WO2005099070A1 - Kühlvorrichtung für eine mit einer kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen maschine - Google Patents

Kühlvorrichtung für eine mit einer kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen maschine Download PDF

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WO2005099070A1
WO2005099070A1 PCT/EP2005/051533 EP2005051533W WO2005099070A1 WO 2005099070 A1 WO2005099070 A1 WO 2005099070A1 EP 2005051533 W EP2005051533 W EP 2005051533W WO 2005099070 A1 WO2005099070 A1 WO 2005099070A1
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WO
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rotor
electrical machine
cooling liquid
cooling
cooling device
Prior art date
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PCT/EP2005/051533
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French (fr)
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Nicolai Tarasinski
Joachim Sobotzik
Bernd Kneer
Klaus Hahn
Mattias Lang
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Deere & Company
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors

Definitions

  • Cooling device for an electrical machine that can be cooled with a coolant
  • the present invention relates to a cooling device for an electrical machine that can be cooled with a cooling liquid.
  • the cooling device comprises a feed device with which coolant can be fed to the electrical machine.
  • the electrical machine has a stator and a rotor having an axis of rotation.
  • the present invention relates to an electrical machine which can be cooled with a cooling liquid.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying and developing a cooling device for an electrical machine which can be cooled with a coolant and an electrical machine, by means of which the aforementioned problems are overcome.
  • intensive cooling of the electrical components of the electrical machine should be possible, the measures for cooling not ' substantially reducing the efficiency of the electrical machine or should not be at the expense of the installation space of the electrical machine.
  • a cooling device of the type mentioned at the outset is characterized in that cooling liquid can be conducted to a first region of the rotor of the electrical machine and brought into contact with the rotor with the supply device.
  • cooling liquid can be conducted to a first region of the rotor of the electrical machine and brought into contact with the rotor with the supply device.
  • the coolant passes from the first region of the rotor to a second region of the rotor due to centrifugal forces acting on the coolant.
  • the distance of the second area from the axis of rotation is greater than the distance of the first area from the axis of rotation.
  • the cooling liquid brought into contact with the rotor is thrown outwards due to the rotation of the rotor and the centrifugal forces associated therewith. This results in a defined distribution of the coolant within the electrical machine.
  • the cooling effect results in particular from the fact that the cooling liquid is brought into contact with the heated or heated electrical components or that the cooling liquid acts upon or flows around it. So is on the one hand, the rotor can be cooled in this way, and on the other hand, the stator can also be cooled as a result.
  • a suitable supply of the cooling liquid to a first region of the rotor of the electrical machine is required, the first region being arranged closer to the axis than the second region of the rotor.
  • the cooling liquid - with respect to the axis of rotation - is fed to the rotor further inside, so that due to the centrifugal forces acting, the cooling liquid is flung outwards - to the second area of the rotor and / or beyond the second area of the rotor.
  • the coolant level in the electrical machine may be kept at a level which, in the operating state, is in any case below the outermost region of the rotor. In principle, this could be achieved in that an overpressure is generated within the electrical machine with the aid of a second medium - for example air - which forces the coolant already supplied to the electrical machine through a corresponding coolant return or discharge device from the electrical machine.
  • the electrical machine could have a gas or air supply line through which gas or air can be supplied to the electrical machine at a predeterminable pressure.
  • the feed device could also have a mixing device with which a gas, preferably air, can be mixed with the cooling liquid.
  • a gas preferably air
  • both the cooling liquid for cooling the electrical machine and the gas or air for producing the excess pressure are supplied to the electrical machine using the feed device.
  • the cooling liquid and gas could be mixed according to the principle of the suction jet pump.
  • the mixing device has a feed line which has a nozzle-shaped end.
  • a further cooling liquid line could be arranged opposite this nozzle, which takes up the cooling liquid emerging from the nozzle of the supply line and supplies it to the electrical machine.
  • the mixing device is designed in such a way that, when the cooling liquid passes from the supply line to the cooling liquid line, the cooling liquid also absorbs gas or air from the environment in the mixing device - in accordance with the principle of the suction jet pump - so that with such a mixing device designed the cooling liquid can be easily constructive means a gas can be mixed.
  • the feed device could have a cooling liquid pump.
  • the relationship between the cooling liquid and gas can be set in connection with the mixing device, or, for example at an elevated temperature of one or more components of the electrical machine, the amount of the cooling liquid used to cool these components can be increased if the delivery rate of the coolant is increased per time interval with the coolant pump.
  • the feed device could have a valve arrangement with which the pressurized coolant or from an existing coolant volume flow can vary the quantity of coolant delivered to the electrical machine per time interval.
  • a valve could be provided with which the effective cross section of the cooling liquid flowing through the valve can be varied and / or with which the pressure of the supplied cooling liquid can be set.
  • the location or locations of the electrical machine to which the coolant is to be applied will depend on the specific design of the electrical machine. If, for example, an internal rotor is essentially cylindrical, it could be provided to supply the cooling liquid to at least one end face of the rotor with the supply device. Specifically, the feed device could have, for example, a commercially available hydraulic pipe, possibly with a nozzle-shaped end. As a result, the coolant comes into contact with the end face of the rotor, therefore cools the rotor from the end face and the coolant is thrown outward by the rotating rotor.
  • the rotor could also be designed in such a way that the cooling liquid can be conducted to or into an inner region of the rotor with the feed device, for example by means of a hollow shaft or hollow axis of the rotor. From there, the cooling fluid inside the rotor is thrown outwards due to the centrifugal forces, so that the rotor is practically cooled from the inside.
  • the rotor has at least one passage through which the cooling liquid can be conducted from the first region of the rotor to a second region of the rotor.
  • the passage could be arranged to run essentially in the radial direction.
  • the passage could have a slot, a groove and / or a bore.
  • a plurality of passages are preferably provided on the rotor, which are arranged uniformly distributed along the circumference, as a result of which a uniform cooling effect can be achieved.
  • a passage could have a meandering or curved course.
  • a plurality of passages could have a honeycomb-shaped or an interconnected course. The effective surface area between the rotor and the cooling liquid can thus be increased, so that an optimal cooling effect is possible.
  • the number, size and / or course of the passages are preferably dimensioned and arranged in such a way that the cooling liquid and possibly the gas underneath heat transfer between the rotor and coolant from the first region of the rotor to a second region of the rotor is as high as possible.
  • the number, size and / or course of the passages are dimensioned and arranged in such a way that the cooling effect of the cooling liquid and, if necessary, the gas can be set to a predeterminable ratio of the cooling effect between the rotor and the stator. It could be provided that almost only the stator is cooled by the cooling liquid.
  • the passages could as well be dimensioned or arranged such that the stator and the rotor are cooled in equal proportions.
  • At least one means is provided which is used to guide the cooling liquid from the first region of the rotor to a second region of the rotor.
  • This means is preferably arranged on the rotor.
  • the means could have at least one laterally arranged disc, a collecting ring and / or several blades or blades.
  • blades could be provided on the rotor, with which the cooling liquid can be conducted from the inside to the outside on an outer region of the rotor.
  • corresponding means for guiding the cooling liquid could be provided on the housing of the electrical machine, so that a cooling liquid pump can ultimately be implemented in cooperation with means arranged on the rotor.
