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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor oder Generator
wie z.B. einen Alternator, der Fluidkühlkanäle aufweist, die in dem Gehäuse des
Elektromotors oder Generators gebildet sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Elektromotoren
oder Generatoren, die einen innerhalb des Gehäuses des Motors oder Generators befestigten
Stator aufweisen, sind gut bekannt. Eine an einer Welle befestigte
Rotorspule ist innerhalb des Stators angeordnet und ist relativ
zu dem Stator um die Längsachse
der Welle herum drehbar. Eine Flüssigkeitskühlung ist
für den
Motor oder Generator vorgesehen, indem ein Fluid wie z.B. Wasser
durch in dem Gehäuse
(das im Wesentlichen schalenförmig ist)
gebildete Kanäle
geleitet wird, um eine Kühlung für den Stator
bereitzustellen. Das Fluid strömt
mittels zweier getrennter, in dem Gehäuse gebildeter Kanäle durch
das Gehäuse.
Einer der Kanäle
verläuft durch
die Außenwand,
um eine Kühlung
für den
Stator bereitzustellen. Der andere Kanal verläuft durch die Stirnwand, um
eine Kühlung
für die
elektronischen Komponenten, die an dem Gehäuse befestigt sind, und für ein Lager
für die
Welle, das in der Stirnwand befestigt ist, bereitzustellen. Ein
einziger Einlass an dem Gehäuse
ist mit den zwei Kanälen
verbunden und ein einziger Auslass ist ebenfalls mit den zwei Kanälen verbunden.
Die EP-A-0 231 785 beschreibt solch eine bekannte Anordnung. In
dieser Anordnung wird die Fluidströmung an dem Einlass zwischen
den zwei Kanälen
aufgeteilt und weist einen kurzen Strömungsweg durch das Gehäuse auf. Solch
eine Anordnung beschränkt
die Wirksamkeit einer Wärmeübertragung
auf das Kühlfluid.
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Die
EP-A-0 878 897 beschreibt eine Verbesserung an der in der EP-A-0
231 785 gezeigten Anordnung. In der EP-A-0 878 897 sind die Strömungskanäle einteilig
in der Stirnwand und der Außenwand des
Gehäuses
gebildet und verbunden, um einen einzigen Fluidströmungsweg
durch das Gehäuse
zu definieren. Der Fluidkanal in der Stirnwand weist eine kleinere
Querschnittsfläche
als der Fluidkanal in der Außenwand
auf. Strömungslenkende
Rippen sind in dem Fluidkanal in der Außenwand angeordnet. Solch eine
Anordnung kann Stöße in oder
ein Abreißen
der Kühlfluidgeschwindigkeit
(z.B. dort, wo das Fluid von der kleinen Querschnittsfläche zu der
großen
Querschnittsfläche
strömt)
und Lufteinschlüsse
in dem durch das Gehäuse
strömenden
Fluid erzeugen, was die Wirksamkeit einer Wärmeübertragung auf das Kühlfluid
einschränken
kann.
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Die
US-A-4 516 044 offenbart einen Elektromotor mit Kühlmittelströmungskanälen in dem
Gehäuse,
wobei die Kanäle
durch ein Element für
einen Abschnitt ihrer Länge
in Umfangsrichtung getrennt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor oder
Generator mit einer verbesserten Kühlung im Vergleich mit den
oben beschriebenen Anordnungen bereitzustellen.
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Ein
Elektromotor oder Generator gemäß der vorliegenden
Erfindung ist über
die EP-A-0 878 897 durch die in dem kennzeichnenden Abschnitt von
Anspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet.
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Der
sequentielle Strömungsweg,
der durch den Strömungskanal
in der Stirnwand und den ersten und zweiten Kanal in der Außenwand
definiert ist, stellt im Vergleich mit bisher bekannten Anordnungen eine
vergrößerte Strömungsweglänge für das Kühlfluid
bereit, wenn es durch das Gehäuse
strömt. Solch
eine Anordnung stellt eine verbesserte Kühlung für den Stator, für das Lager
und für
beliebige an dem Gehäuse
befestigte, elektronische Komponenten bereit; des Weiteren verringert
sie das Risiko der Bildung von Lufteinschlüssen. Weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verbessern die Kühlung des Lagers und sorgen
für eine
einfachere Herstellung des Gehäuses.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung eines Elektromotors oder Generators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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2 und 3 perspektivische
Darstellungen der Fluidströmungskanäle in dem
Gehäuse
des Elektromotors oder Generators von 1 sind.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen ist die Ausführungsform eines Elektromotors
oder Generators gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Alternator 10. Der Alternator 10 umfasst
ein Gehäuse 12,
einen Stator 14, eine Welle 16 und eine Rotorspule 18.
