DE3601089A1 - Liquid-cooled electrical machine - Google Patents

Abstract

The invention relates to a liquid-cooled electrical machine which is constructed as an electric motor and is used as an alternative drive - in addition to an internal combustion engine drive - for a bus. In order to be able to cool such an electric motor with a high power concentration and a small structural volume without any problems, a water jacket is placed around the stator. In addition, the rotor is provided with a cooling circuit which is integrated in the rotor and is either constructed as a heat tube and emits its heat directly to the cooling circuit or can be acted on directly by cooling water. A centrifugal pump (rotary pump) is integrated in the rotor, which pump utilises the density difference between the cold cooling medium and the hot cooling medium in order to maintain circulation. The same water can be used as the cooling medium as that which is also used for cooling the internal combustion engine which is likewise installed on the bus.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Elektroma­ schine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 2, wie sie beispielsweise aus der US-PS 36 29 627 als bekannt hervor­ geht.The invention relates to a liquid-cooled electroma machine according to the preamble of claim 1 or 2, as they known for example from US-PS 36 29 627 goes.

Die flüssigkeitsgekühlte Elektromaschine gemäß der zitierten Literaturstelle ist ein Stromgenerator in bürstenloser Aus­ führung. Bei der bekannten Maschine ist durch den zylindri­ schen Spalt zwischen Stator und Rotor eine dünne zylindri­ sche Membran hindurchgelegt, die außerhalb des Spaltes in Stützwände übergeht. Dadurch ist ein abgeteilter Ringraum geschaffen, der den Stator vollständig, also einschließlich der Statorbleche und der Statorwicklung aufnimmt. Dieser separate Ringraum ist mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt. Im Innern des Rotors ist ebenfalls ein Kühlraum vorgesehen, der über Bohrungen, die durch die Rotorwelle hindurchreichen,er­ reichbar ist. Darüberhinaus wird der Rotor im Innern des Ma­ schinengehäuses der Elektromaschine mit Kühlflüssigkeit an mehreren Stellen angesprüht; desgleichen auch eine in dem Ma­ schinengehäuse mit untergebrachte elektrische Hilfsmaschine. Nachteilig an der bekannten flüssigkeitsgekühlten Elektroma­ schine ist, daß es sich bei der Kühlflüssigkeit um eine elek­ trisch nicht leitende Flüssigkeit handeln muß, die darüber­ hinaus sorgfältig von Verumreinigungen, die die isolierende Eigenschaft der Flüssigkeit beeinträchtigen können, freige­ halten werden muß. Beispielsweise dürfen keine Ionen in die Flüssigkeit hineingelangen. Nachteilig ist ferner, daß durch die in den Spalt zwischen Rotor und Stator eingezogene Mem­ bran dieser Spalt relativ groß ist, was sich nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der Elektromaschine auswirkt. Um eine dadurch verursachte Leistungseinbuße zu kompensieren, muß die Elektromaschine insgesamt größer gebaut werden, was das Bauvolumen und das Gewicht der Elektromaschine insgesamt spürbar anhebt.The liquid-cooled electric machine according to the cited Literature is a current generator in brushless mode guide. In the known machine is by the zylindri between the stator and rotor a thin cylindrical cal membrane placed in the outside of the gap Retaining walls merges. This creates a separate annulus created the stator completely, including the stator laminations and the stator winding. This separate annulus is charged with coolant. in the Inside the rotor, a cooling space is also provided, which through holes that extend through the rotor shaft, he is reachable. In addition, the rotor inside the Ma machine housing with coolant sprayed on several places; likewise one in the measure Machine housing with an electrical auxiliary machine. A disadvantage of the known liquid-cooled electroma Schine is that the coolant is an elec  trically non-conductive liquid must act on it also be careful of impurities that isolate the Can adversely affect the property of the liquid must be kept. For example, no ions are allowed into the Liquid get in. Another disadvantage is that the membrane drawn into the gap between the rotor and stator bran this gap is relatively large, which is disadvantageous affects the performance of the electric machine. To one to compensate for the loss of performance caused thereby the electric machine will be built larger overall, what that Overall volume and the weight of the electrical machine noticeably lifts.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung einer Flüssig­ keitskühlung anzugeben, die keine besonderen Vorkehrungen be­ züglich des Kühlmediums erfordert und die keine komplizierten und bauvolumen-vergrößernden Folgen nach sich ziehen.The object of the invention is to design a liquid to specify cooling that does not require any special precautions required with regard to the cooling medium and the no complicated and the consequences of increasing the construction volume.