  • the rotor can be used to spin cooling liquid in the direction of the stator of the electrical machine.
  • the stator can also be cooled, and this can be done in a very particularly advantageous manner in a targeted manner, in that the passages provided on the rotor and / or the provided means for guiding the cooling liquid are designed such that, for example, winding heads or other components of the stator are specifically provided with cooling liquid are applied, so that mainly the components of the stator can be cooled, in which the greatest heat is generated.
  • the passage and / or the means is designed such that the cooling liquid can be thrown at a predeterminable angle to the tangent of the rotor to the stator.
  • means for guiding the cooling liquid on the rotor could be provided, which are designed to be comparable to those of a centrifugal pump fan with backward-curved blades.
  • the rotor of the electrical machine could be at least partially in the form of a hollow rotor.
  • a gear component for example a mixing gear, could be arranged within the hollow rotor, as is the case, for example, in the European patent application with the application number 04101458.0-1523, the entire disclosure content of which is included here.
  • a discharge device for removing the cooling liquid supplied to the electrical machine.
  • a discharge device could be provided in a lower area of the electrical machine.
  • the coolant discharged by the electrical machine could, for example, be conductive to a coolant cooler, so that a coolant circuit is implemented.
  • the electrical machine could be provided for a tractor, the electrical machine being able to be cooled with the gear oil of a gear of the tractor.
  • the cooling circuit could be designed in such a way that the gear oil first through the electrical machine, then through the gear and then through a gear oil cooler - e.g. pumped by a gear oil pump - is directed.
  • a control or regulating means is provided with which the coolant level in the electrical machine can be adjusted.
  • the coolant level is controlled or regulated in such a way that it is always below or outside the rotor during operation of the electrical machine, so that the rotor is not brought into contact with the coolant arranged in the lower region of the electrical machine.
  • the Control or regulating means could be able to control or regulate both the amount of the coolant supplied to the electrical machine and the amount of coolant discharged from the electrical machine, for example with the aid of one or more coolant pumps.
  • the control or regulating means allows the gas pressure - that is to say a medium other than that of the cooling liquid - to be controlled or regulated within the electrical machine.
  • a gas or air pump could be provided with which the gas pressure within the electrical machine can be set, for example via a separate gas supply.
  • an electrically conductive liquid could be used as the cooling liquid.
  • all of the assemblies of the electrical machine that come into contact with the coolant would have to be designed in an isolated manner.
  • the electrical machine with a cooling device according to the invention can be produced more cost-effectively if the cooling liquid is not electrically conductive. In this case, not all assemblies of the electrical machine that come into contact with the cooling liquid need to be designed to be electrically insulating. Oil is preferably used as the cooling liquid, in particular gear oil, which is not electrically conductive.
  • the Coolant can also be used to lubricate the bearing of the rotor.
  • a coolant must be used that also has lubricating properties, for example gear oil. Accordingly, the coolant is also to be suitably supplied to the bearing.
  • an electrical machine has a stator and a rotor having an axis of rotation.
  • the electrical machine can be cooled with a cooling liquid with the aid of a cooling device according to one of the claims 1 to 20.
  • the electrical machine according to claim 21 includes a feed device with which coolant can be fed to the electrical machine.
  • the cooling liquid can be supplied to a first region of the rotor of the electrical machine with the supply device and can be brought into contact with the rotor. When the rotor rotates, the cooling liquid passes from the first region of the rotor to a second region of the rotor.
  • the distance of the second area from the axis of rotation is greater than the distance of the first area from the axis of rotation.
  • the electrical machine is designed in the form of an asynchronous machine. Accordingly, the rotor has at least one, preferably two short-circuit rings.
  • the electrical machine could be designed such that it can be operated as a motor and / or as a generator and thus provides mechanical torque or electrical energy.
  • the electrical machine very particularly preferably has an internal rotor, so that the cooling liquid brought into contact with the rotor can be thrown outwards, where the stator of the electrical machine is preferably arranged, among other things.
  • FIG. 1 in a cross-sectional view of a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an electrical machine 10 which is designed in the form of an asynchronous machine.
  • the electrical machine 10 comprises a stator 12, which is fixed to the housing 14 of the electrical machine 12.
  • the stator 12 has two winding heads 16, 18 which are spatially separated from one another and which are each arranged in a ring shape in the housing 14 of the electrical machine 10.
  • the electrical machine 10 further comprises a rotor 20, which rotates by one Rotation axis 22 is rotatably mounted.
  • bearings 24, 26 are provided on both sides of the electrical machine 10.
  • the rotor 20 is essentially cylindrical and has a shaft 28 and a left and a right end face 30, 32.
  • Short-circuit rings 34, 36 are provided on the end faces 30, 32 of the rotor 20, each of which is arranged essentially at the same height as the end windings 16, 18 in the axial direction with respect to the axis of rotation 22.
  • the rotor 20 has the short-circuit bars, not shown in FIG. 1, which in the outer region of the rotor 20 each extend from the left short-circuit ring 34 to the right short-circuit ring 36.
  • the electrical machine 10 can be cooled with a cooling liquid 38.
  • a feed device 40, 42 is provided, with which cooling liquid 38 can be conducted to a first region 44, 46 of the rotor 20 of the electrical machine and can be brought into contact with the rotor 20 - specifically with the respective end faces 30, 32.
  • the cooling liquid 38 is conducted from the first area 44, 46 of the rotor 20 to a second area 48, 50 of the rotor 20 due to the centrifugal forces acting on the cooling liquid 38.
  • the feed device 40 or 42 each has a hydraulic tube with which pressurized cooling liquid 38 is sprayed onto the end face 30 or 32 of the rotor 20, respectively.
  • cooling liquid 38 supplied to the first area 44, 46 of the rotor 20 reaches the second area 48, 50 through passages 52, 54 provided on the short-circuit rings 34, 36.
  • the rotor 20 is intensively cooled from its end faces 30, 32 and at the short-circuit rings 34, 36.
  • the cooling liquid 38 which has passed through the passages 52, 54 is thrown outwards by the rotor 20, so that the latter Coolant 38 strikes the end windings 16, 18 directly, whereby the end windings 16, 18 are also intensively cooled.
  • the coolant liquid 38 thrown outwards runs along the inside of the housing 14 of the electrical machine 10 and is collected in a lower area in a coolant sump 56.
  • the coolant sump 56 has a level 58, which is in any case below the rotor 20.
  • a discharge device To discharge the cooling liquid 38, a discharge device is provided, which has a pipeline 60 which, at a lower region of the housing 14 of the electrical machine 10, conducts the cooling liquid 38 to a cooling liquid cooler, not shown in the figures.
  • the electrical machine 10 has an air supply 62, with which pressurized air can be supplied to the electrical machine 10. The air supplied to the electrical machine 10 can be used on the one hand to cool the electrical machine 10.
  • the air supplied to the electrical machine 10 preferably serves to keep the coolant level 58 of the coolant sump 56 at a level which is in any case spaced apart from the lower outer regions 48, 50 of the rotor 20, so that the coolant 38 does not coexist in the coolant sump 56 comes into contact with the rotating rotor 20 and thus no splashing losses occur in the electrical machine 10.
  • a level control of the coolant sump 56 is provided by regulating the amount of coolant supplied to the electrical machine 10 and the air supplied to the electrical machine 10 such that the coolant level 58 does not exceed a predeterminable upper value.
