungefähr null Grad und fünfundvierzig Grad liegt.
-
Nach einem anderen Aspekt definiert der Außendurchmesser des Rampenabschnitts eine Längslänge.
-
Gemäß einem anderen Aspekt erstreckt sich die abgewinkelte Oberfläche linear von der Stirnfläche radial nach außen zum Außendurchmesser des Rampenabschnitts in einem Winkel relativ zur Stirnfläche, der zwischen etwa null Grad und fünfundsiebzig Grad liegt.
-
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Elektromotor ein Gehäuse, einen Stator, der stationär innerhalb des Gehäuses montiert ist und Endwindungen aufweist, eine drehbare zentrale Welle, einen Rotor, der auf der zentralen Welle zur Drehung innerhalb des Stators montiert ist, wobei der Stator, die zentrale Welle und der Rotor alle koaxial innerhalb des Gehäuses positioniert sind, und einen Rotorendring, der auf der zentralen Welle angrenzend an ein axiales Ende des Rotors montiert ist, wobei der Rotorendring einen ringförmigen scheibenförmigen Körper, eine Vielzahl von Auslässen, die so angepasst sind, dass sie es einem Kühlmittel ermöglichen, von einer Rückseite des Körpers zu einer Stirnfläche des Körpers zu fließen, und eine in der Stirnfläche des Körpers ausgebildete Aussparung umfasst, wobei das durch die Auslässe fließende Kühlmittel über die Aussparung in Richtung eines Außenumfangs des Körpers fließt, wobei der Außenumfang des Körpers so konfiguriert ist, dass er verhindert, dass das Kühlmittel über den Außenumfang von der Stirnfläche des Körpers in Richtung der Rückseite des Körpers und in einen umlaufenden Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor fließt.
-
Nach einem anderen Aspekt ist der Außenumfang des Körpers von der Stirnfläche zur Rückseite hin in einem Winkel relativ zu einer Mittelachse des Körpers radial nach innen abgeschrägt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der Rotorendring ferner einen rampenförmigen Abschnitt, der sich von der Stirnfläche und in Umfangsrichtung um die Aussparung herum erstreckt und geeignet ist, Kühlmittel zu versprühen, das aus der Aussparung und über den rampenförmigen Abschnitt radial nach außen aus dem Rotorendring fließt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt definiert der Rampenabschnitt des Rotorendrings einen Außendurchmesser, der koaxial und parallel zur Mittelachse des Körpers ist, und eine abgewinkelte Oberfläche.
-
Nach einem anderen Aspekt definiert der Außendurchmesser des Rampenabschnitts eine Längslänge.
-
Gemäß einem anderen Aspekt erstreckt sich die abgewinkelte Oberfläche linear von der Stirnfläche radial nach außen zum Außendurchmesser des Rampenabschnitts in einem Winkel relativ zur Stirnfläche, der zwischen etwa null Grad und fünfundsiebzig Grad liegt.
-
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich von selbst, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
-
Figurenliste
-
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist eine Schnittdarstellung eines Elektromotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorendrings gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linien 3-3 von 2;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorendrings gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 5 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linien 5-5 von 4.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
-
Bezug nehmend auf 1, ein Elektromotor 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse 12. Ein Stator 14 ist stationär innerhalb des Gehäuses 12 montiert. Der Stator 14 ist im Allgemeinen zylindrisch in der Form und umfasst Endwindungen 16 auf beiden axialen Enden davon. Eine drehbare zentrale Welle 18 wird von dem Gehäuse 12 getragen und erstreckt sich in Längsrichtung darin. Auf der zentralen Welle 18 ist ein Rotor 20 zur Drehung innerhalb des Stators 14 montiert. Der Stator 14, die zentrale Welle 18 und der Rotor 20 sind alle koaxial innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet. An jedem axialen Ende des Rotors 20 ist ein Rotorendring 22 auf der zentrale Welle 18 angebracht. Die zentrale Welle 18, der Rotor 20 und der Rotorendring 22 drehen sich einheitlich innerhalb des Gehäuses 12.
-
Durch den elektrischen Strom, der durch den Elektromotor 10 fließt, wird Wärme erzeugt. Kühlmittel zirkuliert durch den Elektromotor, um die Wärme abzuführen und den Elektromotor vor Überhitzung zu schützen. Kühlmittel wird radial nach innen auf die Endwindungen 16 des Stators 14 geleitet, wie durch die Pfeile 24 dargestellt. Außerdem fließt das Kühlmittel durch eine in der zentralen Welle 18 ausgebildete Bohrung 26 in den Elektromotor 10, wie durch Pfeile 28 angedeutet. Durchgänge 30 ermöglichen es dem Kühlmittel, radial nach außen in den Rotor 20 und in Längsrichtung zu den gegenüberliegenden axialen Enden des Rotors 20 zu fließen, wie durch Pfeile 32 angezeigt. Das Kühlmittel fließt dann durch den Rotorendring 22 und wird radial nach außen zu den Endwindungen 16 des Stators 14 geleitet, wie durch Pfeile 34 angezeigt.
-
Bezug nehmend auf 2 und 3 umfasst der Rotorendring 22 einen ringförmigen, scheibenförmigen Körper 36 und eine Vielzahl von Auslässen 38, die sich durch den Körper 36 erstrecken. Die Auslässe 38 sind in einem kreisförmigen Muster äquidistant voneinander beabstandet. Die Auslässe 38 sind so ausgelegt, dass Kühlmittel von einer Rückseite 40 des Körpers 36 zu einer Stirnfläche 42 des Körpers 36 fließen kann. Das Kühlmittel, das durch den Rotor 20 fließt, verlässt den Rotor 20 durch die Auslässe 38, die im Rotorendring 22 ausgebildet sind, wie durch die Pfeile 34 angezeigt.