Diese Aufgabe kann erfindungsgemäß auf zweierlei Weise näm­ lich zum einen durch die kennzeichnenden Merkmale von An­ spruch 1 oder zum anderen durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 2 gelöst werden. Die beiden Lösungswege unter­ scheiden sich im wesentlichen durch die Art der Rotorkühlung, nämlich zum einen durch ein Wärmerohr (Anspruch 1) oder durch einem im Rotor integrierten Flüssigkeitskreislauf (Anspruch 2), wobei die in dem umlaufenden Rotor erzeugte Fliegkraft zur Umwälzung dieses Flüssigkeitskreislaufes ausgenutzt wird. Durch die räumliche Trennung der Kühlräume gegenüber dem Inneren der Elektromaschine, die vorzugsweise als Elektro­ motor ausgebildet ist, braucht keine Rücksicht auf die elektrischen Eigenschaften der Kühlflüssigkeit genommen zu werden, sodaß beispielsweise auch Wasser als Kühlmedium ver­ wendet werden kann. Die beiden unterschiedlichen Arten der Rotorkühlung kommen mit einem einzigen axialen Zugang zum Rotorinneren aus, sodaß die Abtriebsseite des Elektromotors nicht mit Fluitleitungen und entsprechenden Übergangsdich­ tungen usw. beeinträchtigt wird. Auch hier sind die rotor­ seitigen Kühlräume gegenüber dem Inneren des Elektromotors getrennt, sodaß freie Wahl bezüglich des Kühlmediums be­ steht.According to the invention, this task can be carried out in two ways Lich on the one hand through the characteristic features of An saying 1 or the other by the characteristic features be solved by claim 2. The two solutions below differ essentially in the type of rotor cooling, namely on the one hand by a heat pipe (claim 1) or by a liquid circuit integrated in the rotor (claim 2), the fly force generated in the rotating rotor to Circulation of this liquid circuit is used. Due to the spatial separation of the cold rooms from the Inside of the electric machine, preferably as an electric engine is designed, does not need to be considered electrical properties of the coolant increased  are so that, for example, water as a cooling medium ver can be applied. The two different types of Rotor cooling comes with a single axial access Inside of the rotor, so that the output side of the electric motor not with flow lines and corresponding transitions conditions etc. is impaired. Here too are the rotors side cold rooms opposite the inside of the electric motor separately, so that free choice regarding the cooling medium stands.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unter­ ansprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungs­ beispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:Expedient embodiments of the invention can the sub claims are taken; otherwise the invention based on two execution shown in the drawings examples explained below; show:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen wahlweise elektrisch oder durch eine Brennkraftmaschine antreibbaren Omnibus, Fig. 1 is a side view of a driveable either electrically or by an internal combustion engine bus,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Elektromotor des Omni­ busses in vergrößerter Einzeldarstellung und Fig. 2 shows a cross section through the electric motor of the omnibus in an enlarged detail and

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein modifiziertes Aus­ führungsbeispiel des Elektromotors des Omnibusses nach Fig. 1. Fig. 3 shows a cross section through a modified For exemplary implementation of the electric motor of the bus of FIG. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Omnibus 1 ist durch zwei unter­ schiedliche Antriebssysteme antreibbar. Er trägt auf dem Dach ein Paar von Stangenstromabnehmern 2, die jedoch in der ab­ gesenkten Stellung gezeigt sind. Sie können beim Betrieb des Omnibusses über einen Elektroantrieb an eine entsprechende Oberleitung angelegt werden. Dementsprechend ist in dem Omnibus ein Elektromotor 3 installiert, der über den An­ triebsstrang 5 auf die Treibachse 4 treiben kann. Diese elektrische Antriebsart wird wegen der erforderlichen Ober­ leitung nur in innerstädtischen Verdichtungszonen verwendet werden, sodaß der Omnibus dort abgasfrei und geräuscharm verkehren kann. In den Außenbezirken, wo keine Oberleitung installiert ist, verkehrt der Bus hingegen durch einen An­ trieb mit der Brennkraftmaschine 7, die über den Antrieb­ strang 6 auf die Treibachse einwirkt.The bus 1 shown in Fig. 1 can be driven by two drive systems under schiedliche. He carries on the roof a pair of rod pantographs 2 , but which are shown in the lowered position. When operating the bus, they can be connected to an appropriate overhead line using an electric drive. Accordingly, an electric motor 3 is installed in the bus, which can drive on the drive train 5 to the drive axle 4 . This type of electric drive will only be used in inner-city compression zones because of the necessary overhead line, so that the bus can run there with zero emissions and low noise. In the outskirts, where no overhead line is installed, the bus, on the other hand, runs through a drive to the internal combustion engine 7 , which has the drive train 6 acting on the drive axle.

Sowohl der Elektromotor 3 als auch die Brennkraftmaschine 7 sind durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt, die durch einen von Umgebungsluft beaufschlagbaren Kühler hindurchgepumpt wird und dort die in den Motoren aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgibt.Both the electric motor 3 and the internal combustion engine 7 are cooled by a coolant which is pumped through a cooler which can be acted upon by ambient air and there releases the heat absorbed in the motors to the ambient air.