  • a liquid level sensor 64 could be provided, which detects the currently existing coolant level 58 or an exceeding of a predeterminable coolant level and supplies it to a control or regulating device.
  • the cooling liquid 38 could be fed to the rotor 20 through the shaft 28, with bores in the shaft 28, through which, not shown, being provided in a region of the end faces 30, 32 the coolant 38 could exit the shaft near the axis of rotation 22. This would allow a coolant flow to be realized in a manner comparable to that shown in FIG. 1, in which both the end faces 30, 32 and the short-circuit rings 34, 36 of the rotor 20 could be cooled by the coolant 38.
  • FIGS. 2 to 5 each show in a perspective view different embodiments of a component 66 which has the short-circuit ring 34 or which can be mounted on the short-circuit ring 34.
  • the component 66 from FIG. 2 has a bore 68 through which the shaft 28 of the rotor 20 runs.
  • Component 66 further includes short-circuit ring 34 and a disk-shaped region 70, to which short-circuit ring 34 is connected.
  • the inside diameter of the short-circuit ring 34 is larger than the inside diameter of the disk 72 arranged on the end face of the short-circuit ring 34.
  • the disk-shaped area 70 which (also in FIGS.
  • FIG. 3 shows a component 66 which is essentially in the form of an annular disk 74 and which has a recess 76 in its center. The shaft 28 of the rotor 20 runs through this recess 76.
  • Holes 78 are provided near the outer edge of the annular disk 74 at the same distance in each case and are used to fasten the annular disk 74 to the short-circuit ring 34 (not shown in FIG. 3). Also close to the outer edge of the annular disk 74 are recessed areas 80, which each form a groove-shaped and radial passage in the case of an annular disk 74 mounted on the short-circuit ring 34, through which coolant 38 can escape to the outside. Accordingly, the areas in which the bores 78 are provided are arranged higher than the areas 80 in the axial direction.
  • FIG. 4 shows a component 66 that is comparable to FIG. 3, wherein instead of the recessed areas 80, groove-shaped depressions 82 are now provided.
  • the groove-shaped depressions 82 each run from the inside to the outside, the groove-shaped depressions 82 intersecting and thus being connected to one another. They are oriented in such a way that for the two opposite directions of rotation of the rotor 20, the cooling liquid 38 is in each case essentially thrown outward at an angle of approximately 45 degrees, measured to the tangent.
  • the circular ring disks 74 shown in FIGS. 3 and 4 are mounted on the short-circuit ring with the end face visible in each of these figures.
  • FIG. 5 shows a short-circuit ring 34, on which an annular disk 74 is mounted, which has wings 84.
  • These vanes 84 are oriented essentially in the radial direction, protrude from the annular disk 74 in the axial direction and are arranged at the same distance along the circumference on the component 66.
  • Such components are available on the market - ⁇ for air cooling - so that advantageously one inexpensive manufacture is possible.
  • the cooling liquid 38 is sprayed onto the disk-shaped region 70 of the component 66 with the aid of the feed device 40 and is then thrown outwards and between the vanes 84 due to the centrifugal forces during the rotation of the rotor 20.
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of the component 66, which has the short-circuit ring 34 with the disk-shaped region 70 and the bore 68 through which the shaft 28 of the rotor runs.
  • Both the short-circuit ring 34 and the circular ring disk 74 each have bores 78 which are aligned with one another and through which the circular ring disk 74 can be fastened to the short-circuit ring 34 using suitable fastening means.
  • FIG. 6 shows the region 74 particularly clearly, in which the cooling liquid 38 thrown radially outwards is first collected before it can pass through the passages not shown in FIG. 6 to the outside.
  • the surface of the disk-shaped region 70 that can be seen in FIG. 6 ultimately forms the end face or an outer surface of the rotor 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen Maschine (10). Die Kühlvorrichtung umfasst eine Zuführeinrichtung (40, 42), mit welcher Kühlflüssigkeit (38) der elektrischen Maschine (10) zuführbar ist. Die elektrische Maschine (10) weist einen Stator (12) und einen eine Rotationsachse (22) aufweisenden Rotor (20) auf. Mit der Zuführreinrichtung (40, 42) der erfindungsgemässen Kühlvorrichtung ist Kühlflüssigkeit (38) zu einem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) der elektrischen Maschine (10) leitbar und mit dem Rotor (20) in Kontakt bringbar. Bei einer Rotation des Rotors (20) gelangt die Kühlflüssigkeit (38) von dem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) zu einem zweiten Bereich (48, 50) des Rotors (20). Der Abstand des zweiten Bereichs (48, 50) von der Rotationsachse (22) ist grösser als der Abstand des ersten Bereichs (44, 46) von der Rotationsachse (22). Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine (10), welche mit einer Kühlflüssigkeit (38) kühlbar ist.

Description

Kühlvorrichtung für eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen Maschine. Die Kühlvorrichtung umfasst eine Zuführeinrichtung, mit welcher Kühlflüssigkeit der elektrischen Maschine zuführbar ist. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen eine Rotationsachse aufweisenden Rotor auf. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, welche mit einer Kühlflüssigkeit kühlbar ist.
Bei dem Betrieb elektrischer Maschinen fällt aufgrund der vorhandenen Verlustleistung Wärmeenergie an. Um diese abführen zu können, müssen elektrische Maschinen gekühlt werden. Diese Kühlung wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Maschinen vorwiegend mit Kühlluft (Durchzugsbelüftung) oder Kühlflüssigkeit (Kühlmantel) realisiert. Bei Generatoren wird auch eine Kühlung mit Wasserstoff eingesetzt. In der DE 196 50 572 AI wird zudem eine Kühlung elektrischer Maschinen mittels eines Ölsumpfs beschrieben, der durch die Rotation des Läufers zerstäubt wird. Dies bringt jedoch Planschverluste mit sich, so dass der Wirkungsgrad einer solchen elektrischen Maschinen nicht optimal ist. Da bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Asynchronmaschinen, ein Großteil der Wärme im Läufer, insbesondere in den Kurzschlussringen, entsteht, ist eine intensive Kühlung dieser von Vorteil.