-
In der Stirnfläche 42 des Körpers 36 ist eine kreisförmige Ausnehmung 44 ausgebildet. Unter Bezugnahme auf 3 fließt das Kühlmittel, das durch die Auslässe 38 fließt, wie durch die Pfeile 34 angezeigt, durch die Aussparung 44, wie durch die Pfeile 48 angezeigt, und in Richtung des Außenumfangs 46 des Körpers 36, wie durch die Pfeile 50 angezeigt. Schließlich fließt das Kühlmittel durch die Aussparung 44, radial nach außen zum Außenumfang 46 des Körpers 36 und radial nach außen auf die Endwindungen 16 des Stators 14, um eine zusätzliche Kühlung der Endwindungen 14 zu gewährleisten. Aufgrund der Drehung des Rotorendrings 22 wird das Kühlmittel durch Umfangskräfte mit relativ hoher Geschwindigkeit über die Stirnfläche 42 des Rotorendrings 22 getrieben und sorgt für eine effizientere Kühlung der Endwindungswicklungen 16, verglichen mit dem Kühlmittel, das radial nach innen auf die Endwindungswicklungen 16 fällt, wie durch die Pfeile 24 angezeigt.
-
Wie in 1 dargestellt, befindet sich zwischen dem Stator 14 und dem Rotor 20 ein Luftspalt 52. Kühlmittel, das in den Luftspalt 52 eintritt, führt zu Drehverlusten innerhalb des Elektromotors 10. Der Außenumfang 46 des Körpers 36 ist so konfiguriert, dass verhindert wird, dass Kühlmittel in Längsrichtung über den Außenumfang 46 von der Stirnfläche 42 des Körpers 36 in Richtung der Rückseite 40 des Körpers 36 fließt.
-
Bezug nehmend auf 3 ist der Außenumfang 46 des Körpers 36 von der Stirnfläche 42 zur Rückseite 40 hin in einem Winkel 54 relativ zu einer Mittelachse 56 des Körpers 36 radial nach innen abgeschrägt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Außenumfang 46 des Körpers 36 von der Stirnfläche 42 in Richtung der Rückseite 40 unter einem Winkel 54 relativ zu einer Mittelachse 56 des Körpers 36 radial nach innen abgeschrägt, der zwischen etwa null Grad und fünfundvierzig Grad liegt. Der Winkel 54 des Außenumfangs 46 kann ein beliebiger geeigneter Winkel sein, abhängig von der Konstruktion und den spezifischen Anforderungen einer bestimmten Anwendung.
-
Um Kühlmittel effektiv radial nach außen auf die Endwindungen 16 des Stators 14 zu sprühen, ist ein Teil der Stirnfläche 42 des Körpers 36, der die in der Stirnfläche 42 ausgebildete Aussparung 44 umgibt, so gestaltet, dass er das aus den Auslässen 38 fließende Kühlmittel radial nach außen aus dem Rotorendring 22 leitet. Unter Bezugnahme auf 4 und 5 enthält der Rotorendring 22 in einer beispielhaften Ausführungsform einen abgeschrägten Abschnitt 58, der sich von der Stirnfläche 42 und in Umfangsrichtung um die Ausnehmung 44 herum erstreckt. Der abgeschrägte Abschnitt 58 ist so ausgelegt, dass er Kühlmittel, das aus der Aussparung 44 und über den abgeschrägten Abschnitt 58 fließt, wie durch Pfeile 60 angedeutet, vom Rotorendring 22 radial nach außen auf die Endwindungen 16 des Stators 14 sprüht.
-
Der abgeschrägte Abschnitt 58 definiert einen Außendurchmesser 62 und eine abgewinkelte Oberfläche 64. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Außendurchmesser 62 des abgeschrägten Abschnitts 58 koaxial mit und parallel zur Mittelachse 56 des Körpers 36. In einer beispielhaften Ausführungsform hat der Außendurchmesser 62 eine Längslänge 66, die geringer ist als eine Dicke 68 des Körpers 36. Die Längslänge 66 des Außendurchmessers 62 kann eine beliebige geeignete Länge haben, die von der Konstruktion und den spezifischen Anforderungen einer bestimmten Anwendung abhängt.
-
Die abgewinkelte Oberfläche 64 erstreckt sich von der Stirnfläche 42 radial nach außen in einem Winkel 70 relativ zur Stirnfläche 42 bis zum Außendurchmesser 62 des Rampenabschnitts 58. In einer beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die abgewinkelte Oberfläche 64 linear von der Stirnfläche 42 radial nach außen zum Außendurchmesser 62 des Rampenabschnitts 58 unter einem Winkel 70 relativ zur Stirnfläche, der zwischen etwa null Grad und fünfundsiebzig Grad liegt. Der Winkel 70 der abgewinkelten Oberfläche 64 des Rampenabschnitts 58 kann jeder geeignete Winkel sein, abhängig von der Konstruktion und den spezifischen Anforderungen einer bestimmten Anwendung.
-
Ein Elektromotor 10 und ein Rotorendring 22 gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten mehrere Vorteile. Dazu gehören die Reduzierung/Verhinderung des Einfließens von Kühlmittel in den Luftspalt 52 zwischen dem Stator 14 und dem Rotor 20 und eine verbesserte Verteilung des Kühlmittels radial nach außen auf die Endwindungen 16 des Stators 14.
-
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung hat lediglich beispielhaften Charakter, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sind als im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegend zu betrachten. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
