DE112018004871T5

DE112018004871T5 - Elektrische rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112018004871T5
Application number: DE112018004871.3T
Authority: DE
Inventors: Yusuke KIMOTO; Junji Kitao; Tomohira Takahashi; Yoshihiro Miyama; Junichi Nakazono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US11451102B2; JPWO2019049394A1; JP6529682B1; CN111033952B; US20200274411A1; CN111033952A; WO2019049394A1

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Rotationsmaschine (1) mit einem Rotor (25) mit Rotorkern (31), in den Rotorkern (31) eingebetteten Dauermagneten (32) und stirnseitigen Endplatten (33, 34) zur Aufnahme von Endseiten des Rotorkerns (31) angegeben. Der Rotorkern (31) hat Rotor-Kühlmittelpassagen (52), durch die Kühlmittel zur Kühlung der Dauermagnete (32) in Axialrichtung der Welle (30) strömt. Die eine stirnseitige Endplatte (33) hat eine Endplatten-Kühlmittelpassage (54), die mit den Rotor-Kühlmittelpassagen (52) kommuniziert. Die Endplatten-Kühlmittelpassage (54) hat Kühlmittelbehälter (56), die jeweils in Radialrichtung der Welle (30) nach außen ragen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Rotationsmaschine mit Dauermagneten in einem Rotor.
STAND DER TECHNIK
Bei einer elektrischen Rotationsmaschine mit in einen Rotor eingebetteten Dauermagneten wird die Leistung aufgrund der Wärmeentwicklung bei gleichzeitiger Leistungssteigerung und Verkleinerung reduziert. Insbesondere dann, wenn die Temperatur der Dauermagnete ansteigt, kommt es zu einer Verringerung der magnetischen Koerzitivkraft der Dauermagnete, d.h. zu einer Entmagnetisierung. Als Folge davon verschlechtert sich die Leistung der elektrischen Rotationsmaschine stark. Daher hat man Techniken zur Bildung von Kühlmittelpassagen entwickelt, durch die Kühlmittel im Rotor hindurchgeführt werden, um die Dauermagnete unter Verwendung des Kühlmittels zu kühlen (vgl. Patentdokument 1).
In einer bekannten elektrischen Rotationsmaschine, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, werden in einer Welle eines Rotors eine Wellenmitten-Kühlmittelpassage und Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen ausgebildet. Die Wellenmitten-Kühlmittelpassage erstreckt sich in Axialrichtung der Welle. Die Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen erstrecken sich in Radialrichtung der Welle.
Eine bekannte elektrische Rotationsmaschine hat eine Endplatten-Kühlmittelpassage, die zwischen einer Stirnseite eines Rotorkerns, der ein Rotorhauptkörper bildet, und einer Endplatte ausgebildet wird, die so konfiguriert ist, dass sie den Rotorkern trägt und mit den Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen kommuniziert. Weiterhin sind im Stand der Technik elektrische Rotationsmaschinen sowie Rotor-Kühlmittelpassagen bekannt, die mit der Endplatten-Kühlmittelpassage kommunizieren und sich zu einer entsprechenden Vielzahl von in den Rotorkern eingebetteten Dauermagneten erstrecken. Bei der oben beschriebenen Struktur durchströmt das Kühlmittel die Rotor-Kühlmittelpassagen über die beiden Arten von Kühlmittelpassagen in der Welle und die Endplatten-Kühlmittelpassage, um dadurch die Dauermagnete zu kühlen.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2012-235 546 A
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der bekannten elektrische Rotationsmaschine tritt jedoch das folgende Problem auf.
Bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen elektrischen Rotationsmaschine wird das Kühlmittel zur Kühlung der Dauermagnete in die Wellenmitten-Kühlmittelpassage eingeführt, durch die Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen zur Zuführung in die Endplatten-Kühlmittelpassage und in die Rotor-Kühlmittelpassagen geführt, die jeweils in Richtung der Vielzahl der Magnete verlaufen. Auf das der Endplatten-Kühlmittelpassage zugeführte Kühlmittel wirkt durch die Drehung des Rotors eine Zentrifugalkraft. Dadurch wird das Kühlmittel gegen eine Außenfläche der Endplatten-Kühlmittelpassage in Radialrichtung der Welle gepresst. Weiterhin wird in vielen Fällen eine elektrische Rotationsmaschine so installiert, dass die Welle horizontal liegt.
In diesem Fall wirkt die Schwerkraft auf das Kühlmittel. So kann sich im oberen Bereich der Außenfläche der Endplatten-Kühlmittelpassage in Radialrichtung der Welle im Vergleich zum unteren Bereich nicht genügend Kühlmittel ansammeln. Bei bekannten elektrischen Rotationsmaschinen tritt somit das Problem auf, dass die von der Endplatten-Kühlmittelpassage zu den Rotor-Kühlmittelpassagen zuzuführende Kühlmittelmenge ungleichmäßig wird.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben beschriebenen Problems konzipiert und hat die Aufgabe, eine elektrische Rotationsmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, die Dauermagnete eines Rotors gleichmäßig zu kühlen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Rotor vorgesehen, der folgende Komponenten aufweist: einen Rotorkern; Dauermagnete, die in den Rotorkern eingebettet sind; und eine stirnseitigen Endplatte, die so konfiguriert ist, dass sie die eine Endseite des Rotorkerns trägt. Der Rotorkern verfügt über Rotor-Kühlmittelpassagen, durch die Kühlmittel zur Kühlung der Dauermagnete in Axialrichtung der Welle fließt. Die eine stirnseitige Endplatte hat eine Endplatten-Kühlmittelpassage, die mit den Rotor-Kühlmittelpassagen kommuniziert. Die Endplatten-Kühlmittelpassage hat Kühlmittelbehälter, die jeweils in Radialrichtung der Welle nach außen ragen.
Effekt der Erfindung
Bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Kühlmittel in der Endplatten-Kühlmittelpassage durch die Zentrifugalkraft gegen eine Außenfläche der Endplatten-Kühlmittelpassage in Radialrichtung der Welle gepresst. In der Endplatten-Kühlmittelpassage werden an der Außenseite der Endplatten-Kühlmittelpassage in Radialrichtung der Welle die Kühlmittelbehälter ausgebildet, die in Radialrichtung der Welle gegenüber anderen Bereichen der Außenfläche der Endplatten-Kühlmittelpassage nach außen vorstehen.
Bei Einwirkung der Schwerkraft wird auch im oberen Bereich der Endplatten-Kühlmittelpassage eine ausreichende Menge Kühlmittel im Kühlmittelbehälter angesammelt. Dadurch wird das Kühlmittel gleichmäßig und stabil der Vielzahl der Rotor-Kühlmittelpassagen aus der Endplatten-Kühlmittelpassage zugeführt.