Zudem ist bei vielen Anwendungen elektrischer Maschinen der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt . Der zu integrierende Wassermantel oder Lüfter geht hierbei zu Lasten des eigentlichen Bauraums für die elektrische Maschine. Grundsätzlich steigert eine intensive Kühlung der elektrischen Maschine zudem deren Wirkungsgrad. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine anzugeben und weiterzubilden, durch welche die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll eine intensive Kühlung der elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine möglich sein, wobei die Maßnahmen für die Kühlung den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine nicht ' wesentlich herabsetzen oder nicht zu Lasten des Bauraums der elektrischen Maschine gehen sollen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zuführreinrichtung Kühlflüssigkeit zu einem ersten Bereich des Rotors der elektrischen Maschine leitbar und mit dem Rotor in Kontakt bringbar ist. Bei einer Rotation des Rotors gelangt die Kühlflüssigkeit aufgrund von auf die Kühlflüssigkeit wirkenden Fliehkräfte von dem ersten Bereich des Rotors zu einem zweiten Bereich des Rotors. Der Abstand des zweiten Bereichs von der Rotationsachse ist größer als der Abstand des ersten Bereichs von der Rotationsachse.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die mit dem Rotor in Kontakt gebrachte Kühlflüssigkeit aufgrund der Rotation des Rotors und den hiermit verbundenen Fliehkräften nach außen geschleudert wird. Hierdurch erfolgt eine definierte Verteilung der Kühlflüssigkeit innerhalb der elektrischen Maschine. Die Kühlwirkung ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Kühlflüssigkeit mit den erwärmten bzw. erhitzten elektrischen _ Komponenten in Kontakt gebracht wird bzw. von der Kühlflüssigkeit beaufschlagt oder umströmt wird. So ist einerseits der Rotor auf diese Art und Weise kühlbar, andererseits ist hierdurch auch der Stator kühlbar. Bei entsprechender Anordnung und Ausbildung von Rotor, Stator und Zuführreinrichtung ist es in ganz besonders vorteilhafter Weise möglich, sowohl den Rotor als auch den Stator intensiv zu kühlen, insbesondere dann, wenn durch die Ausbildung des Rotors in Zusammenwirkung mit der Zuführreinrichtung der rotierende Rotor als Pumpe für die Kühlflüssigkeit wirkt.
Es ist ein geeignetes Zuführen der Kühlflüssigkeit zu einem ersten Bereich des Rotors der elektrischen Maschine erforderlich, wobei der erste Bereich achsnäher als der zweite Bereich des Rotors angeordnet ist. Mit anderen Worten wird die Kühlflüssigkeit - bezo gen auf die Rotationsachse - dem Rotor weiter innen zugeleitet, so dass aufgrund der wirkenden Fliehkräfte die Kühlflüssigkeit nach außen - zum zweiten Bereich des Rotors und/oder über den zweiten Bereich des Rotors hinaus - geschleudert wird.
Zum Vermeiden von Planschverlusten im Zusammenhang vom Rotor innerhalb der elektrischen Maschine kann es erforderlich sein, dass der Kühlflüssigkeitsstand in der elektrischen Maschine auf einem Niveau gehalten wird, welches im Betriebszustand jedenfalls unterhalb des äußersten Bereichs des Rotors liegt. Dies könnte grundsätzlich dadurch erzielt werden, dass innerhalb der elektrischen Maschine ein Überdruck mit Hilfe eines zweiten Mediums - beispielsweise Luft - erzeugt wird, welcher die der elektrischen Maschine bereits zugeführte Kühlflüssigkeit durch eine entsprechende Kühlflüssigkeits- rückführung oder Abführeinrichtung aus der elektrischen Maschine drängt.
So könnte die elektrische Maschine beispielsweise eine Gasoder Luftzufuhrleitung aufweisen, durch welche Gas oder Luft ^unter einem vorgebbaren Druck- der elektrischen- Maschine zuführbar ist. Die Zuführeinrichtung könnte jedoch auch eine Mischeinrichtung aufweisen, mit welcher der Kühlflüssigkeit ein Gas, vorzugsweise Luft, beimischbar ist. In diesem Fall wird sowohl die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der elektrischen Maschine als auch das Gas bzw. die Luft zum Herstellen des Überdrucks mit Hilfe der Zuführreinrichtung der elektrischen Maschine zugeleitet. Nach dem Einspritzen von Kühlflüssigkeit und Gas findet eine Entmischung statt und das der elektrischen Maschine zugeführte Gas bildet einen Überdruck über der Kühlflüssigkeit aus.
Das Mischen von Kühlflüssigkeit und Gas könnte nach dem Prinzip der Saugstrahlpumpe erfolgen. Hierbei könnte insbesondere vorgesehen sein, dass die Mischeinrichtung eine Zuführleitung aufweist, welche ein düsenförmig ausgebildetes Ende aufweist. Dieser Düse gegenüberliegend angeordnet könnte eine weitere Kühlflüssigkeitsleitung angeordnet sein, welche die aus der Düse der Zuführleitung austretende Kühlflüssigkeit aufnimmt und der elektrischen Maschine zuführt. Die Mischeinrichtung ist derart ausgebildet, dass bei dem Übergang der Kühlflüssigkeit von der Zuführleitung zu der Kühlflüssigkeitsleitung die Kühlflüssigkeit auch Gas oder Luft der Umgebung in der Mischeinrichtung mit aufnimmt - gemäß dem Prinzip der Saugstrahlpumpe -, so dass mit einer derart ausgebildeten Mischeinrichtung der Kühlflüssigkeit mit einfachen konstruktiven Mitteln ein Gas beimischbar ist.
Insbesondere zum Einstellen der Fördermenge der Kühlflüssigkeit pro Zeitintervall und/oder zur Einstellung des Drucks der zugeführten Kühlflüssigkeit könnte die Zuführeinrichtung eine Kühlflüssigkeitspumpe aufweisen. So kann beispielsweise im Zusammenhang mit der Mischeinrichtung das Verhältnis zwischen Kühlflüssigkeit und Gas eingestellt werden oder aber, beispielsweise bei erhöhter Temperatur einer oder mehrerer Komponenten der elektrischen Maschine, die Menge- der zur Kühlung dieser Komponenten dienenden Kühlflüssigkeit erhöht werden, wenn die Fördermenge der Kühlflüssigkeit pro Zeitintervall mit der Kühlflüssigkeitspumpe erhöht wird.
Alternativ oder zusätzlich hierzu könnte die Zuführeinrichtung eine Ventilanordnung aufweisen, mit der unter Druck stehende Kühlflüssigkeit oder von einem bestehenden Kühlflüssigkeits- volumenstrom die der elektrischen Maschine zugeführte Fördermenge an Kühlflüssigkeit pro Zeitintervall variierbar ist. Im Konkreten könnte ein Ventil vorgesehen sein, mit welchem der wirksame Querschnitt der durch das Ventil fließenden Kühlflüssigkeit variierbar ist und/oder mit welchem der Druck der zugeführten Kühlflüssigkeit einstellbar ist.
Grundsätzlich wird die Stelle bzw. werden die Stellen der elektrischen Maschine, welche mit der Kühlflüssigkeit zu beaufschlagen sind, von der konkreten Ausgestaltung der elektrischen Maschine abhängen. Falls beispielsweise ein innenliegender Rotor im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, könnte vorgesehen sein, mit der Zuführeinrichtung die Kühlflüssigkeit zumindest einer Stirnfläche des Rotors zuzuleiten. Im Konkreten könnte die Zuführeinrichtung beispielsweise ein handelsübliches Hydraulikrohr, ggf. mit einem düsenförmigen Ende, aufweisen. Hierdurch kommt die Kühlflüssigkeit mit der Stirnseite des Rotors in Kontakt, kühlt daher den Rotor von der Stirnseite aus und die Kühlflüssigkeit wird vom rotierenden Rotor nach außen geschleudert.