Der Stator 14 ist im Wesentlichen kreisringförmig und
umfasst eine Anzahl von Stator-Paketen 20 mit einer Spule 22,
die um und durch die Pakete gewickelt ist. Das Gehäuse 12 weist
eine kreisringförmige
Innenfläche 24 auf,
gegen die der Stator 14 einen dichten Sitz bildet. Das
Gehäuse 12 ist
im Wesentlichen schalenförmig und
umfasst eine Stirnwand 26 und eine kreisringförmige Außenwand 28.
Ein Fluidströmungskanal 30 ist
durch die Stirnwand 26 gebildet und ein Fluidströmungskanal 32 ist
durch die Außenwand 28 gebildet.
Ein Fluideinlass 34 und ein Fluidauslass 36 sind
an dem Gehäuse 12 gebildet.
Der Stator 14 wird vorzugsweise mit einem wärmeleitenden
Epoxyharz 38 imprägniert,
nachdem der Stator in dem Gehäuse 12 angeordnet
wurde, wobei das Epoxyharz im Wesentlichen jeden Spalt zwischen
der Statorspule 22, den Elektroblechungen 20 und
dem Gehäuse 12 füllt. Das
Epoxyharz 38 erhöht
die Wärmeleitfähigkeit
zwischen dem Stator 14 und dem Kühlfluid in dem Strömungskanal 32 in
der Außenwand 28 des
Gehäuses 12.
Die Rotorspule 18 ist an der Welle 16 befestigt
und innerhalb des Stators 14 angeordnet. Die Welle 16 weist
eine Längsachse
A auf und ist um ihre Achse herum relativ zu dem Gehäuse 12 und
dem Stator 14 drehbar. Ein Lager 50 ist in einer Öffnung 52 in
der Stirnwand 26 des Gehäuses 12 befestigt.
Das Lager 50 lagert drehbar die Welle 16 dort,
wo die Welle sich durch die Stirnwand 26 erstreckt. Das
Lager 50 wird durch das Kühlfluid, das durch den Strömungskanal 30 in
der Stirnwand 26 des Gehäuses 12 strömt, gekühlt. Elektronische Komponenten 40 wie
z.B. ein Gleichrichter und Spannungsregler sind an der Stirnwand 26 des
Gehäuses 12 befestigt
und werden durch das Kühlfluid, das
durch den Strömungskanal 30 in
der Stirnwand 26 des Gehäuses 12 strömt, gekühlt. Der
Alternator 10 wie so weit beschrieben ist gut bekannt und
weitere Merkmale des Alternators, die dem Fachmann gut bekannt sind,
werden nicht in größerem Detail
beschrieben.
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Die
Strömungskanäle 30, 32 werden
während
der Formung des Gehäuses
einteilig in der Stirnwand 26 und der Außenwand 28 des
Gehäuses 12 gebildet.
Die Strömungskanäle 30, 32 sind
miteinander verbunden, und der Einlass 34 ist mit nur einem 30 der
Strömungskanäle verbunden,
und der Auslass 36 ist nur mit dem anderen Strömungskanal 32 verbunden.
Folg lich sind die Strömungskanäle 30, 32 verbunden,
um einen einzigen Fluidströmungsweg
durch das Gehäuse 12 von
dem Einlass 34 zu dem Auslass 36 zu bilden, und
die Strömung
von Kühlfluid
durch die Strömungskanäle 30, 32 erfolgt mit
Hilfe dieses einzigen Weges.
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Darüber hinaus
ist der Strömungskanal 32 in der
Außenwand 28 des
Gehäuses 12 durch
einen ersten Kanal 46 und einen zweiten Kanal 48 definiert. Der
erste Kanal 46 und der zweite Kanal 48 erstrecken
sich in Umfangsrichtung durch die Außenwand 28 und sind
durch ein innen in der Außenwand
gebildetes Element 44 in der Längsrichtung getrennt. Der erste
und der zweite Kanal 46, 48 erstrecken sich im Wesentlichen über die
gesamte Länge
in Umfangsrichtung der Außenwand
um die Außenwand 28 herum.
Ein Ende 54 des ersten Kanals 46 ist fluidmäßig mit
einem Ende 56 des Strömungskanals 30 in
der Stirnwand 26 verbunden. Das andere Ende 58 des ersten
Kanals 46 ist durch einen Kanal 78, der sich im Wesentlichen
in Längsrichtung
erstreckt, fluidmäßig mit
einem Ende 60 des zweiten Kanals 48 verbunden.