Beiden Antriebsmaschinen, nämlich dem Elektromotor 3 bzw. der Brennkraftmaschine 7 ist je ein Kühlkreislauf 9 bzw. 10 zugeordnet, die jedoch miteinander kommunizieren und beide mit dem gleichen Medium gefüllt sind und auch beide bezüg­ lich des Kühlers 8 parallel geschaltet sind. Der Kühlkreis­ lauf 9 des Elektromotors ist seinerseits nochmal in zwei fluidisch parallel liegende Teile, nämlich einen rotorsei­ tigen Teil 12 und einen statorseitigen Teil 11 des Elektro- Kühlkreislaufes unterteilt.Both drive machines, namely the electric motor 3 and the internal combustion engine 7 are each assigned a cooling circuit 9 or 10 , which, however, communicate with one another and are both filled with the same medium and are also connected in parallel with respect to the cooler 8 . The cooling circuit 9 of the electric motor is in turn divided into two fluidically parallel parts, namely a rotor-side part 12 and a stator-side part 11 of the electrical cooling circuit.

Zur Kühlung des Elektromotors 3 mittels Flüssigkeit sind an diesem Kühlräume geschaffen, deren Oberflächen an die Wärme­ entwickelnden Teile des Elektromotors wärmeleitend angekoppelt sind. Diese Kühlräume sind fluidisch in den Flüssigkeitskreis­ lauf einbezogen. Und zwar ist dem Stator 13 ein gegenüber dem Innern des Elektromotors abgetrennter im wesentlichen hohl­ zylindrischer Kühlraum 17 zugeordnet, der radial außerhalb der Statorwicklung 15 liegt und durch eine geschlossene Wan­ dung von ihr getrennt ist, sodaß die Kühlflüssigkeit keine unmittelbare Berührung mit der Statorwicklung 15 hat. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt zwi­ schen Statorwicklung und Kühlflüssigkeit nicht nur das Pa­ ket aus Statorblechen 16, sondern auch noch eine gesonderte Gehäusewandung. Nach außen ist der statorseitige Kühlraum 17 durch ein zylindrisches Blech begrenzt, in den die An­ schlüsse für den statorseitigen Teil 11 des Kühlkreislaufes einmünden. Aufgrund des guten Wärmeüberganges zwischen einer strömenden Flüssigkeit und der begrenzenden Wandung können auf diese Art hohe Wärmebeträge abgeführt werden.To cool the electric motor 3 by means of liquid, cooling spaces are created on the latter, the surfaces of which are coupled to the heat-developing parts of the electric motor in a heat-conducting manner. These cold rooms are fluidly included in the liquid circuit. Namely, the stator 13 is separated from the inside of the electric motor, essentially hollow cylindrical cooling space 17 which is located radially outside the stator winding 15 and is separated from it by a closed wall, so that the cooling liquid has no direct contact with the stator winding 15 . In the embodiment shown in FIG. 2, between the stator winding and the cooling liquid is not only the package of stator laminations 16 , but also a separate housing wall. To the outside, the stator-side cooling space 17 is delimited by a cylindrical sheet metal, into which the connections for the stator-side part 11 of the cooling circuit open. Due to the good heat transfer between a flowing liquid and the limiting wall, high amounts of heat can be dissipated in this way.

Der Rotor 14 des Elektromotors 3 nach Fig. 2 ist über den rotorseitigen Teil 12 des Kühlkreislaufes mittelbar an den Elektro-Kühlkreislauf 9 angeschlossen. Und zwar ist der Kühl­ raum 18 des Rotors als sogenanntes Wärmerohr ausgebildet, dessen grundsätzliche Ausgestaltung und Wirkungsweise hier als bekannt vorausgesetzt werden kann. Der in seiner Form keulenartig ausgebildete Kühlraum 18 des Rotors erstreckt sich mit seinem stielartigen engen Teil durch eines der bei­ den Rotorlager 19 und 20, nämlich durch das rückseitige Ro­ torlager 20 hindurch. Der wärmeaufnehmende Teil 21 des Wärme­ rohres liegt innerhalb des Rotors 14 und steht über eine kur­ ze wärmeleitende Strecke mit den wärmeentwickelnden Teilen des Rotors in Verbindung. Der wärmeabgebende Teil 22 des Wärmerohres erstreckt sich - wie gesagt - jenseits des rück­ seitigen Rotorlagers 20 innerhalb eines von Kühlwasser beauf­ schlagbaren Domes 23, der ebenfalls einen kühlwasserbeauf­ schlagten Kühlraum umschließt. Der sich in diesen Dom 23 hinein erstreckende hohle Rotorzapfen ist an der Außensei­ te mit mehreren Kühlrippen 24 versehen, die eine Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche auf etwa den gleichen Betrag wie die innere Oberfläche des wärmeaufnehmenden Teiles 21 des Wärmerohres bewirken. Der im Innern des Domes 23 geschaffene Kühlraum ist zum Inneren des Lagerschildes und des Elektromo­ tores selber über Dichtungen 31 sorgfältig abgedichtet.The rotor 14 of the electric motor 3 according to FIG. 2 is indirectly connected to the electric cooling circuit 9 via the rotor-side part 12 of the cooling circuit. Namely, the cooling chamber 18 of the rotor is designed as a so-called heat pipe, the basic design and mode of operation of which can be assumed to be known here. The club-shaped cooling chamber 18 of the rotor extends with its stem-like narrow part through one of the rotor bearings 19 and 20 , namely through the rear rotor bearing 20 . The heat-absorbing part 21 of the heat pipe lies within the rotor 14 and is connected via a short heat-conducting path with the heat-developing parts of the rotor. The heat-emitting part 22 of the heat pipe extends - as mentioned - beyond the rear-side rotor bearing 20 within a dome 23 which can be acted upon by cooling water and which likewise encloses a cooling space subjected to cooling water. The hollow rotor spigot extending into this dome 23 is provided on the outer side with a plurality of cooling fins 24 which cause the heat-emitting surface to be enlarged to approximately the same amount as the inner surface of the heat-absorbing part 21 of the heat pipe. The interior of the dome 23 created cold room is carefully sealed to the inside of the end shield and the electromo gate itself via seals 31 .