Der Rotor könnte allerdings auch derart ausgebildet sein, dass mit der Zuführeinrichtung die Kühlflüssigkeit an oder in einen inneren Bereich des Rotors leitbar ist, beispielsweise mittels einer Hohlwelle oder Hohlachse des Rotors. Von dort aus wird aufgrund der wirkenden Fliehkräfte die Kühlflüssigkeit innerhalb des Rotors nach außen geschleudert, so dass der Rotor praktisch von innen gekühlt wird. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor mindestens einen Durchgang auf, durch welchen die Kühlflüssigkeit von dem ersten Bereich des Rotors zu einem zweiten Bereich des Rotors leitbar ist. Der Durchgang könnte im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufend angeordnet sein. Im Konkreten könnte der Durchgang einen Schlitz, eine Nut und/oder eine Bohrung aufweisen. Bevorzugt sind mehrere Durchgänge am Rotor vorgesehen, welche entlang des Umfangs gleichverteilt angeordnet sind, wodurch eine gleichmäßige Kühlwirkung erzielbar ist.
Ein Durchgang könnte einen mäanderförmigen oder kurvenförmigen Verlauf aufweisen. Alternativ oder zusätzlich könnten mehrere Durchgänge einen wabenförmigen oder einen miteinander in Verbindung stehenden Verlauf aufweisen. Somit kann die wirksame Oberfläche zwischen Rotor und Kühlflüssigkeit erhöht werden, so dass eine optimale Kühlwirkung möglich ist.
Falls der Rotor der elektrischen Maschine eine hohe Wärmeentwicklung im Betrieb aufweist und daher zu kühlen ist, sind vorzugsweise die Durchgänge in ihrer Anzahl, in ihrem Maß und/oder in ihrem Verlauf jeweils derart bemessen und angeordnet, dass die Kühlflüssigkeit und ggf. das Gas unter möglichst hohem Wärmeübergang zwischen Rotor und Kühlflüssigkeit von dem ersten Bereich des Rotors zu einem zweiten Bereich des Rotors gelangt.
Falls sowohl der Rotor als auch der Stator der elektrischen Maschine aufgrund der jeweiligen Wärmeentwicklung im Betrieb zu kühlen ist, sind die Durchgänge in ihrer Anzahl, in ihrem Maß und/oder in ihrem Verlauf jeweils derart bemessen und angeordnet, dass die Kühlwirkung der Kühlflüssigkeit und ggf. des Gases auf ein vorgebbares Verhältnis der Kühlwirkung zwischen Rotor und Stator einstellbar ist. So könnte vorgesehen sein, dass fast ausschließlich nur der Stator von der Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Die Durchgänge könnten auch derart dimensioniert bzw. angeordnet sein, dass der Stator und der Rotor zu gleichen Anteilen gekühlt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Mittel vorgesehen, welches zum Leiten der Kühlflüssigkeit von dem ersten Bereich des Rotors zu einem zweiten Bereich des Rotors dient. Vorzugsweise ist dieses Mittel am Rotor angeordnet. Das Mittel könnte mindestens eine seitlich angeordnete Scheibe, einen Sammelring und/oder mehrere Flügel oder Schaufeln aufweisen. Mit anderen Worten könnten am Rotor Schaufeln vorgesehen sein, mit welchen die Kühlflüssigkeit an einem äußeren Bereich des Rotors von innen nach außen leitbar ist. Zusätzlich könnten am Gehäuse der elektrischen Maschine entsprechende Mittel zur Leitung der Kühlflüssigkeit vorgesehen sein, so dass in Zusammenwirkung mit am Rotor angeordneten Mitteln letztendlich eine Kühlflüssigkeitspumpe realisierbar ist.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist mit dem Rotor Kühlflüssigkeit in Richtung des Stators der elektrischen Maschine schleuderbar. Hierdurch ist auch der Stator kühlbar, und zwar kann dies in ganz besonders vorteilhafter Weise gezielt erfolgen, indem die am Rotor vorgesehenen Durchgänge und/oder die vorgesehenen Mittel zum Leiten der Kühlflüssigkeit derart ausgebildet sind, dass beispielsweise Wicklungsköpfe oder andere Komponenten des Stators gezielt mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden, so dass hauptsächlich die Komponenten des Stators kühlbar sind, bei welchen die größte Wärmeentwicklung vorliegt. Im Konkreten ist der Durchgang und/oder das Mittel derart ausgebildet, dass die Kühlflüssigkeit in einem vorgebbaren Winkel zur Tangente des Rotors zu dem Stator schleuderbar ist. So könnten beispielsweise Mittel zum Leiten der Kühlflüssigkeit am Rotor vorgesehen sein, welche vergleichbar zu denen eines Kreiselpumpenlüfters mit rückwärts gekrümmten Schaufeln ausgebildet sind. Für konkrete Anwendungen könnte der Rotor der elektrischen Maschine zumindest teilweise in Form eines Hohlläufers ausgebildet sein. So könnte beispielsweise innerhalb des Hohlläufers ein Getriebebauteil, beispielsweise ein Mischgetriebe, angeordnet sein, wie dies beispielsweise bei der Europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldungsnummer 04101458.0-1523 der Fall ist, deren gesamter Offenbarungsgehalt hier einbezogen wird. Letztendlich kann hierdurch bei einer konkreten Anwendung in vorteilhafter Weise Bauraum eingespart werden.
Zum Abführen der der elektrischen Maschine zugeführten Kühlflüssigkeit ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Abführeinrichtung vorgesehen. Eine solche Abführeinrichtung könnte in einem unteren Bereich der elektrischen Maschine vorgesehen sein. Die von der elektrischen Maschine abgeführte ■ Kühlflüssigkeit könnte beispielsweise zu einem Kühlflüssigkeitskühler leitbar sein, so dass ein Kühlflüssigkeitskreislauf realisiert ist. Im Konkreten könnte die elektrische Maschine für einen Traktor vorgesehen sein, wobei die elektrische Maschine mit dem Getriebeöl eines Getriebes des Traktors kühlbar ist. In diesem Fall könnte der Kühlkreislauf derart ausgebildet sein, dass das Getriebeöl zunächst durch die elektrische Maschine, dann durch das Getriebe und dann durch einen Getriebeölkühler - z.B. von einem Getriebeölpumpe gepumpt - geleitet wird.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Steuer- oder Regelmittel vorgesehen, mit welchem der Kühlflüssigkeitsstand in der elektrischen Maschine einstellbar ist. Zum Vermeiden von Planschverlusten wird der Kühlflüssigkeitsstand derart angesteuert bzw. geregelt, dass dieser im Betrieb der elektrischen Maschine stets unterhalb oder außerhalb des Rotors liegt, so dass der Rotor mit der im unteren Bereich der elektrischen -Maschine angeordneten Kühlflüssigkeit nicht in Kontakt gebracht wird. Mit dem Steuer- oder Regelmittel könnte sowohl die Menge der der elektrischen Maschine zugeführten Kühlflüssigkeit als auch die Menge von der der elektrischen Maschine abgeführten Kühlflüssigkeit Steuer- bzw. regelbar sein, beispielsweise mit Hilfe von einer oder mehreren Kühlflüssigkeitspumpen.
Besonders bevorzugt, da kostengünstig realisierbar, ist mit dem Steuer- oder Regelmittel der Gasdruck - also eines anderen Mediums als das der Kühlflüssigkeit - innerhalb der elektrischen Maschine Steuer- oder regelbar. Hierbei könnte eine Gas- bzw. Luftpumpe vorgesehen sein, mit welcher - beispielsweise über eine separate Gaszufuhr - der Gasdruck innerhalb der elektrischen Maschine einstellbar ist. Hierzu könnte es erforderlich sein, die Zuführreinrichtung und die Abführeinrichtung derart auszubilden, dass im Betrieb der elektrischen Maschine einerseits eine Kühlung mit Hilfe der Kühlflüssigkeit sichergestellt werden kann und andererseits die der elektrischen Maschine zugeführte Kühlflüssigkeit einen vorgebbaren Flüssigkeitsstand nicht überschreitet.