So kann die elektrische Rotationsmaschine zur gleichmäßigen Kühlung der Dauermagnete des Rotors hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein schematischer Schnitt durch eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der entlang der Axialrichtung der Welle aufgenommen ist;
2 ist eine Ansicht eines Rotors entlang der Linie II-II in 1;
3 ist eine vergrößerte Ansicht des Kühlmittelbehälters aus 2;
4 ist eine Ansicht des Rotors in einer Ebene mit einer nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ist ein schematischer Schnitt durch eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform, in Axialrichtung der Welle;
6 ist eine Ansicht eines Rotors entlang der Linie VI-VI in 5;
7 ist ein schematischer Schnitt durch eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform, in Axialrichtung der Welle;
8 ist eine Ansicht eines Rotors entlang der Linie VIII-VIII in 7;
9 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
10 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
11 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
12 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
13 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
14 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
15 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
16 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
17 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters;
18 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters, und
19 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Abänderung des Kühlmittelbehälters.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden diverse Ausführungsformen einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass gleiche oder entsprechende Bereiche durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und eine redundante Beschreibung derselben weggelassen wird.
Ausführungsform 1
1 ist ein schematischer Schnitt durch eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Axialrichtung der Welle.
Eine Grundkonfiguration der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die elektrische Rotationsmaschine 1 besitzt ein Gehäuse 10 mit zylindrischer Form, einen ausgangsseitigen Lagerschild 11 mit Scheibenform und einen nicht ausgangsseitigen Lagerschild 12 mit Scheibenform, die miteinander kombiniert sind. Das Gehäuse 10, der ausgangsseitige Lagerschild 11 und der nicht ausgangsseitige Lagerschild 12 sind jeweils aus Metall gefertigt. Jedes der oben genannten Teile kann jedoch auch aus einem Harz geformt sein. In der Mitte des Gehäuses 10, des ausgangsseitigen Lagerschilds 11 und des nicht ausgangsseitigen Lagerschilds 12 ist eine Welle 30 mit zylindrischer Form aus Metall vorgesehen.
Die Welle 30 ragt aus dem ausgangsseitigen Lagerschild 11 heraus. Am ausgangsseitigen Lagerschild 11 wird ein Ausgang der elektrischen Rotationsmaschine 1 ausgebildet. Bei der elektrischen Rotationsmaschine 1 werden die eingebauten Bereiche und Teile mit dem Gehäuse 10, dem ausgangsseitigen Lagerschild 11 und dem ausgangsseitigen Lagerschild 12 abgedeckt, so dass sie untergebracht und geschützt sind.
Die Welle 30 ist durch ein ausgangsseitiges Lager 13 im ausgangsseitigen Lagerschild 11 drehbar gelagert. Außerdem ist die Welle 30 durch ein nicht ausgangsseitiges Lager 14 im nicht ausgangsseitigen Lagerschild 12 drehbar gelagert. Das ausgangsseitige Lager 13 und das nicht ausgangsseitige Lager 14 sind jeweils aus Metall und haben eine Ringwulst-Form. Das ausgangsseitige Lager 13 und das nicht ausgangsseitige Lager 14 ermöglichen eine präzise und gleichmäßige Drehung der Welle 30.
Im Inneren des Gehäuses 10 ist ein Rotor 25 mit zylindrischer Form an der radial äußeren Seite der Welle 30 befestigt. Der Rotor 25 dreht sich zusammen mit der Welle 30, wobei die Welle 30 als rotierende Welle dient. Der Rotor 25 hat einen Rotorkern 31, eine Vielzahl von Dauermagneten 32, eine nicht ausgangsseitige Endplatte 33 und eine ausgangsseitige Endplatte 34.
Der Rotorkern 31 hat eine zylindrische Form und wird durch Laminieren dünner Stahlplatten in Axialrichtung der Welle 30 ausgebildet. Die dünnen Stahlplatten haben ausgezeichnete magnetische Eigenschaften, insbesondere eine hohe magnetische Permeabilität und geringe Eisenverlust. Der Rotorkern 31 hat eine nicht ausgangsseitige Stirnfläche 31a auf einer Nichtausgangsseite und eine ausgangsseitige Stirnfläche 31b auf einer Ausgangsseite.
Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 ist auf der nicht ausgangsseitigen Stirnfläche 31 a und die ausgangsseitige Endplatte 34 ist auf der ausgangsseitigen Stirnfläche 31b angebracht. Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 und die ausgangsseitige Endplatte 34 nehmen zur Befestigung des Rotorkerns 31 den Rotorkern 31 sandwichartig zwischen einander auf. Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 und die ausgangsseitige Endplatte 34 haben jeweils eine Scheibenform und bestehen aus Metall.
Die Endplatten 33 und 34 können jedoch auch aus einem Harz geformt sein. Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 hat einen Flansch 33a auf einer Außenseite in Radialrichtung der Welle 30 und eine Aussparung auf einer Innenseite des Flansches 33a. Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 entspricht einer stirnseitigen Endplatte, und die ausgangsseitige Endplatte 34 entspricht einer weiteren stirnseitigen Endplatte.
Die Dauermagnete 32 sind in den Rotorkern 31 eingebettet. Jeder der Dauermagnete 32 hat die Form eines Quaders und besteht aus Alnico, Ferrit oder Neodym. Der Rotorkern 31 hat radial innenseitige Flussbarrieren 36, die auf einer Innenseite der Dauermagnete 32 in Radialrichtung der Welle 30 ausgebildet sind. Außerdem hat der Rotorkern 31 radial außenseitige Flussbarrieren 37, die auf einer Außenseite der Dauermagnete 32 in Radialrichtung der Welle 30 ausgebildet sind. Jede der radial innenseitigen Flussbarrieren 36 und der radial außenseitigen Flussbarrieren 37 ist ein Loch mit halbzylindrischer Form, das durch den Rotorkern 31 in Axialrichtung der Welle 30 verläuft.
Die radial innenseitigen Flussbarrieren 36 und die radial außenseitigen Flussbarrieren 37 entlasten eine auf die Dauermagnete 32 durch Drehung des Rotors 25 aufgebrachte Spannung und verhindern einen Bruch des Rotors 25. Weiterhin hat der Rotorkern 31 auf der Innenseite der Dauermagnete 32 in Radialrichtung der Welle 30 Rotorkern-Kühlbohrungen 35. Jede der Rotorkern-Kühlbohrungen 35 ist ein halbzylindrisches Loch, das durch den Rotorkern 31 in Axialrichtung der Welle 30 verläuft. Die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 entsprechen den Rotor-Kühlmittelpassagen.
Ein Stator 22 mit zylindrischer Form ist an der Außenseite in Radialrichtung der Welle 30 gegenüber dem Rotor 25 vorgesehen. Der Stator 22 besitzt einen Statorkern 20 und eine Spule 21. Der Statorkern 20 wird durch Laminieren dünner Stahlplatten mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften in Axialrichtung der Welle 30 ausgebildet. Der Statorkern 20 ist an der Innenseite des Gehäuses 10 befestigt. Der Statorkern 20 hat eine π-Form, in Axialrichtung der Welle 30 betrachtet. Der Statorkern 20 kann auch in einer T-Form ausgebildet werden.