Die Wirkungsweise der Rotorkühlung ist nun kurz folgende: Das im Innern des Rotors konstruktiv geschaffene Wärmerohr ist mit einer kleinen Menge von Wärmeübertragungsmedium ge­ füllt, das sich aufgrund des Fliehkrafteinflusses und der bewußt konischen Gestalt der rotationssymetrischen Hohlräume in Richtung zum Rotor 14 hinbewegt. Aufgrund der Wärmeent­ wicklung des Rotors verdampft die am Außenumfang des rotor­ seitigen Kühlraumes 18 befindliche Flüssigkeit und der Dampf breitet sich gleichmäßig in dem Wärmerohrhohlraum aus und gelangt auf diese Weise zumindest teilweise zu dem wärmeab­ gebenden Teil 22 des Wärmerohres, der intensiv gekühlt ist. An dieser kalten Stelle kondensiert das Wärmeübertragungs­ medium wieder und fließt aufgrund des Fliehkrafteinflusses in den Rotor 14 zurück. Entscheidend bei der Aufrechterhal­ tung des Kondensatrücklaufes in den Rotor ist die bereits erwähnte konische sich zum Rotor hin erweiternde Gestaltung der inneren Oberfläche der Hohlräume. Aufgrund des Flieh­ krafteinflusses ist eine bei Wärmerohren sonst übliche Docht­ struktur entbehrlich. Nachdem relativ hohe Drehzahlen während des Betriebes des Elektromotores auftreten, funktioniert der Kondensatrücklauf auch dann, wenn - beispielsweise aufgrund ei­ ner geländebedingten Schräglage des Fahrzeuges und des Elek­ tromotors - der wärmeabgebende Teil 22 in Bezug auf die Schwerkraftrichtung tiefer liegen sollte als der Wärmeauf­ nehmende Teil 21 des Wärmerohres.The mode of operation of the rotor cooling is now briefly as follows: The heat pipe constructed constructively inside the rotor is filled with a small amount of heat transfer medium which, due to the influence of centrifugal force and the deliberately conical shape of the rotationally symmetrical cavities, moves towards the rotor 14 . Due to the heat development of the rotor, the liquid located on the outer circumference of the rotor-side cooling space 18 evaporates and the steam spreads uniformly in the heat pipe cavity and in this way at least partially reaches the heat-emitting part 22 of the heat pipe, which is intensively cooled. At this cold point, the heat transfer medium condenses again and flows back into the rotor 14 due to the influence of centrifugal force. Crucial to the maintenance of the condensate return in the rotor is the conical configuration of the inner surface of the cavities which widens towards the rotor. Due to the influence of centrifugal force, a wick structure which is otherwise customary in heat pipes is unnecessary. After relatively high speeds occur during the operation of the electric motor, the condensate return works even if - for example due to a terrain-related inclination of the vehicle and the electric motor - the heat-emitting part 22 should be lower in relation to the direction of gravity than the heat-absorbing part 21 of the heat pipe.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Elektromotors ist die Statorkühlung gegenüber dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 2 insofern etwas verändert, als bei die­ sem Ausführungsbeispiel die Blechpakete 16 des Stators un­ mittelbar mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt sind; der stator­ seitige Kühlraum 17′ grenzt also unmittelbar an die Bleche 16 des Stators 13′.In the embodiment of the electric motor shown in FIG. 3, the stator cooling is somewhat changed compared to the embodiment according to FIG. 2 insofar as in the exemplary embodiment the laminated cores 16 of the stator are acted upon directly with cooling liquid; the stator-side cooling space 17 'thus directly adjoins the sheets 16 of the stator 13 '.