Grundsätzlich könnte als Kühlflüssigkeit eine elektrisch leitende Flüssigkeit verwendet werden. Hierzu wären jedoch sämtliche, mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt kommenden Baugruppen der elektrischen Maschine isoliert auszubilden. Eine kostengünstigere Herstellung der elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann dann erfolgen, wenn die Kühlflüssigkeit nicht elektrisch leitend ausgebildet ist. In diesem Fall müssen nicht sämtliche Baugruppen der elektrischen Maschine, die mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt kommen, elektrisch isolierend ausgebildet sein. Bevorzugt wird Öl als Kühlflüssigkeit verwendet, insbesondere Getriebeöl, was elektrisch nicht leitend ist.
Falls der Rotor mit mindestens einem Lager an einem Gehäuse der elektrischen Maschine drehbar gelagert ist, könnte die Kühlflüssigkeit auch zur Schmierung des Lagers des Rotors nutzbar sein. Hierzu ist eine Kühlflüssigkeit zu verwenden, die auch schmierende Eigenschaften aufweist, beispielsweise Getriebeöl. Dementsprechend ist die Kühlflüssigkeit auch dem Lager geeignet zuzuleiten.
Hinsichtlich einer elektrischen Maschine wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 21 gelöst. Hiernach weist eine elektrische Maschine einen Stator und einen eine Rotationsachse aufweisenden Rotor auf. Die elektrische Maschine ist mit einer Kühlflüssigkeit mit Hilfe einer Kühlvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 20 kühlbar. Mit anderen Worten u fasst die elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 21 eine Zuführeinrichtung, mit welcher Kühlflüssigkeit der elektrischen Maschine zuführbar ist. Die Kühlflüssigkeit ist mit der Zuführreinrichtung einem ersten Bereich des Rotors der elektrischen Maschine zuführbar und mit dem Rotor in Kontakt bringbar . Bei einer Rotation des Rotors gelangt die Kühlflüssigkeit von dem ersten Bereich des Rotors zu einem zweiten Bereich des Rotors. Der Abstand des zweiten Bereichs von der Rotationsachse ist größer als der Abstand des ersten Bereichs von der Rotationsachse. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf den vorangegangenen Teil der Beschreibung verwiesen.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine in Form einer Asynchronmaschine ausgebildet. Dementsprechend weist der Rotor mindestens einen, bevorzugt zwei Kurzschlussringe auf.
Die elektrische Maschine könnte derart ausgebildet sein, dass sie als Motor und/oder als Generator betreibbar ist und somit ein mechanisches Drehmoment oder elektrische Energie zur Verfügung stellt. Ganz besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine einen innenliegenden Rotor auf, so dass die mit dem Rotor in Kontakt gebrachte Kühlflüssigkeit nach außen schleuderbar ist, wo vorzugsweise unter anderem auch der Stator der elektrischen Maschine angeordnet ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung
Fig. 1 in einer Querschnittsansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
Fig. 2 bis 4 jeweils eine perspektivisch Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines am Rotor der elektrischen Maschine angeordneten Bauteils.
In den Fig. sind gleiche oder ähnliche Bauteile bzw. Baugruppen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Figur 1 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht eine elektrische Maschine 10, die in Form einer Asynchronmaschine ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Stator 12, der am Gehäuse 14 der elektrischen Maschine 12 fixiert ist. Der Stator 12 weist zwei voneinander räumlich getrennte Wickelköpfe 16, 18 auf, welche jeweils ringförmig im Gehäuse 14 der elektrischen Maschine 10 angeordnet sind. Die elektrische Maschine 10 umfasst weiterhin einen Rotor 20, welcher um eine Rotationsachse 22 drehbar gelagert ist. Hierzu sind an beiden Seiten der elektrischen Maschine 10 Lager 24, 26 vorgesehen.
Der Rotor 20 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist eine Welle 28 sowie eine linke und eine rechte Stirnseite 30, 32 auf. An den Stirnseiten 30, 32 des Rotors 20 sind Kurzschlussringe 34, 36 vorgesehen, die jeweils im Wesentlichen - in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 22 - auf der gleichen Höhe wie die Wickelköpfe 16, 18 angeordnet sind. Des Weiteren weist der Rotor 20 die in Fig. 1 nicht gezeigten Kurzschlussstäbe auf, die im äußeren Bereich des Rotors 20 sich jeweils von dem linken Kurzschlussring 34 zum rechten Kurzschlussring 36 erstrecken.
Die elektrische Maschine 10 ist mit einer Kühlflüssigkeit 38 kühlbar. Hierzu ist eine Zuführreinrichtung 40, 42 vorgesehen, mit welcher Kühlflüssigkeit 38 zu einem ersten Bereich 44, 46 des Rotors 20 der elektrischen Maschine leitbar ist und mit dem Rotor 20 - im Konkreten mit den jeweiligen Stirnseiten 30, 32 - in Kontakt bringbar ist. Bei einer Rotation des Rotors 20 wird die Kühlflüssigkeit 38 von dem ersten Bereich 44, 46 des Rotors 20 zu einem zweiten Bereich 48, 50 des Rotors 20 aufgrund der auf die Kühlflüssigkeit 38 wirkenden Fliehkräfte geleitet. Die Zuführreinrichtung 40 bzw. 42 weist jeweils ein Hydraulikrohr auf, mit welchem unter Druck stehende Kühlflüssigkeit 38 jeweils auf die Stirnseite 30 bzw. 32 des Rotors 20 gespritzt wird.
In Fig. 1 ist lediglich schematisch angedeutet, dass die dem ersten Bereich 44, 46 des Rotors 20 zugeleitete Kühlflüssigkeit 38 nach außen zum zweiten Bereich 48, 50 durch an den Kurzschlussringen 34, 36 vorgesehene Durchgänge 52, 54 gelangt. Hierdurch wird der Rotor 20 von seinen Stirnseiten 30, 32 her sowie an den Kurzschlussringen 34, 36 intensiv gekühlt. Die durch die Durchgänge 52, 54 hindurchgetretene Kühlflüssigkeit 38 wird vom Rotor 20 nach außen geschleudert, so dass dieses Kühlmittel 38 unmittelbar an den Wickelköpfen 16, 18 auftrifft, wodurch die Wickelköpfe 16, 18 ebenfalls intensiv gekühlt werden. Die nach außen geschleuderte Kühlerflüssigkeit 38 läuft im Inneren des Gehäuses 14 der elektrischen Maschine 10 entlang und wird in einem unteren Bereich in einem Kühlflüssigkeits- sumpf 56 gesammelt. Hierbei weist der Kühlflüssigkeitssumpf 56 einen Pegel 58 auf, welcher jedenfalls unterhalb des Rotors 20 liegt .