Die Spule 21 wird ausgebildet, indem ein leitender Draht um Zahnbereiche, die den Schenkelbereichen der π-Form des Statorkerns 20 entsprechen, um eine Radialrichtung der Welle 30 als Achse gewickelt wird. Der gewickelte leitende Draht besteht aus Kupfer mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hat eine kreisförmige Querschnittsform. Der leitende Draht kann jedoch auch eine rechteckige Form haben.
Als Nächstes werden Konfigurationen von Gliedern und Bereichen, die mit dem Fluss von Kühlmitteln zur Kühlung der Dauermagnete etwas zu tun haben, unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist in der Mitte der Welle 30 in Axialrichtung der Welle 30 eine Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 ausgebildet, welche die Welle 30 nicht vollständig durchläuft. Die Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 ist ein Loch mit einem kreisförmigen Querschnitt. Eine Nichtausgangsseite der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 ist offen, und auf der Nichtausgangsseite wird ein Kühlmittelzuführungsbereich 17 ausgebildet.
Die Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 werden in Radialrichtung der Welle 30 ausgebildet, und kommunizieren mit der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52. Die Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 sind Durchgangslöcher, die radial vom Zentrum der Welle 30 aus ausgebildet werden.
Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 hat den Flansch 33a in Radialrichtung auf der Außenseite der Welle 30. Mit der Befestigung der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 an der nicht ausgangsseitigen Stirnfläche 31 a des Rotorkerns 31 wird in der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 eine nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 ausgebildet, die ein hohler Bereich mit zylindrischer Form ist. Der Flansch 33a hat auf der Innenseite eine Wandfläche 70 in Radialrichtung der Welle 30. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 ist ein Bereich in der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33, der von der Wandfläche 70 umgeben ist. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 kommuniziert mit den Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 bildet eine Endplatten-Kühlmittelpassage.
In der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 werden die Kühlmittelbehälter 56 so ausgebildet, dass sie sich in der Nähe der Wandseite 70 der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 befinden. Jeder der Kühlmittelbehälter 56 ist ein Bereich der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54, der in Radialrichtung der Welle 30 nach außen ragt. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 kommuniziert durch den Kühlmittelbehälter 56 mit den Rotorkern-Kühlbohrungen 35.
Die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kommunizieren mit den radial innenseitigen Flussbarrieren 36. Weiterhin kommunizieren die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 mit den radial außenseitigen Flussbarrieren 37 durch Bohrungen, in die die Dauermagnete 32 eingesetzt werden. Die radial außenseitigen Flussbarrieren 37 kommunizieren mit den Kühlmittel-Auslassöffnungen 55, die Öffnungsbereiche in der ausgangsseitigen Endplatte 34 sind.
In einem unteren Bereich des Gehäuses 10 ist eine Kühlmittelpassage 19 ausgebildet, die in die ausgangsseitige Endplatte 34 mündet. Die Kühlmittelpassage 19 ist eine Nut, durch die das Kühlmittel von der Ausgangsseite zur Nicht-Ausgangsseite gelangt. In einem unteren Bereich des nicht ausgangsseitigen Lagerschilds 12 ist ein Kühlmittelauslassbereich 18 ausgebildet. Der Kühlmittelauslassbereich 18 ist eine Durchgangsbohrung, durch die das Kühlmittel hindurchgeht. Der Kühlmittelauslassbereich 18 ist mit einem Ölkühler 16 verbunden. Der Ölkühler 16 ist mit einer Pumpe 15 verbunden. Die Pumpe 15 ist mit dem Kühlmittelzuführungsbereich 17 verbunden.
2 ist eine Schnittansicht des Rotors entlang der Linie II-II in 1. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Kühlmittelbehälters aus 2.
Vier Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 sind radial zur Mittelachse P der Welle 30 ausgebildet. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 ist auf der Außenseite in Radialrichtung der Welle 30 über den gesamten Umfang der Welle 30 in Umfangsrichtung derselben ausgebildet.
Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 hat eine Wandfläche 70 auf der Außenseite in Radialrichtung der Welle 30. Die Wandfläche 70 hat Bogen-Wandflächen 71 und vorspringende Bereichswandflächen 72, die abwechselnd entlang der Umfangsrichtung der Welle 30 ausgebildet sind. Jede der Bogen-Wandflächen 71 ist eine Bogenfläche, die auf einem Kreis C ausgebildet wird, der eine Länge R als Radius und die Mittelachse P der Welle 30 als Mittelpunkt hat.
Jede der vorspringenden Bereichswandflächen 72 ist eine halbkreisförmig gekrümmte Fläche, die in Radialrichtung der Welle 30 von den Bogen-Wandflächen 71 nach außen vorsteht. Ein Bereich auf der Innenseite der vorspringenden Bereichswandflächen 72 in Radialrichtung der Welle 30 ist der Kühlmittelbehälter 56. Im Einzelnen ist der Kühlmittelbehälter 56 ein auskragender Bereich der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54, der in Radialrichtung der Welle 30 nach außen vorsteht. Der Kühlmittelbehälter 56 hat eine halbkreisförmige Form.
Die Form des bzw. jedes Kühlmittelbehälters 56 kann auch andere Formen haben, z.B. ein Rechteck. Die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kommunizieren mit der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 durch den Kühlmittelbehälter 56. Die Dauermagnete 32 sind so vorgesehen, dass ein Dauermagnet 32 und der daran anschließende Dauermagnet 32 in einem V-ähnlichen Muster angeordnet sind, das in Radialrichtung der Welle 30 nach außen hin offen ist.
Nachfolgend wird die Funktion der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit der Zirkulationsströmung des Kühlmittels in der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
Wie durch die Pfeile in 1 angedeutet, wird das Kühlmittel zur Kühlung der Dauermagnete 32 von der Pumpe 15 in den Kühlmittelzuführungsbereich 17 geliefert. Vom Kühlmittelzuführungsbereich 17 fließt das Kühlmittel in die Welle 30 und wird über die Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 und die Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 in die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 geleitet.
In diesem Fall ist eine Strömungsquerschnittsfläche der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 größer als jeweils eine Strömungsquerschnittsfläche der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53. Mit den oben beschriebenen Querschnittsflächen kann jede der mehreren Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 aus der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 mit einer ausreichenden Menge Kühlmittel versorgt werden.
Wie in 2 dargestellt, hat die Wandfläche 70 der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 eine Zahnradform mit Wiederholung der Bogen-Wandflächen 71, die jeweils eine Bogenform haben, und der vorspringenden Bereichswandflächen 72, die jeweils von den Bogen-Wandflächen 71 nach außen in Radialrichtung der Welle 30 vorspringen. Das der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 zugeführte Kühlmittel ist einer Fliehkraft und einer Trägheitskraft ausgesetzt, die durch die Drehung des Rotors 25 erzeugt werden.
