EP2599191A2 - Fluidgekühlte elektrische maschine - Google Patents

Fluidgekühlte elektrische maschine

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EP2599191A2
EP2599191A2 EP11725730.3A EP11725730A EP2599191A2 EP 2599191 A2 EP2599191 A2 EP 2599191A2 EP 11725730 A EP11725730 A EP 11725730A EP 2599191 A2 EP2599191 A2 EP 2599191A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
electric machine
air gap
cooled electric
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11725730.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Hautz
Klaus Neupert
Martin Obermayr
Martin Stark
Josef Watzinger
Josef Zwack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2599191A2 publication Critical patent/EP2599191A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/10—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing
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    • 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
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Definitions

  • Fluid-cooled electrical machine The invention relates to an electric machine which is cooled by means of a fluid ⁇ .
  • a fluid for example, an oil, water, a highly compressed gas or even a high ⁇ compressed refrigerant.
  • Various media can be used to cool electrical machines. If air is used, the electrical ⁇ specific machine can be cooled, for example by means of an external fan or an integral fan. Electric machines can also be cooled by means of a liquid. Examples of liquids are water or an oil.
  • An object of the present invention is to improve a fluid cooling of an electric machine.
  • fluid-filled machines eg oil-filled
  • the Motorin ⁇ nenraum with liquid, in particular oil can be filled (for example, oil-filled elevator motor).
  • the heat is toge ⁇ by convection through the oil to the housing of the electric machine. If the oil is in the air gap of the electric machine, hot spots can occur there. This is caused in particular by the introduction of heat through the rotor and by high Rei ⁇ tional losses.
  • a highly compressed gas can also be used as the fluid.
  • the oil or other cooling liquid or fluid is pumped by the motor by means of a pump (external or internal).
  • the fluid-filled electrical Ma ⁇ machine which has no external pump may be provided with an external or internal cooler.
  • the resulting circulation of the fluid also results in a compensation of the temperature in the entire fluid volume.
  • the transport of the fluid and the resulting fluid circuit of the electric machine is caused by their movement. This means that only when the electric machine performs a rotational movement, the fluid is actively promoted (pumped) within the electrical Maschi ⁇ ne.
  • a heat exchanger can be integrated into the circuit of the cooling fluid.
  • a conveying action (pumping action) of the fluid can be achieved, for example, by centrifugal forces, by a spiral, by a screw or optionally by designing a Läu ⁇ fersteges.
  • the fluid for example, a liquid
  • the design of an active part of the electrical machine relates, for example, to:
  • Air gap or a design of the rotor for example, with one or more axial and / or radial cooling channels or with a hollow shaft or slanted stator grooves.
  • a compensation of the fluid temperature results, so that, for example, boiling of liquid in the air gap can be prevented.
  • a bypass for the return of the fluid whereby the fluid can be cooled further, the performance of the electric machine can be increased by simple means.
  • circulation of the fluid within the electric machine can be achieved solely by utilizing the rotational movement of the electric machine without additional external devices and auxiliary units, for which, for example, at the rotor, at the stator, in the air gap, etc.
  • the fluid can be passed through the air gap of the electric machine and / or through axial or radially arranged cooling channels.
  • suitable geometries ie an axial or radial design of stator or rotor structures as well as a suitable modification of Endblechen or the use of a screw can be used.
  • the fluid can be led into an integrated cooling structure (eg hollow ribs). Additionally or alternatively, the use of an external cooler is possible.
  • a fluid-cooled electric (in particular oil-cooled) Ma ⁇ machine can be designed such that it has a fluid circuit and a built-in pump, with a pumping action be brought about by a rotary motion of the electric machine.
  • An object of the invention accordingly solve fluid-cooled electrical machines having features according to one of claims 1 to 9.
  • the pump which is integrated in the electric machine, can be realized by various design measures.
  • this has a conical fluid-filled air gap.