Zum Abführen der Kühlflüssigkeit 38 ist eine Abführeinrichtung vorgesehen, welche eine Rohrleitung 60 aufweist, die an einem unteren Bereich des Gehäuses 14 der elektrischen Maschine 10 die Kühlflüssigkeit 38 zu einem in den Fig. nicht gezeigten Kühlflüssigkeitskühler leitet. Die elektrische Maschine 10 weist eine Luftzufuhr 62 auf, mit welcher unter Druck stehende Luft der elektrischen Maschine 10 zuleitbar ist. Die der elektrischen Maschine 10 zugeleiteten Luft kann einerseits zum Kühlen der elektrischen Maschine 10 dienen. Andererseits dient die der elektrischen Maschine 10 zugeführte Luft bevorzugt dazu, den Kühlflüssigkeitsstand 58 des Kühlflüssigkeitssumpfs 56 auf einem Niveau zu halten, welches jedenfalls von den unteren äußeren Bereichen 48, 50 des Rotors 20 beabstandet ist, so dass die Kühlflüssigkeit 38 im Kühlflüssigkeitssumpf 56 nicht mit dem rotierenden Rotor 20 in Kontakt kommt und somit keine Planschverluste in der elektrischen Maschine 10 entstehen. Eine Niveauregulierung des Kühlflüssigkeitssumpfs 56 ist dadurch vorgesehen, dass die pro Zeiteinheit der elektrischen Maschine 10 zugeführte Kühlflüssigkeitsmenge sowie die der elektrischen Maschine 10 zugeführte Luft derart geregelt wird, dass der Kühlflüssigkeitsstand 58 einen vorgebbaren oberen Wert nicht überschreitet. Hierzu könnte beispielsweise ein Flüssigkeitsstandsensor 64 vorgesehen sein, welcher den aktuell vorliegenden Kühlflüssigkeitsstand 58 oder ein Überschreiten eines vorgebbaren Kühlflüssigkeitsstands detektiert und einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zuleitet. Obwohl in Figur 1 nicht gezeigt, wäre es jedoch denkbar, dass die Kühlflüssigkeit 38 durch die Welle 28 dem Rotor 20 zugeleitet wird, wobei in einem Bereich der Stirnseiten 30, 32 - nicht gezeigte - Bohrungen in der Welle 28 vorgesehen sein könnten, durch welche die Kühlflüssigkeit 38 nahe der Rotationsachse 22 aus der Welle austreten könnte. Hierdurch wäre in einer zur Darstellung aus Fig. 1 vergleichbaren Weise ein Kühlflüssigkeitsfluss realisierbar, bei welchem sowohl die Stirnseiten 30, 32 als auch die Kurzschlussringe 34, 36 des Rotors 20 von der Kühlflüssigkeit 38 gekühlt werden könnten.
In den Fig. 2 bis 5 sind jeweils in einer perspektivischen Ansicht unterschiedliche Ausführungsformen eines Bauteils 66 gezeigt, welches den Kurzschlussring 34 aufweist oder welches an den Kurzschlussring 34 montierbar ist.
Das Bauteil 66 aus Fig. 2 weist eine Bohrung 68 auf, durch welche die Welle 28 des Rotors 20 verläuft. Weiterhin umfasst das Bauteil 66 den Kurzschlussring 34 und einen scheibenförmigen Bereich 70, an welchen sich der Kurzschlussring 34 anschließt. Der Innendurchmesser des Kurzschlussrings 34 ist größer als der Innendurchmesser der auf der Stirnseite des Kurzschlussrings 34 angeordneten Scheibe 72. Somit wird die mit dem scheibenförmigen Bereich 70, der (auch in den Fig. 2, 5 und 6) die Stirnfläche des Rotors 20 darstellt, in Kontakt gebrachte Kühlflüssigkeit 38 durch die Fliehkräfte nach außen geschleudert und verbleibt zunächst in dem Bereich 74, welcher von dem schreibenförmigen Bereich 70, von der der Rotationsachse 28 zugewandten Oberfläche des Kurzschlussrings 34 und von der dem scheibenförmigen Bereich 70 zugewandten Oberfläche der Scheibe 72 gebildet ist. Lediglich schematisch ist angedeutet, dass der Kurzschlussring 34 in Form von Bohrungen ausgebildete Durchgänge 52 aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit 38 in der angedeuteten Richtung 75 in Richtung des_ Stators 12 geschleudert wird. Fig. 3 zeigt ein Bauteil 66, welches im Wesentlichen in Form einer Kreisringscheibe 74 ausgebildet ist und welches in seiner Mitte eine Ausnehmung 76 aufweist. Durch diese Ausnehmung 76 verläuft die Welle 28 des Rotors 20. Es sind nahe des äußeren Rands der Kreisringscheibe 74 jeweils im gleichen Abstand Bohrungen 78 vorgesehen, welche zur Befestigung der Kreisringscheibe 74 an dem in Fig. 3 nicht gezeigten Kurzschlussring 34 dienen. Ebenfalls nahe des äußeren Rands der Kreisringscheibe 74 sind vertiefte Bereiche 80 vorgesehen, die bei einer am Kurzschlussring 34 montierten Kreisringscheibe 74 jeweils einen nutförmigen und in radialer Richtung verlaufenden Durchgang bilden, durch welchen Kühlflüssigkeit 38 nach außen treten kann. Dementsprechend sind die Bereiche, in welchen die Bohrungen 78 vorgesehen sind, gegenüber den Bereichen 80 in axialer Richtung erhöht angeordnet.
Fig. 4 zeigt ein dem Fig. 3 vergleichbares Bauteil 66, wobei an Stelle der vertieften Bereiche 80 nunmehr rillenför ige Vertiefungen 82 vorgesehen sind. Die rillenförmigen Vertiefungen 82 verlaufen jeweils von innen nach außen, wobei die rillenförmigen Vertiefungen 82 sich kreuzen und somit miteinander verbunden sind. Sie sind derart ausgerichtet, dass für die zwei entgegengesetzten Drehrichtungen des Rotors 20 die Kühlflüssigkeit 38 jeweils im Wesentlichen unter einem Winkel von ca. 45 Grad, gemessen zur Tangente, nach außen geschleudert wird. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Kreisringscheiben 74 werden mit den in diesen Figuren jeweils sichtbaren Stirnseite an dem Kurzschlussring montiert.