Das andere Ende 62 des zweiten Kanals 48 ist fluidmäßig mit
dem Auslass 36 verbunden. Das andere Ende 64 des
Strömungskanals 30 in
der Stirnwand 26 ist fluidmäßig mit dem Einlass 34 verbunden.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt sind der erste und
der zweite Kanal 46, 48 fluidmäßig derart verbunden, dass
Fluid durch den ersten Kanal 46 in einer Drehrichtung um
die Achse A herum strömt
und dann durch den zweiten Kanal 48 in der umgekehrten Drehrichtung
um die Achse A herum strömt.
Alternativ können
der erste und zweite Kanal fluidmäßig derart verbunden sein,
dass eine Fluidströmung
durch den ersten und den zweiten Kanal in der gleichen Drehrichtung
vorhanden ist, wobei sich in diesem Fall der Kanal 78 im
Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken würde.
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Mit
dieser Anordnung können
die Querschnittsflächen
des Strömungskanals 30 in
der Stirnwand 26, des ersten Kanals 46 in der
Außenwand 28 und
des zweiten Kanals 48 in der Außenwand derart gebildet werden,
dass sie im Wesentlichen über
die gesamte Länge
der Kanäle
gleich sind. Solch eine Anordnung verringert die Wahrscheinlichkeit
von Stößen in der
Kühlfluidgeschwindigkeit
und einer Ausbildung von Lufteinschlüssen in dem Kühlfluid.
Das Element 44 ist vorzugsweise wellenförmig, um das Risiko einer Lufteinschlussbildung
weiter zu verringern, und beseitigt die Notewendigkeit von strömungslenkenden
Rippen in dem ersten und dem zweiten Kanal 46, 48.
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Der
Strömungskanal 30 in
der Stirnwand 26 ist vorzugsweise durch einen kreisringförmigen Abschnitt 66 definiert,
der die Öffnung 52 in
der Stirnwand 26, in der das Lager 50 befestigt
ist, in Umfangsrichtung umgibt. Der kreisringförmige Abschnitt 66 ist
durch einen ersten sich radial erstreckenden Arm 66 fluidmäßig mit
dem Einlass 34 verbunden und durch einen zweiten sich radial
erstreckenden Arm 70 fluidmäßig mit dem ersten Kanal 46 in
der Außenwand 28 verbunden.
Das radial äußere Ende
des ersten Arms 68 definiert das andere Ende 64 des
Strömungskanals 30 und
das radial äußere Ende
des zweiten Arms 70 definiert das eine Ende 56 des
Strömungskanals 30.
Die radial inneren Enden 72, 73 des ersten bzw.
zweiten Arms 68, 70 sind vorzugsweise im Wesentlichen
benachbart zueinander mit einem kleinen bogenförmigen Teil 74 des
kreisringförmigen Abschnitts 66 dazwischen
angeordnet. Mit dieser Anordnung kann Kühlfluid durch den kreisringförmigen Abschnitt 66 um
die gesamte umlaufende Außenfläche 76 des
Lagers 50 herum strömen,
um eine verbesserte Kühlung
für das
Lager bereitzustellen. Des Weiteren beschränkt der bogenförmige Teil 74 des kreisringförmigen Abschnitts 66 eine
relative Bewegung des ersten und des zweiten Arms 66, 68,
um eine Wärmeaus dehnung
und -kontraktion der Öffnung 52 in
der Stirnwand 26 im Wesentlichen zu begrenzen.
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Die
Anordnung der Strömungskanäle 30, 32 der
vorliegenden Erfindung ist derart, dass der Einlass 34 und
der Auslass 36 so gebildet sein können, dass sie sich in jeder
gewünschten
Richtung von dem Gehäuse 12 weg
erstrecken, ohne die Strömungskanäle zu stören.
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Das
Gehäuse 12 mit
den einteilig gebildeten Strömungskanälen 30, 32 kann
durch jedes beliebige geeignete Verfahren gebildet werden, wird
aber vorzugsweise durch Gießen
mit Hilfe des Schaumausschmelzprozesses oder durch Sandgießen gebildet, wobei
der Einlass 34 und der Auslass 36 vorzugsweise
ebenfalls einteilig mit dem Gehäuse
gebildet werden. Die Anordnung der Strömungskanäle 30, 32 erlaubt
die Verwendung der Schwerkraft für
eine Medienströmung
während
des Formprozesses.
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Der
sequentielle Strömungsweg,
der durch den Strömungskanal 30,
den ersten Kanal 46 und den zweiten Kanal 48 definiert
ist, sorgt für
einen vergrößerten Strömungsweg
(bis zu im Wesentlichen 1080 Grad) für das Kühlfluid, während es durch das Gehäuse 12 strömt, mit
einem verringerten Risiko einer Lufteinschlussbildung. Solch eine
Anordnung stellt eine verbesserte Kühlung für den Stator 14, das Lager 50 und
beliebige elektronische Komponenten 40, die an dem Gehäuse 12 befestigt
sind, bereit.