Der wesentliche Unterschied des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 liegt jedoch in der Ausgestaltung des Kühlraumes 18′ in dem Rotor 14′, der flüssigkeitsgekühlt ist und in dem ein Kühlkreislauf integriert ist. Auch der rotorseitige Kühlraum 18′ des Rotors 14′ im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat Keulenform mit einem großen Hohlraum im unmittelbaren Rotor­ bereich und einem stielartigen schlanken Ansatz im Bereich des rückseitigen Wellenzapfens, der sich durch das rücksei­ tige Rotorlager 20 hindurch erstreckt. Allerdings ist der rotorseitige Kühlraum 18′ weitgehend ausgefüllt durch einen Füllkörper aus einem möglichst leichten Baustoff bzw. aus einer leichten Konstruktion, wozu beispielsweise ein Ver­ bund aus Kunststoff und Schaumstoff vorgesehen sein kann. Der Füllkörper hat ebenfalls Keulenform und füllt den rotor­ seitigen Kühlraum 18′ nahezu vollständig bis auf periphere Strömungskanäle aus. Im Bereich des Außenumfanges des rotor­ seitigen Kühlraumes 18′ verbleiben lediglich noch axial ge­ richtete Strömungskanäle 26, auch ist der Füllkörper in axialer Hinsicht etwas kürzer als der rotorseitige Hohlraum, sodaß auch an den Stirnseiten Strömungsmöglichkeiten verbleiben. Der stielartige Ansatz an dem keulenförmigen Füllkörper ist in Form eines Rohres ausgebildet, dessen lichter Strömungs­ querschnitt sich durch den gesamten Füllkörper hindurcher­ streckt und an der gegenüberliegenden Stirnseite strömungs­ günstig ausmündet. An dieser Stelle trägt der Füllkörper ei­ ne Vielzahl radial stehender Rippen oder Schaufeln, die nach Art der Schaufeln eines Kreiselpumpenrades ausgebildet sind und auch eine ähnliche Wirkung übernehmen sollen. Sie bilden gemeinsam mit den Wandungen des Rotors eine Vielzahl radial stehender Förderkanäle 25. Die beiden sich axial durch den rückseitigen Rotorwellenzapfen und das entsprechende Lager 20 hindurcherstreckenden Strömungskanäle 27 liegen konzentrisch ineinander, wobei der zuströmseitige Kanal, der mit den ra­ dial stehenden Förderkanälen 25 unmittelbar verbunden ist, radial in der Mitte liegt und von dem Ablaufkanal umgeben ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der geschilderte im Rotor 14′ integrierte rotorseitige Anteil des Kühlkreislaufes offen im Hinblick auf den sonstigen Kühl­ mittelumlauf, das heißt diese Kanäle münden frei in den inner­ halb des Domes 23′ befindlichen Kühlflüssigkeitsraum, der über die Leitungen 12 mit dem übrigen Kühlkreislauf 9 verbun­ den ist. Die zulaufseitig ins Innere des Domes 23′ hinein­ führende Kühlwasserleitung 12 trägt eine gleichachsig zur Rotorachse gerichtete Zulaufdüse 28, die in eine entsprechen­ de trichterartige Aufweitung des inneren Zulaufrohres hinein­ ragt. Der rohrartige Rotorwellenzapfen, der dieses Rohr um­ gibt, ist im Endbereich trompetenartig aufgeweitet und bil­ det dadurch eine Auslaufdüse 29. Im Bereich der radialen Er­ weiterung können zweckmäßigerweise radiale Rippen oder Schau­ feln angeordnet sein, die beim Rotorumlauf ähnlich wie eine Kreiselpumpe wirken und einen Auslauf der Kühlflüssigkeit aus dem Rotor begünstigen.The main difference of the embodiment of FIG. 3, however, lies in the design of the cooling space 18 'in the rotor 14 ', which is liquid-cooled and in which a cooling circuit is integrated. The rotor-side cooling chamber 18 'of the rotor 14 ' in the embodiment of Fig. 3 has a club shape with a large cavity in the immediate rotor area and a stem-like slim approach in the area of the rear shaft journal, which extends through the rear rotor bearing 20 term . However, the rotor-side cooling space 18 'is largely filled by a packing made of the lightest possible building material or from a light construction, for which purpose a Ver bund made of plastic and foam can be provided. The filler also has a club shape and fills the rotor-side cooling space 18 'almost completely except for peripheral flow channels. In the area of the outer circumference of the rotor-side cooling chamber 18 'only axially directed flow channels 26 remain, the filler is also axially somewhat shorter than the rotor-side cavity, so that flow options remain on the end faces. The stem-like extension on the lobe-shaped filler body is designed in the form of a tube, the light flow cross section of which extends through the entire filler body and opens out in a flow-favorable manner on the opposite end face. At this point, the packing carries a large number of radially standing ribs or blades, which are designed in the manner of the blades of a centrifugal pump wheel and are also intended to have a similar effect. Together with the walls of the rotor, they form a plurality of radially standing delivery channels 25 . The two axially through the rear rotor shaft journal and the corresponding bearing 20 extending flow channels 27 are concentric with each other, the inflow channel, which is directly connected to the ra dial standing delivery channels 25 , is located radially in the middle and is surrounded by the outlet channel. In the embodiment shown in Fig. 3, the described in the rotor 14 'integrated rotor-side portion of the cooling circuit is open with regard to the other coolant circulation, that is, these channels open freely into the inner half of the dome 23 ' located coolant space, which via the lines 12 with the rest of the cooling circuit 9 is the. The inlet side into the interior of the dome 23 'leading into the cooling water line 12 carries a coaxially directed to the rotor axis inlet nozzle 28 which projects into a corresponding de funnel-like expansion of the inner inlet pipe. The tube-like rotor shaft journal, which gives this tube around, is widened like a trumpet in the end region and thereby forms an outlet nozzle 29 . In the area of the radial extension, radial fins or swings can be arranged, which act similarly to a centrifugal pump during rotor rotation and favor an outflow of the coolant from the rotor.