Fig. 5 zeigt einen Kurzschlussring 34, an welchem eine Kreisringscheibe 74 montiert ist, die Flügel 84 aufweist. Diese Flügel 84 sind im Wesentlichen in radialer Richtung orientiert, ragen in axialer Richtung von der Kreisringscheibe 74 ab und sind in gleichem Abstand entlang des Umfangs am Bauteil 66 angeordnet. Solche Bauteile sind auf dem Markt - ~ für Luftkühlungen - erhältlich, so dass in vorteilhafter Weise eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Im Betrieb wird die Kühlflüssigkeit 38 mit Hilfe der Zuführreinrichtung 40 auf den scheibenförmigen Bereich 70 des Bauteils 66 aufgespritzt und wird dann bei der Rotation des Rotors 20 aufgrund der Fliehkräfte nach außen und zwischen den Flügeln 84 hindurch geschleudert.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Bauteils 66, welches den Kurzschlussring 34 mit dem scheibenförmigen Bereich 70 und der Bohrung 68, durch die die Welle 28 des Rotors verläuft, aufweist. Sowohl der Kurzschlussring 34 als auch die Kreisringscheibe 74 weisen jeweils Bohrungen 78 auf, die miteinander fluchten und durch die mit geeigneten Befestigungsmitteln die Kreisringscheibe 74 an dem Kurzschlussring 34 befestigt werden kann. In Fig. 6 ist besonders deutlich der Bereich 74 erkennbar, in welchem die radial nach außen geschleuderte Kühlflüssigkeit 38 zunächst gesammelt wird, bevor sie durch die in Fig. 6 nicht gezeigten Durchgänge nach außen durchtreten kann. Die in Fig. 6 erkennbare Oberfläche des scheibenförmigen Bereichs 70 bildet letztendlich die Stirnfläche oder eine äußere Oberfläche des Rotors 20.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung für eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen Maschine, mit einer Zuführeinrichtung (40, 42), mit welcher Kühlflüssigkeit (38) der elektrischen Maschine (10) zuführbar ist, wobei die elektrische Maschine (10) einen Stator (12) und einen eine Rotationsachse (22) aufweisenden Rotor (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zuführreinrichtung (40, 42) Kühlflüssigkeit (38) zu einem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) der elektrischen Maschine (10) leitbar und mit dem Rotor (20) in Kontakt bringbar ist, dass bei einer Rotation des Rotors (20) die Kühlflüssigkeit (38) von dem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) zu einem zweiten Bereich (48, 50) des Rotors (20) gelangt und dass der Abstand des zweiten Bereichs (48, 50) von der Rotationsachse (22) größer als der Abstand des ersten Bereichs (44, 46) von der Rotationsachse (22) ist.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (40, 42) eine Mischeinrichtung aufweist, mit welcher der Kühlflüssigkeit (38) ein Gas, vorzugsweise Luft, beimischbar ist, und dass insbesondere das Mischen von Kühlflüssigkeit (38) und Gas nach dem Prinzip der Saugstrahlpumpe erfolgt.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (40, 42) eine Kühlflüssigkeitspumpe aufweist, mit welcher vorzugsweise die Fördermenge der Kühlflüssigkeit (38) pro Zeitintervall variierbar ist und/oder mit welcher der Druck der zugeführten Kühlflüssigkeit (38) einstellbar ist.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (40, 42) eine Ventilanordnung aufweist, mit welcher vorzugsweise von einem bestehenden Kühlflüssigkeitsvolumenstrom die der elektrischen Maschine (10) zugeführte Fördermenge an Kühlflüssigkeit (38) pro Zeitintervall variierbar ist und/oder mit welcher der Druck der zugeführten Kühlflüssigkeit (38) einstellbar ist.
5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zuführeinrichtung (40, 42) die Kühlflüssigkeit (38) einer Stirnfläche (30, 32) des Rotors (20) zuleitbar ist oder dass mit der Zuführeinrichtung (40, 42) die Kühlflüssigkeit (38) in einen inneren Bereich des Rotors (20) leitbar ist.
6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) mindestens einen Durchgang (52, 54) aufweist, durch welchen die Kühlflüssigkeit (38) von dem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) zu einem zweiten Bereich (48, 50) des Rotors (20) leitbar ist, und dass der Durchgang (52, 54) vorzugsweise im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufend angeordnet ist .
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (52, 54) einen Schlitz (80), eine Nut (82) und/oder eine Bohrung (52) aufweist.
8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchgang (52, 54) einen mäanderförmigen oder kurvenförmigen Verlauf aufweist oder dass mehrere Durchgänge (52, 54) einen wabenförmigen oder einen miteinander in Verbindung stehenden Verlauf aufweisen.
9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge (52, 54) in ihrer Anzahl, in ihrem Maß und/oder in ihrem Verlauf jeweils derart bemessen und angeordnet sind, dass die Kühlflüssigkeit (38) und ggf. das Gas unter möglichst hohem Wärmeübergang zwischen Rotor (20) und Kühlflüssigkeit (38) von dem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) zu einem zweiten Bereich (48, 50) des Rotors (20) gelangt.
10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge (52, 54) in ihrer Anzahl, in ihrem Maß und/oder in ihrem Verlauf jeweils derart bemessen und angeordnet sind, dass die Kühlwirkung der Kühlflüssigkeit (38) und ggf. des Gases auf ein vorgebbares Verhältnis der Kühlwirkung zwischen Rotor (20) und Stator (12) einstellbar.
11. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein - vorzugsweise am Rotor (20) angeordnetes - Mittel (74) vorgesehen ist, welches zum Leiten der Kühlflüssigkeit (38) von dem ersten Bereich (44, 46) des Rotors (20) zu einem zweiten Bereich (48, 50) des Rotors (20) dient.
12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (74) mindestens eine seitlich angeordnete Scheibe, einen Sammelring und/oder mehrere Flügel (84) oder Schaufeln aufweist.
13. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rotor (20) Kühlflüssigkeit (38) in Richtung des Stators (12) der elektrischen Maschine schleuderbar ist, wodurch der Stator (12) kühlbar ist.
14. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (52, 54) und/oder das Mittel (74) derart ausgebildet ist, dass die Kühlflüssigkeit (38) in einem vorgebbaren Winkel zur Tangente des Rotors (20) zum Stator (12) schleuderbar ist.
15. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) der elektrischen Maschine (10) zumindest teilweise in Form eines Hohlläufers ausgebildet ist.
16. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Abführeinrichtung (60), mit welcher die Kühlflüssigkeit (38) von der elektrischen Maschine (10) abführbar ist, wobei die Kühlflüssigkeit (38) vorzugsweise zu einem Kühlflüssigkeitskühler leitbar ist.
17. Kühlvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuer- oder Regelmittel vorgesehen ist, mit welchem der Kühlflüssigkeitsstand in der elektrischen Maschine (10) einstellbar ist, vorzugsweise derart, dass der Kühlflüssigkeitsstand unterhalb des Rotors (20) liegt.
18. Kühlvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Steuer- oder Regelmittel der Gasdruck innerhalb der elektrischen Maschine (10) Steuer- oder regelbar ist, wobei eine Gaspumpe vorgesehen sein kann, mit welcher - beispielsweise über eine separate Gaszufuhr (62) - der Gasdruck innerhalb der elektrischen Maschine (10) einstellbar ist.
19. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit (38) nicht elektrisch ■ leitend ausgebildet ist, und vorzugsweise Öl, insbesondere Getriebeöl, aufweist.
20. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) mit mindestens einem Lager (24, 26) an einem Gehäuse (14) der elektrischen Maschine (10) drehbar gelagert ist, und dass die Kühlflüssigkeit (38) zur Schmierung des Lagers (24, 26) des Rotors (20) nutzbar ist.
21. Elektrische Maschine mit einem Stator (12) und einem eine Rotationsachse (22) aufweisenden Rotor (20), wobei die elektrische Maschine (10) mit einer Kühlflüssigkeit (38) kühlbar ist, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
22. Elektrische Maschine nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Asynchronmaschine und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) mindestens einen Kurzschlussring (34, 36) aufweist.
23. Elektrische Maschine nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) als Motor und/oder als Generator betreibbar ist.
24. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch einen innenliegenden Rotor (20) .
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