Das Kühlmittel durchströmt die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 in Umfangsrichtung der Welle 30 und wird dabei in Radialrichtung der Welle 30 nach außen gedrückt. Dadurch konzentriert sich das Kühlmittel eher im Bereich der vorspringenden Bereichswandflächen 72 als im Bereich der Bogen-Wandflächen 71. Konkret wird das Kühlmittel bei der Drehung des Rotors 25 im Kühlmittelbehälter 56 der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 angesammelt.
Das Kühlmittel wird von der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 über den Kühlmittelbehälter 56 den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zugeführt. Im Kühlmittelbehälter 56 wird eine für die Versorgung ausreichende Menge des Kühlmittels angesammelt. Die Vielzahl der Rotorkern-Kühlbohrungen 35 werden in Umfangsrichtung der Welle 30 in gleicher Größe ausgebildet. Damit wird der Vielzahl der Rotorkern-Kühlbohrungen 35 in Umfangsrichtung der Welle 30 das Kühlmittel gleichmäßig zugeführt. Entsprechend kann das Kühlmittel die Vielzahl der Dauermagnete 32 ohne Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine 1 und ohne Ungleichmäßigkeiten in Umfangsrichtung der Welle 30 kühlen.
Auf diese Weise kann eine Leistungsverschlechterung durch Entmagnetisierung der Dauermagnete 32 verhindert werden. Ferner kommuniziert jeder der Kühlmittelbehälter 56 mit zwei innenliegenden durchmesserseitigen Flussbarrieren 36. Somit wird das Kühlmittel auch aus jedem Kühlmittelbehälter 56 kontinuierlich und ohne Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine 1 den entsprechenden zwei radial innenseitigen Flussbarrieren 36 zugeführt. Auf diese Weise wird die Kühlung jedes der Dauermagnete 32 gefördert.
Wie in 1 dargestellt, wird das Kühlmittel von den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 und den radial innenseitigen Flussbarrieren 36 durch die Bohrungen, in die die Dauermagnete 32 eingesetzt sind, durch die vom Rotor 25 erzeugte Fliehkraft und einen Druck der Pumpe 15 zu den radial außenseitigen Flussbarrieren 37 geleitet. Das Kühlmittel gelangt durch die radial außenliegenden Flussbarrieren 37 zur ausgangsseitigen Endplatte 34. Das Kühlmittel wird durch die in der ausgangsseitigen Endplatte 34 ausgebildeten Kühlmittel-Auslassöffnungen 55 nach außen aus dem Rotor 25 ausgetragen. Durch die Drehung des Rotors 25 wird das Kühlmittel der Fliehkraft ausgesetzt.
Dadurch wird das Kühlmittel von den Kühlmittel-Auslassöffnungen 55 gleichmäßig in Radialrichtung der Welle 30 nach außen bewegt. Die Spule 21 ist am äußeren Umfang des Rotors 25 so angeordnet, dass sie den Rotor 25 umgibt. So kühlt das Kühlmittel die Spule 21, die Wärme erzeugt, gleichmäßig in Umfangsrichtung des Rotors 25. Mit den oben genannten Funktionen des Kühlmittels werden Temperaturunterschiede reduziert und Leistungseinbußen der Spule 21 vermindert.
Das aus dem Rotor 25 austretende Kühlmittel wird in einem unteren Bereich der elektrischen Rotationsmaschine 1 angesammelt, durch die Kühlmittelpassage 19 geführt und aus dem Kühlmittelauslassbereich 18 nach außen abgeführt. Die Temperatur des aus dem Kühlmittelauslassbereich 18 austretenden Kühlmittels wird durch die Kühlung der Dauermagnete 32 erhöht. Das Kühlmittel wird durch den Ölkühler 16 gekühlt.
Der Ölkühler 16 ist eine Vorrichtung zur Kühlung des Kühlmittels durch Wärmeaustausch, z.B. zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit oder zwischen einer Flüssigkeit und einer Flüssigkeit. Das gekühlte Kühlmittel wird über die Pumpe 15 dem Kühlmittelzuführungsbereich 17 zugeführt. Auf die oben beschriebene Weise wird das Kühlmittel im Kreislauf geführt.
Wie oben beschrieben, beinhaltet der Rotor 25 in der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform den Rotorkern 31, die in den Rotorkern 31 eingebetteten Dauermagnete 32 und die nicht ausgangsseitige Endplatte 33, die zur Lagerung der Nichtausgangsseite des Rotorkerns 31 ausgebildet ist.
Der Rotorkern 31 hat die Rotorkern-Kühlbohrungen 35, durch die das Kühlmittel zur Kühlung der Dauermagnete 32 in Axialrichtung der Welle 30 fließt. Die mit den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kommunizierende nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 ist in der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 ausgebildet. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 hat den Kühlmittelbehälter 56, der jeweils in Radialrichtung der Welle 30 nach außen ragt.
Das Kühlmittel in der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 ist der Fliehkraft und der Trägheitskraft ausgesetzt, die durch die Drehung des Rotors 25 erzeugt werden. Das Kühlmittel durchströmt die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 in Umfangsrichtung der Welle 30 und wird dabei gegen die außenliegende Wandfläche 70 in Radialrichtung der Welle 30 gedrückt. Die Kühlmittelbehälter 56, die jeweils in Radialrichtung der Welle 30 nach außen ragen, sind an der Wandseite 70 der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 ausgebildet.
Es ist daher wahrscheinlich, dass sich das Kühlmittel im Kühlmittelbehälter 56 ansammelt. Das Kühlmittel wird vom Kühlmittelbehälter 56 kontinuierlich und stabil den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zugeführt. Es treten also keine Unregelmäßigkeiten in der Menge der Kühlmittelzufuhr aus der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 zu jeder der mehreren Rotorkern-Kühlbohrungen 35 auf. So kann das Kühlmittel die Dauermagnete 32 ohne Temperaturungleichmäßigkeiten kühlen.
So kann eine elektrische Rotationsmaschine hergestellt werden, die in der Lage ist, die Dauermagnete des Rotors gleichmäßig zu kühlen.
Die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kommunizieren mit der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 durch den Kühlmittelbehälter 56. Auf diese Weise wird das im Kühlmittelbehälter 56 angesammelte Kühlmittel effizient den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zugeführt.
Die Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52, die auf der Nichtausgangsseite der Welle 30 offen ist, wird in der Welle 30 so ausgebildet, dass sie sich von der NichtAusgangsseite in Axialrichtung der Welle 30 erstreckt, und nicht vollständig durch sie hindurchgeht. Die Welle 30 hat auch Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53.
Die Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 stehen mit der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 in Verbindung und sind in Radialrichtung der Welle 30 so ausgebildet, dass sie in die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 reichen. Bei der oben beschriebenen Anordnung ist es nicht erforderlich, ein Rohr für die Kühlmittelzufuhr zum zu drehenden Rotor 25 herauszuziehen. Dadurch kann das Kühlmittel auf einfache Weise in den Rotor 25 eingespeist werden.