Die Wirkungsweise des rotorintegrierten Kühlkreislaufes ist nun kurz folgende: das in dem Leitungsnetz des Kühlkreislau­ fes enthaltene Kühlmedium wird durch wenigstens eine zentrale Pumpe ohnehin in Richtung der Strömungspfeile umgewälzt. Da­ durch tritt Kühlflüssigkeit in den zentralen Strömungskanal der beiden Kanäle 27 ein und in den Mittenbereich der radial stehenden Förderkanäle 25. Aufgrund des hochturigen Rotor­ umlaufes entsteht eine intensive Pumpwirkung, die das Kühl­ medium am Außenumfang des rotorseitigen Kühlraumes 18′ in den Längskanälen 26 entlang führt, wo diese die rotorsei­ tige Verlustwärme aufnehmen und abführen. Aufgrund der Er­ wärmung dehnt sich die Flüssigkeit zumindest geringfügig aus; ihr spezifisches Gewicht ist dadurch geringer als das der zulaufenden kalten Kühlflüssigkeit. Aufgrund dessen ist die durch die radialen Förderkanäle 25 geschaffene "Kreisel­ pumpe" in der Lage, die Kühlflüssigkeit entgegen der Flieh­ kraftwirkung auch wieder radial nach innen zu pumpen. Nicht nur das geringere spezifische Gewicht des zu fördernden Me­ diums erleichtert die der Fliehkraft entgegengerichtete zen­ tripetale Strömung, sondern auch die Tatsache, daß der zen­ tripetal gerichtete Strömungsweg geringer ist als der mit der Fliehkraftrichtung übereinstimmende zentrifugale Strö­ mungsweg. Diese Tatsache ist dadurch begründet, daß der abströmende Kanal radial außerhalb des Zulaufkanales liegt. Im übrigen ist durch die bereits angesprochene Pumpwirkung innerhalb der Auslaufdüse 29 eine weitere Förderwirkung ge­ schaffen, die einen Strömungsmittelumlauf innerhalb des Ro­ tors im Sinne der Strömungspfeile begünstigt. Durch die Rotor­ integrierten "Kreiselpumpen" und durch die Dichteunterschie­ de des Kühlmediums auf der Zulaufseite bzw. auf der Ablauf­ seite wird ein intensiver Kühlmitteldurchlauf erzielt, der eine entsprechend gute Kühlung des Rotors 14′ bewirkt.The mode of operation of the rotor-integrated cooling circuit is now briefly as follows: the cooling medium contained in the line network of the cooling circuit is circulated anyway by at least one central pump in the direction of the flow arrows. Since coolant enters through the central flow channel of the two channels 27 and into the central region of the radially standing delivery channels 25 . Due to the high-revolving rotor circulation, an intensive pumping effect occurs, which leads the cooling medium along the outer circumference of the rotor-side cooling space 18 'in the longitudinal channels 26 , where these absorb and dissipate the heat loss on the rotor side. Due to the heating, the liquid expands at least slightly; their specific weight is therefore less than that of the incoming cold coolant. Because of this, the "centrifugal pump" created by the radial delivery channels 25 is able to pump the cooling liquid against the centrifugal force also radially inward again. Not only the lower specific weight of the medium to be conveyed facilitates the centrifugal force opposing the zen tripetal flow, but also the fact that the zen tripetal flow path is smaller than the centrifugal flow path corresponding to the centrifugal force direction. This fact is due to the fact that the outflow channel lies radially outside the inlet channel. Moreover, the pumping effect already mentioned within the outlet nozzle 29 creates a further conveying effect which favors a fluid circulation within the rotor in the sense of the flow arrows. By the rotor integrated "centrifugal pumps" and by the density difference de the cooling medium on the inlet side or on the outlet side, an intensive coolant flow is achieved, which causes a correspondingly good cooling of the rotor 14 '.

Denkbar wäre es auch, das rotorintegrierte Kühlsystem gegen­ über dem sonstigen Kühlmittelumlauf abzusondern. Bei einer solchen denkbaren Konstruktionsvariante müßten die beiden Kanäle 27 kurzgeschlossen sein und dürften keine Verbindung zum Inneren des Domes 23′ haben; allerdings sollte eine re­ lativ große Oberfläche an dem äußeren Rohr, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, auch bei dieser denkbaren Ausgestaltungsvariante zur Verfügung stehen, um einen guten Wärmeübergang von dem rotorintegrierten geschlossenen Kühl­ kreislauf zu dem kühlwasserbeaufschlagten Inneren des Domes 23′ zu bekommen. Auch bei einem solchen geschlossenen rotor­ integrierten Kühlkreislauf würde aufgrund der rotorintegrier­ ten "Kreiselpumpe" und aufgrund des Dichteunterschiedes des im Rotor befindlichen Kühlmediums auf der kalten gegenüber der warmen Seite ein intensiver Kühlmittelumlauf während des Rotorbetriebes stattfinden.It would also be conceivable to separate the rotor-integrated cooling system from the other coolant circulation. In such a conceivable design variant, the two channels 27 should be short-circuited and should not have any connection to the interior of the dome 23 '; however, a relatively large surface area on the outer tube, similar to the exemplary embodiment according to FIG. 2, should also be available in this conceivable embodiment variant in order to get a good heat transfer from the rotor-integrated closed cooling circuit to the cooling water-charged interior of the dome 23 ' . Even with such a closed rotor-integrated cooling circuit, an intensive coolant circulation would take place during rotor operation due to the rotor-integrated "centrifugal pump" and due to the density difference of the cooling medium in the rotor on the cold side compared to the warm side.

Abschließend sei noch erwähnt, daß das Drehzahlniveau des Elektromotores 3 relativ hoch liegt, wodurch es zu einer Leistungskonzentration und zu einer Reduzierung des Bauvo­ lumens kommt, sodaß der Elektromotor unterhalb des Bodens eines Omnibusses eingebaut werden kann. Die hohe Leistungs­ konzentration bedingt die bereits beschriebene intensive Kühlung des Elektromotors und außerdem eine anschließende Drehzahlreduzierung, um auf die bei dem genannten Anwendungs­ fall üblichen Drehzahlen herunter zu kommen. Bei den darge­ stellten Ausführungsbeispielen ist diese Drehzahlreduzierung durch ein im Gehäuse des Elektromotors integriertes Unter­ setzungsgetriebe 30 in Form eines Planetenradgetriebes ge­ schaffen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zentrale Sonnenrad des Planetenradgetriebes mit der Rotor­ welle verbunden und der Planetenträger ist feststehend an­ geordnet. Der Abtrieb erfolgt an dem äußeren Zentralrad.Finally, it should be mentioned that the speed level of the electric motor 3 is relatively high, which leads to a power concentration and a reduction in Bauvo lumens, so that the electric motor can be installed below the floor of a bus. The high power concentration causes the already described intensive cooling of the electric motor and also a subsequent speed reduction in order to get down to the usual speeds in the application mentioned. In the Darge presented embodiments, this speed reduction is ge by an integrated in the housing of the electric motor under reduction gear 30 in the form of a planetary gear. In the illustrated embodiment, the central sun gear of the planetary gear is connected to the rotor shaft and the planet carrier is fixed to. The output takes place on the outer central wheel.

Claims (8)