Der Strömungsquerschnitt der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 ist größer als der Strömungsquerschnitt der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53. Damit kann jede der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 aus der Wellenmitten-Kühlmittelpassage 52 mit einer ausreichenden Menge Kühlmittel versorgt werden.
Die nicht ausgangsseitige Endplatte 33 wird mit der nicht ausgangsseitigen Stirnseite 31a des Rotorkerns 31 am Flansch 33a in Kontakt gehalten und bildet so die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54. Ein Zwischenstück zwischen dem Rotorkern 31 und der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 ist somit nicht erforderlich.
Damit kann die Gefahr verringert werden, dass das Kühlmittel, das der durch die Drehung des Rotors 25 erzeugten Fliehkraft ausgesetzt ist, aus einem Spalt zwischen einem Zwischenglied und dem Rotorkern 31 oder einem Spalt zwischen einem Zwischenglied und der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 austritt.
Im Rotorkern 31 wird eine Spannungsausgleichsbohrung ausgebildet, die sich in Axialrichtung der Welle 30 in einigen Fällen erstreckt, um eine Spannung des Rotorkerns 31 zu verringern. Bei der Bildung der Spannungsausgleichsbohrung auf der Innenseite in Radialrichtung der Welle 30 in Bezug auf die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 besteht die Möglichkeit, dass das Kühlmittel in die Spannungsausgleichsbohrung fließt. Die Fliehkraft wirkt jedoch in der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 auf das Kühlmittel.
Dadurch wird der größte Teil des Kühlmittels im Kühlmittelbehälter 56 angesammelt, ohne der Entspannungsbohrung zugeführt zu werden. Ein weiteres Element, das als Trennwand zur Unterdrückung des Kühlmittelflusses in die Entspannungsbohrung dient, muss daher nicht in der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 angeordnet werden.
Ausführungsform 2
Nachstehend wird eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform werden Kühlmittel-Führungsbereiche so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung der Welle jeweils an den Kühlmittelbehälter angrenzen.
4 ist eine Ansicht des Rotors in einer Ebene mit einer nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage in der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform. 4 entspricht 2 in der ersten Ausführungsform. 4 entspricht einer Schnitt-Darstellung des Rotors entlang der Linie II-II in 1.
Bei der zweiten Ausführungsform weist ein Rotor 125 den Rotorkern 31, die Vielzahl der Dauermagnete 32, eine nicht ausgangsseitige Endplatte 133 und die ausgangsseitige Endplatte 34 auf. In der nicht ausgangsseitigen Endplatte 133 ist eine nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 154 ausgebildet, die zwischen der nicht ausgangsseitigen Endplatte 133 und der nicht ausgangsseitigen Stirnfläche 31a des Rotorkerns 31 definiert wird. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 154 hat Kühlmittel-Führungsbereiche 57, die so ausgebildet sind, dass sie an die Kühlmittelbehälter 56 in Umfangsrichtung der Welle 30 angrenzen.
Jeder der Kühlmittel-Führungsbereiche 57 ist ein halbkreisförmiger Bereich der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 154, der in Radialrichtung der Welle 30 nach innen ragt. Die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kommunizieren mit der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 154 durch die Kühlmittelbehälter 56. Die Kühlmittel-Führungsbereiche 57 werden auf der Innenseite in Radialrichtung der Welle 30 in Bezug auf die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 ausgebildet.
Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 154 hat auf der Außenseite eine Wandfläche 74 in Radialrichtung der Welle 30. Die Wandfläche 74 hat die vorspringenden Bereichswandflächen 72 und die zurückspringenden Wandflächen 73, die abwechselnd in Umfangsrichtung der Welle 30 ausgebildet werden. Die Kühlmittel-Führungsbereiche 57 werden jeweils durch den vertieften Bereich der Wandfläche 73 ausgebildet.
Das der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 154 zugeführte Kühlmittel ist der Fliehkraft und der Trägheitskraft ausgesetzt, die durch die Drehung des Rotors 125 erzeugt werden. Das Kühlmittel durchströmt die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 154 in Umfangsrichtung der Welle 30 und wird dabei in Radialrichtung der Welle 30 nach außen gedrückt. Konkret fließt das Kühlmittel an der Wandfläche 74 entlang. Der Kühlmittelbehälter 56 und die Kühlmittel-Führungsbereiche 57 sind entlang der Wandfläche 74 angeordnet. Die Kühlmittel-Führungsbereiche 57 sind in Umfangsrichtung der Welle 30 so angeordnet, dass sie jeweils an die Kühlmittelbehälter 56 angrenzen.
Dadurch fließt das zu den Kühlmittel-Führungsbereichen 57 fließende Kühlmittel leicht in die Kühlmittelbehälter 56. Das Kühlmittel wird in den Kühlmittelbehältern 56 aufgefangen. Die Kühlmittelbehälter 56 sind ständig mit dem Kühlmittel gefüllt. Das Kühlmittel wird aus den Kühlmittelbehältern 56 kontinuierlich und stabil gleichmäßig der Vielzahl der mit den Kühlmittelbehältern 56 kommunizierenden Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zugeführt.
Das Kühlmittel kühlt die Dauermagnete 32, während es von den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zu den radial außen liegenden Flussbarrieren 37 fließt. Dadurch werden die Temperaturungleichmäßigkeiten der Dauermagnete 32 in Umfangsrichtung der Welle 30 reduziert und die Leistungsverschlechterung durch die Entmagnetisierung der Dauermagnete 32 unterdrückt.
Wie oben beschrieben, besitzt die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 154 die Kühlmittel-Führungsbereiche 57, die jeweils in Radialrichtung der Welle 30 in Bezug auf die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 nach innen ragen, die in Umfangsrichtung der Welle 30 so ausgebildet sind, dass sie an einen entsprechenden der Kühlmittelbehälter 56 angrenzen. Bei der oben beschriebenen Anordnung fließt das zu den Kühlmittel-Führungsbereichen 57 fließende Kühlmittel leicht in den Kühlmittelbehälter 56.
Das Kühlmittel wird im Kühlmittelbehälter 56 aufgefangen und den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kontinuierlich und stabil zugeführt. So wird das Kühlmittel gleichmäßig jeder der mehreren Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zugeführt. Auf diese Weise werden die Temperaturungleichmäßigkeiten der Dauermagnete 32 in Umfangsrichtung der Welle 30 reduziert und die Leistungsverschlechterung durch die Entmagnetisierung der Dauermagnete 32 unterdrückt.
Ausführungsform 3
Nachfolgend wird eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. Bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der dritten Ausführungsform werden an der äußeren Umfangsseite der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage nicht ausgangsseitige Strahlpassagen ausgebildet, die mit einer nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage kommunizieren.