1. Flüssigkeitsgekühlte Elektromaschine mit mehreren Kühl­ räumen, deren Oberflächen an die wärmeentwickelnden Teile der Elektromaschine wärmeübertragend angekoppelt sind und die fluidisch in einen zwangsweise umgewälzten rückkühlba­ ren Flüssigkeitskreislauf einbezogen sind, wobei dem Stator ein gegenüber dem Inneren der Elektromaschine abgetrennter im wesentlichen hohlzylindrischer Kühlraum zugeordnet ist und wobei im Innern des Rotors ein über axiale, durch die Rotorlager hindurchragende Bohrungen in der Rotorwelle er­ reichbarer weiterer Kühlraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der statorseitige Kühlraum (17) radial außerhalb der Statorwicklung (15) liegt und durch eine geschlossene Wan­ dung von ihr getrennt ist, derart, daß das Kühlmittel kei­ ne unmittelbare Berührung mit stromdurchflossenen Teilen (15) des Stators (13) hat und daß der rotorseitige Kühl­ raum (18) hermetisch verschlossen und als separates, ro­ tierendes Wärmerohr ausgebildet und mit einem gesonderten Wärmeübertragungsmedium dotiert ist, wobei dessen wärmeab­ gebende Partie (22) in einen weiteren fluidisch in den Flüssigkeitskreislauf (9, 11, 12) einbezogenen Kühlraum (Dom 23) hineinragt (Fig. 2). 1. Liquid-cooled electrical machine with several cooling rooms, the surfaces of which are coupled to the heat-developing parts of the electrical machine in a heat-transferring manner and which are fluidically incorporated into a forced circulation of the coolable liquid circuit, with the stator being assigned a substantially hollow cylindrical cooling chamber that is separated from the interior of the electrical machine wherein in the interior of the rotor a through the rotor bearings projecting through holes in the rotor shaft he reachable further cooling space is arranged, characterized in that the stator-side cooling space ( 17 ) is located radially outside the stator winding ( 15 ) and by a closed wall of it is separated, such that the coolant has no direct contact with current-carrying parts ( 15 ) of the stator ( 13 ) and that the rotor-side cooling space ( 18 ) is hermetically sealed and designed as a separate, ro-forming heat pipe and with a separate one th heat transfer medium is doped, with its heat-emitting portion ( 22 ) protruding into another cooling space (dome 23 ) fluidically incorporated in the liquid circuit ( 9 , 11 , 12 ) ( FIG. 2). 2. Flüssigkeitsgekühlte Elektromaschine mit mehreren Kühl­ räumen, deren Oberflächen an die wärmeentwickelnden Teile der Elektromaschine wärmeübertragend angekoppelt sind und die fluidisch in einen zwangsweise umgewälzten rückkühlba­ ren Flüssigkeitskreislauf einbezogen sind, wobei dem Stator ein gegenüber dem Inneren der Elektromaschine abgetrennter, im wesentlichen holzylindrischer Kühlraum zugeordnet ist und wobei im Inneren des Rotors ein über axiale, durch die Rotorlager hindurchragende Bohrungen in der Rotorwelle er­ reichbarer weiterer Kühlraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der statorseitige Kühlraum (17′) radial außerhalb der Statorwicklung (15) liegt und durch eine geschlossene Wan­ dung von ihr getrennt ist, derart, daß das Kühlmittel keine unmittelbare Berührung mit stromdurchflossenen Teilen (15) des Stators (13′) hat und daß im rotorseitigen Kühlraum (18′) ein Flüssigkeitskreislauf integriert ist, der eine Vielzahl flüssigkeitsdurchströmter, radial nach außen führender, nach Art eines Kreiselpumpenrades wirksamer Kanäle (25) aufweist, wobei die rotorseitige Kühlflüssigkeit axial im Inneren des Rotorkühlraumes (18′) wärmeaufnehmend entlanggeführt (Kanäle 26) und vom Rotorinneren durch konzentrisch ineinanderliegen­ de Kanäle (27) durch eines der Rotorlager (20) hindurch auf die eine Maschinenseite (Dom 23′) geführt ist, wo die rotor­ seitige Kühlflüssigkeit (Kanäle 25, 26, 27) ihre Wärme wenigs­ tens mittelbar an die Kühlflüssigkeit des statorseitigen Tei­ les (11) des Maschinenkühlkreislaufes (9) abgibt (Fig. 3).2. Liquid-cooled electrical machine with several cooling rooms, the surfaces of which are coupled to the heat-developing parts of the electrical machine in a heat-transferring manner and which are fluidically incorporated into a forced circulation of the coolable liquid circuit, with the stator being assigned a substantially wood-cylindrical cooling chamber that is separated from the interior of the electrical machine and wherein in the interior of the rotor over axial, through the rotor bearings projecting holes in the rotor shaft he reachable further cooling space is arranged, characterized in that the stator-side cooling space ( 17 ') is located radially outside of the stator winding ( 15 ) and by a closed wall is separated from it in such a way that the coolant has no direct contact with current-carrying parts ( 15 ) of the stator ( 13 ') and that in the rotor-side cooling space ( 18 ') a liquid circuit is integrated which radially flows through a large number of liquids has externally leading channels ( 25 ) which act in the manner of a centrifugal pump wheel, the rotor-side cooling liquid being guided axially in the interior of the rotor cooling chamber ( 18 ′) in a heat-absorbing manner (channels 26 ) and from the inside of the rotor through concentrically interlocking channels ( 27 ) through one of the rotor bearings ( 20 ) is passed through to one machine side (dome 23 '), where the rotor-side coolant (channels 25 , 26 , 27 ) emits its heat at least indirectly to the coolant of the stator-side part ( 11 ) of the machine cooling circuit ( 9 ) ( Fig . 3). 3. Elektromaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statorseitige (11) und der rotorseitige Teil (25, 26, 27) des Maschinenkühlkreislaufes (9) frei miteinander komuni­ zieren (Zulaufdüse 28, Auslaufdüse 29, Kühlkreislaufleitungen 12.3. Electric machine according to claim 2, characterized in that the stator-side ( 11 ) and the rotor-side part ( 25 , 26 , 27 ) of the machine cooling circuit ( 9 ) adorn each other freely (inlet nozzle 28 , outlet nozzle 29 , cooling circuit lines 12 . 4. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewälzte Kühlflüssigkeit in den Kühlkreisläufen (9, 11, 12, 25, 26, 27) im wesentlichen Wasser ist.4. Electric machine according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the circulated cooling liquid in the cooling circuits ( 9 , 11 , 12 , 25 , 26 , 27 ) is essentially water. 5. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als ein Elektromotor (3) zum Antrieb eines Omnibusses (1) ausgebildet ist.5. Electric machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is designed as an electric motor ( 3 ) for driving an omnibus ( 1 ). 6. Elektromaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (9) für den Elektromotor (3) mit dem gleichen Medium gefüllt ist, wie der Kühlkreislauf (10) ei­ ner weiteren auf dem Omnibus (1) vorgesehenen flüssigkeits­ gekühlten Brennkraftmaschine (7).6. Electric machine according to claim 5, characterized in that the cooling circuit ( 9 ) for the electric motor ( 3 ) is filled with the same medium as the cooling circuit ( 10 ) egg ner further on the bus ( 1 ) provided liquid-cooled internal combustion engine ( 7 ). 7. Elektromaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühlkreisläufe (9, 10) für den Elektromotor (3) bzw. die Brennkraftmaschine (7) frei miteinander komuni­ zieren können.7. Electric machine according to claim 6, characterized in that the two cooling circuits ( 9 , 10 ) for the electric motor ( 3 ) and the internal combustion engine ( 7 ) can freely adorn one another. 8. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehzahluntersetzendes Getriebe (30) im Gehäuse des Elektromotors (3) integriert ist.8. Electric machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that a speed-reducing gear ( 30 ) is integrated in the housing of the electric motor ( 3 ).