5 ist ein schematischer Schnitt durch die elektrische Rotationsmaschine gemäß der dritten Ausführungsform in Axialrichtung der Welle. In der elektrischen Rotationsmaschine 3 gemäß der dritten Ausführungsform weist ein Rotor 225 den Rotorkern 31, die Dauermagnete 32, eine nicht ausgangsseitige Endplatte 233 und die ausgangsseitige Endplatte 34 auf. In der nicht ausgangsseitigen Endplatte 233 wird eine nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 254 ausgebildet, die zwischen der nicht ausgangsseitigen Endplatte 233 und der nicht ausgangsseitigen Stirnfläche 31a des Rotorkerns 31 definiert ist.
Die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 werden in der nicht ausgangsseitigen Endplatte 233 ausgebildet, um mit der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 254 zu kommunizieren. Jeder der nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 ist ein Loch, das von der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 254 zu einer Rotoraußenumfangsfläche 225a führt, die eine Außenumfangsfläche des Rotors 225 ist. Jede der nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 entspricht einem stirnseitigen Düsenkanal.
6 ist ein Schnitt des Rotors entlang der Linie VI-VI in 5. Die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 254 hat auf der Außenseite eine Wandfläche 76 in Radialrichtung der Welle 30. Die Wandfläche 76 hat Bogen-Wandflächen 75 und die vorspringenden Bereichswandflächen 72, die abwechselnd entlang der Umfangsrichtung der Welle 30 ausgebildet sind. Jede der Bogen-Wandflächen 75 ist eine Bogenfläche, die auf einem Kreis C ausgebildet wird, der eine Länge R als Radius und die Mittelachse P der Welle 30 als Mittelpunkt hat.
Jede der nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 verläuft von der Bogen-Wandfläche 75 als Ausgangspunkt, und zwar von der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 254 zur Rotoraußenumfangsfläche 225a. Der Querschnitt jeder der nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 ist kreisförmig. Der Querschnitt von jeder der nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 kann aber auch ellipsoid oder rechteckig sein. Die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 stehen einem nicht ausgangsseitigen Bereich der Spule 21 gegenüber.
Das der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 254 zugeführte Kühlmittel ist der Fliehkraft und der Trägheitskraft ausgesetzt, die durch die Drehung des Rotors 225 erzeugt werden. Das Kühlmittel durchströmt die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 254 in Umfangsrichtung der Welle 30 und wird dabei in Radialrichtung der Welle 30 nach außen gedrückt. Konkret fließt das Kühlmittel an der Wandfläche 76 entlang. Ein Teil des Kühlmittels ist im Kühlmittelbehälter 56 gefangen.
Das im Kühlmittelbehälter 56 eingeschlossene Kühlmittel wird gleichmäßig der Vielzahl der Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zugeführt. Das Kühlmittel kühlt die Dauermagnete 32, während es von den Rotorkern-Kühlbohrungen 35 zu den radial außen liegenden Flussbarrieren 37 fließt. Das Kühlmittel durchströmt die radial außenseitigen Flussbarrieren 37, um aus den Kühlmittel-Auslassöffnungen 55 der ausgangsseitigen Endplatte 34 auszutreten.
Ein Teil des Kühlmittels, das die Wandfläche 76 erreicht hat, wird nicht im Kühlmittelbehälter 56 gefangen und durch die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 nach außen zum Rotor 225 geleitet. An der Außenseite des Rotors 225 ist die Spule 21 so angeordnet, dass sie den Rotor 225 umgibt. Die durch die Drehung des Rotors 225 erzeugte Zentrifugalkraft wirkt auf das aus den nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 austretende Kühlmittel. Dadurch wird das Kühlmittel in einem tropfenförmigen Zustand zerstäubt.
Die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 sind dem nicht ausgangsseitigen Bereich der Spule 21 gegenübergestellt. Dadurch kann das Kühlmittel die Spule 21 mit hoher Effizienz auf der Nichtausgangsseite kühlen. Insbesondere kann das Kühlmittel, das die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 durchlaufen hat, den Temperaturanstieg der wärmeerzeugenden Spule 21 unterdrücken.
Das aus den Kühlmittel-Auslassöffnungen 55 der ausgangsseitigen Endplatte 34 austretende Kühlmittel ist der durch die Drehung des Rotors 225 erzeugten Fliehkraft ausgesetzt und wird in Tropfenform versprüht. Das aus den Kühlmittel-auslassöffnungen 55 austretende Kühlmittel kühlt die ausgangsseitig um den Rotor 225 vorgesehene Spule 21 gleichmäßig in der Umfangsrichtung. Bei der oben beschriebenen Konfiguration werden sowohl das ausgangsseitige Ende als auch das nicht ausgangsseitige Ende der Spule 21 mit dem von der Antriebsseite des Rotors 225 her versprühten Kühlmittel bzw. dem von der Nicht-Antriebsseite des Rotors 225 her versprühten Kühlmittel gekühlt.
Dadurch wird der Temperaturanstieg der Spule 21 im Vergleich zu dem Fall, in dem die oben beschriebene Konfiguration der ersten Ausführungsform übernommen wird, weiter unterdrückt. Die Spule 21 besteht aus einem Element mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie in vielen Fällen Kupfer. Wenn also beide Enden der Spule 21 unter Verwendung des versprühten Kühlmittels wie in der dritten Ausführungsform gekühlt werden, wird die Wärme aktiv innerhalb der Spule 21 übertragen.
So kann das Kühlmittel nicht nur an beiden Enden der Spule 21, sondern auch in der Mitte der Spule 21 die Temperatur effizient senken. Zusammen mit der Temperaturabsenkung der Spule 21 kann ein größerer Strom an die Spule 21 angelegt werden. Dadurch kann eine Leistungssteigerung der elektrischen Rotationsmaschine erreicht werden.
Wie oben beschrieben, werden in der nicht ausgangsseitigen Endplatte 233 die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 ausgebildet, die mit der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 254 kommunizieren und jeweils in Radialrichtung der Welle 30 nach außen hin offen sind. Dadurch wird die Spule 21 auf der nicht ausgangsseitigen Seite mit hohem Wirkungsgrad gekühlt. Dadurch kann die Leistung der elektrischen Rotationsmaschine weiter verbessert werden.
Ausführungsform 4
Nachfolgend wird eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. Bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vierten Ausführungsform werden an der äußeren Umfangsseite der ausgangsseitigen Kühlmittelpassage ausgangsseitige Strahlpassagen ausgebildet.
7 ist ein schematischer Schnitt entlang der Axialrichtung der Welle durch die elektrische Rotationsmaschine gemäß der vierten Ausführungsform. Bei der elektrischen Rotationsmaschine 4 gemäß der vierten Ausführungsform weist der Rotor 325 die Rotorkerne 31, die Dauermagnete 32, die nicht ausgangsseitige Endplatte 233 und eine ausgangsseitige Endplatte 334 auf. Die ausgangsseitige Endplatte 334 besteht aus einer inneren ausgangsseitigen Endplatte 334a und einer äußeren ausgangsseitigen Endplatte 334b.
Die innere ausgangsseitige Endplatte 334a ist so vorgesehen, dass sie mit der ausgangsseitigen Stirnfläche 31b des Rotorkerns 31 in Kontakt gehalten wird. Die äußere ausgangsseitige Endplatte 334b ist auf einer Seite gegenüber der ausgangsseitigen Stirnfläche 31b des Rotorkerns 31 vorgesehen, um mit der inneren ausgangsseitigen Endplatte 334a in Kontakt gehalten zu werden.
Die innere ausgangsseitige Endplatte 334a hat innere ausgangsseitige Auslasspassagen 59a. Die inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a sind Flusspassagen, die mit den radial außenseitigen Flussbarrieren 37 kommunizieren. Die äußere ausgangsseitige Endplatte 334b hat eine äußere ausgangsseitige Auslasspassage 59b. Die äußere ausgangsseitige Auslasspassage 59b ist eine Strömungspassage, die mit den inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a kommuniziert.
Die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 werden in einer Fläche der äußeren ausgangsseitigen Endplatte 334b ausgebildet, die sich an der Außenseite in Radialrichtung der Welle 30 befindet. Die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 sind auf der äußeren ausgangsseitigen Endplatte 334b offen und sind z.B. Schlitze in Umfangsrichtung der Welle 30. Die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 sind dem ausgangsseitigen Bereich der Spule 21 gegenübergestellt.
Die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 kommunizieren mit der äußeren ausgangsseitigen Auslasspassage 59b. Die inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a und die äußere ausgangsseitige Auslasspassage 59b entsprechen den Auslassöffnungen. Die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 korrespondieren mit einer weiteren endseitigen Strahlpassage.
8 ist ein Schnitt des Rotors entlang der Linie VIII-VIII in 7. Jede der inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a kommuniziert mit zwei radial äußeren Flussbarrieren 37 für die Dauermagnete 32 nebeneinander. Der Querschnitt jeder der inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a ist z.B. rechteckig. Die äußere ausgangsseitige Auslasspassage 59b ist ein über den gesamten Umfang in der äußeren ausgangsseitigen Endplatte 334b ausgebildeter Hohlraum.
Das Kühlmittel kühlt die Dauermagnete 32 und erreicht die radial ausgangsseitigen Flussbarrieren 37. Das Kühlmittel durchläuft die inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a und die äußere ausgangsseitige Auslasspassage 59b. Das Kühlmittel wird aus den ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 nach außen aus dem Rotor 325 ausgetragen. Die Spule 21 ist um den Rotor 325 herum angeordnet. Dadurch wird das von den ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 versprühte Kühlmittel gleichmäßig auf die Spule 21 gesprüht, die Wärme erzeugt.
Mit der Bildung der ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 wird das durch die inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a und die äußeren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59b hindurchtretende Kühlmittel in Radialrichtung der Welle 30 von den äußeren Strahlpassagen 60 zuverlässig nach außen versprüht. Dadurch wird die Leckage des Kühlmittels in Axialrichtung der Welle 30 unterdrückt.
Das aus den ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 austretende Kühlmittel wird durch die Drehung des Rotors 325 einer Zentrifugalkraft ausgesetzt. Das Kühlmittel wird gleichmäßig in Tropfenform versprüht. Die Spule 21 ist so um die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 angeordnet, dass sie den Rotor 325 umgibt. Die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 sind so angeordnet, dass sie der Ausgangsseite der Spule 21 gegenüberliegen. Dadurch wird das von den ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 versprühte Kühlmittel gleichmäßig und effizient auf die wärmeerzeugende Spule 21 gesprüht.
Dadurch wird die Spule 21 intensiver gekühlt als in einem Fall, in dem die Kühlmittel-Auslassöffnungen 55 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet werden. Zusammen mit der Temperaturabsenkung der Spule 21 kann ein größerer Strom an die Spule 21 angelegt werden. Dadurch kann eine Leistungssteigerung der elektrischen Rotationsmaschine erreicht werden.
Weiterhin werden die nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 in der nicht ausgangsseitigen Endplatte 233 ausgebildet. So wird der nicht ausgangsseitige Bereich der Spule 21 mit dem an den nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 versprühten Kühlmittel gekühlt. Mit einer Kombination der nicht ausgangsseitigen Strahlpassagen 58 und der ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 kann das vom Rotor 325 versprühte Kühlmittel sowohl das nichtausgangsseitige Ende als auch das ausgangsseitige Ende der Spule 21 kühlen. Die Spule 21 besteht aus einem Bauteil mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie in vielen Fällen Kupfer.
Wenn also beide Enden der Spule 21 unter Verwendung des versprühten Kühlmittels wie in der vierten Ausführungsform gekühlt werden, wird die Wärme innerhalb der Spule 21 aktiv übertragen. So kann das Kühlmittel nicht nur an beiden Enden der Spule 21, sondern auch in der Mitte der Spule 21 die Temperatur effizient senken. Zusammen mit der Temperaturabsenkung der Spule 21 kann ein größerer Strom an die Spule 21 angelegt werden. Dadurch kann eine Leistungssteigerung der elektrischen Rotationsmaschine erreicht werden.
Jede der ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 ist schlitzförmig ausgebildet. Durch die Schlitzform wird der Druckverlust des aus den inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59a und der äußeren ausgangsseitigen Auslasspassage 59b zugeführten Kühlmittels verringert. Dadurch kann die Antriebsleistung der Pumpe 15 reduziert werden.
Wie oben beschrieben, besitzt der Rotor 325 außerdem die ausgangsseitige Endplatte 334, die so konfiguriert ist, dass sie die Ausgangsseite des Rotorkerns 31 abstützt. Die ausgangsseitige Endplatte 334 hat die inneren ausgangsseitigen Auslasspassagen 59 und die äußere ausgangsseitige Auslasspassage 59b, durch die das durch die Rotorkern-Kühlbohrungen 35 geflossene Kühlmittel innerhalb der ausgangsseitigen Endplatte 334 geführt wird.
Weiterhin hat die ausgangsseitige Endplatte 334 die ausgangsseitigen Strahlpassagen 60, die mit der äußeren ausgangsseitigen Auslasspassage 59b kommunizieren und auf der Außenseite in Radialrichtung der Welle 30 offen sind. Dadurch wird das von den ausgangsseitigen Strahlpassagen 60 versprühte Kühlmittel gleichmäßig auf die wärmeerzeugende Spule 21 gesprüht.
Die Spule 21 wird in Umfangsrichtung des Rotors 325 gleichmäßig und ohne Temperaturungleichmäßigkeiten gekühlt. Dadurch kann an die Spule 21 ein größerer Strom angelegt werden als im Stand der Technik. Dadurch kann eine Leistungssteigerung der elektrischen Rotationsmaschine erreicht werden.
In den ersten bis vierten Ausführungsformen z.B., wie in 1 dargestellt, wird die nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage 54 durch die Kombination der Welle 30 und der nicht ausgangsseitigen Endplatte 33 ausgebildet. In diesem Fall wird der Querschnitt der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 in Axialrichtung der Welle 30 größer eingestellt als jeweils der Querschnitt der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 in Axialrichtung der Welle 30.
Bei den oben beschriebenen Querschnitten treten keine Positionsverschiebungen der nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 und der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 auf. Somit wird das Kühlmittel zuverlässig von den Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 zur nicht ausgangsseitigen Kühlmittelpassage 54 geführt. Außerdem kann das Kühlmittel mit einem stabilen Durchfluss geliefert werden, ohne dass der Durchflussquerschnitt der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen 53 jeweils verengt wird.
Bei der ersten bis vierten Ausführungsform hat jeder der Kühlmittelbehälter 56 eine Bogenform. Die Form jedes Kühlmittelbehälters 56 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Jeder der Kühlmittelbehälter 56 kann jede beliebige Form haben, solange der Kühlmittelbehälter 56 ein Raum ist, der von der Bogen-Wandfläche 71 oder der Bogen-Wandfläche 75 in Radialrichtung der Welle 30 nach außen ragt und mit einer entsprechenden der Rotorkern-Kühlbohrungen 35 kommuniziert. Die 9 bis 19 zeigen Ansichten, jeweils zur Veranschaulichung eines Alternativbeispiels des Kühlmittelbehälters 56.
Die Form des Kühlmittelbehälters 56 kann, wie in 9 bis 12 dargestellt, eine rechteckige Form, eine Dreiecksform, eine Kombination von zwei verbundenen Dreiecksformen oder eine Kombination von zwei verbundenen Bögen sein, die jeweils symmetrisch zu einer Symmetrieachse von zwei V-förmig angeordneten Dauermagneten 32 sind. Weiterhin kann die Form des Kühlmittelbehälters 56, wie in 13 bis 16 dargestellt, auch eine rechteckige Form, eine Kombination von verbundenen Rechtecken oder eine Kombination von zwei verbundenen Bögen oder eine Kombination von zwei verbundenen Dreiecksformen sein, die jeweils in Bezug auf die Symmetrieachse zweier V-förmig angeordneter Dauermagnete 32 asymmetrisch sind.
Ferner kann die Form des Kühlmittelbehälters 56, wie in 17 bis 19 dargestellt, auch eine Kombination aus einem Bogen und einem Rechteck, die miteinander verbunden sind, eine Kombination aus einem Bogen und einem Dreieck, die miteinander verbunden sind, oder eine Kombination aus einem Rechteck und einem Dreieck, die miteinander verbunden sind, sein.
Die Form des Kühlmittelbehälters 56 kann eine Kombination aus verschiedenen Polygonen und Bögen sein, die nicht in 9 bis 19 dargestellt sind. Die ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden. Die begleitenden Zeichnungen sind jedoch nur Beispiele, und die vorliegende Erfindung kann verschiedene Ausführungsformen umfassen.
Bezugszeichenliste

1, 3, 4: elektrische Rotationsmaschine
25, 125, 225, 325: Rotor
30: Welle
31: Rotorkern
32: Dauermagnet
33, 133, 233: nicht ausgangsseitige Endplatte (eine stirnseitige Endplatte)
34, 334: ausgangsseitige Endplatte (weitere stirnseitige Endplatte)
35: Rotorkern-Kühlbohrung (Rotor-Kühlmittelpassage)
52: Wellenmitten-Kühlmittelpassage
53: Wellen-Radial-Kühlmittelpassage
54, 154, 254: nicht ausgangsseitige Kühlmittelpassage (Endplatten-Kühlmittelpassage)
56: Kühlmittelbehälter
57: Kühlmittel-Führungsbereich
58: nicht ausgangsseitige Strahlpassage (eine endseitige Strahlpassage)
59a: innere ausgangsseitige Auslasspassage (Auslassöffnung)
59b: äußere ausgangsseitige Auslasspassage (Auslassöffnung)
60: ausgangsseitige Strahlpassage (weitere endseitige Strahlpassage)

Claims

Elektrische Rotationsmaschine, mit einem Rotor, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Welle, die als rotierende Welle dient, rotieren kann, wobei der Rotor Folgendes aufweist: einen Rotorkern; Dauermagnete, die in den Rotorkern eingebettet sind; und eine stirnseitige Endplatte, die so konfiguriert ist, dass sie eine Endseite des Rotorkerns abstützt, wobei der Rotorkern Rotor-Kühlmittelpassagen hat, durch die Kühlmittel zur Kühlung der Dauermagnete in Axialrichtung der Welle fließt, wobei die eine stirnseitige Endplatte eine mit den Rotor-Kühlmittelpassagen kommunizierende Endplatten-Kühlmittelpassage aufweist und wobei die Endplatten-Kühlmittelpassage Kühlmittelbehälter aufweist, die jeweils in Radialrichtung der Welle nach außen ragen.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Rotor-Kühlmittelpassagen mit der Endplatten-Kühlmittelpassage durch den Kühlmittelbehälter kommunizieren.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Endplatten-Kühlmittelpassage Kühlmittel-Führungsbereiche aufweist, die jeweils an einen entsprechenden Kühlmittelbehälter in der Umfangsrichtung der Welle angrenzen und die in Radialrichtung der Welle bezüglich der Rotor-Kühlmittelpassagen nach innen ragen.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die eine stirnseitige Endplatte eine endseitige Strahlpassage aufweist, die mit den Endplatten-Kühlmittelpassagen in Verbindung steht und die in Radialrichtung der Welle nach außen hin offen ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rotor ferner eine weitere stirnseitige Endplatte aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie eine andere Endseite des Rotorkerns abstützt, und wobei die andere stirnseitige Endplatte Folgendes aufweist: - Auslassöffnungen, durch die das Kühlmittel, das durch die Rotor-Kühlmittelpassagen geflossen ist, in die andere stirnseitige Endplatte geführt wird; und - eine weitere stirnseitige Strahlpassage, die mit den Auslassöffnungen kommuniziert und in Radialrichtung der Welle nach außen hin offen ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Welle Folgendes aufweist: - eine Wellenmitten-Kühlmittelpassage, die an der einen Endseite der Welle offen ist und sich in der Welle von der einen Endseite in Axialrichtung der Welle so erstreckt, dass sie nicht vollständig durch die Welle hindurchgeht; und - Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen, die mit der Wellenmitten-Kühlmittelpassage kommunizieren und in Radialrichtung der Welle zur Kommunikation mit der Endplatten-Kühlmittelpassage verlaufen.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 6, wobei die Strömungskanal-Querschnittsfläche der Wellenmitten-Kühlmittelpassage größer ist als die Strömungskanal-Querschnittsfläche jeder der Wellen-Radial-Kühlmittelpassagen.