  • This conical shape with respect to an axis, the axis of rotation, of the electrical machine represents the integrated pump.
  • the conically positioned and filled with fluid air gap has a step shape.
  • the step shape can be achieved, for example, by juxtaposing laminations with different diameters.
  • the rotor and / or stator then has sub-packages, which define the stages of the air gap.
  • stator winding is conically positioned.
  • the distance between Statorwick ⁇ ment and air gap keep the same. If only the air gap defined ⁇ conically positioned within the electrical machine, the stator winding and arranged tangentially to the axis of elekt ⁇ step machine, so there are different distances between the air gap and the stator winding.
  • this has one or a plurality of radial channels.
  • the radial channels are located in particular in the rotor of the electric machine and are filled with fluid, so that upon movement of the rotor centrifugal forces convey fluid within the radial channel radially outward.
  • this has one or a plurality of spiral structures.
  • This can lead for example to insert a screw ⁇ or helical structure through which fluid can be trans- ported.
  • This spiral structure is in particular ⁇ special on the rotor of the electric machine, so that in the rotational movement of a conveying effect can be achieved.
  • Cooling channels or cooling tubes can also be spirally designed. be located on the runner and that is transportable by this fluid.
  • this has one or a plurality of conically positioned channels, wherein these channels are located in particular in or on the rotor of the electric machine.
  • the electric machine may be a synchronous machine or an asynchronous machine. Furthermore, a configuration as an external rotor as well as an internal rotor is possible.
  • the rotor has a pump or a plurality of pump blades. With the help of these wings fluid is promoted during a rotational movement of the rotor. Depending on the configuration of the wings, it is then possible to convey fluid radially outward or radially inward toward the axis of rotation.
  • pump impeller can be combined so that on a first side of the electric machine, the pumping action is done radially inward and on another opposite side of the electric machine, the pumping action is radially outward, wherein the one side of the electric machine, for example the drive side is and the other side of the electric machine whose output side.
  • this stator has grooves, wherein the stator slots are chamfered and form channels, which conduct fluid. Not only a cogging torque in a permanently excited electrical machine can be reduced by the inclination of the stator slots, but also a pumping action can be achieved in order to obtain fluid from a drive side to the output side or vice versa. Slanted stator slots can be used not only for permanent-magnet synchronous machines, but also, for example, for asynchronous machines. In the following the invention is described in detail with reference to the embodiment illustrated in the figures and embodiments ⁇ he explained.
  • FIG 1 shows an electrical machine, which has a conically posi tioned ⁇ air gap
  • FIG. 2 shows an electrical machine, which has a conically posi ⁇ tioned stator winding
  • FIG 4 is an electrical machine which has a radial Ka ⁇ nal in the rotor
  • FIG. 6 shows an electrical machine which has pump blades
  • FIG 7 is an electrical machine which has a radial Ka ⁇ nal in the stator
  • FIG. 11 shows a detail view from FIG. 6.
  • the representation according to FIG. 1 shows a partial section through an electrical machine 1.
  • the electric machine 1 has a stator 26 and a rotor 27. 27 and stator 26 is positioned within the conical electrical ⁇ rule engine 1, so that the distance-of the air gap 25 to a shaft 23 changes, an air gap 25 between the rotor axially.
  • the electric machine 1 according to FIG. 1 furthermore has bearing shells 22 and a hollow rib 20, whereby fluid can be guided through the cooling channel 21 in the hollow rib, in particular cooling liquid.
  • the circulation of the fluid is represented by arrows 19.
  • the fluid is conveyed through the air gap 25 axially through the electric machine 1 and returned via the channel 21 in the cooling fin 20 and a stator channel 32.
  • both the stator 26 as well as the rotor 27 of the elekt ⁇ generic engine 1 is cooled.
  • the rotor 27 has a short-circuit cage 28.
  • further embodiments ei ⁇ ner electrical machine are shown, wherein like elements are provided with the same reference numerals, so that in the following ⁇ the particular to the differences of the embodiments of the electric machine, which has an integrated pump has to respond.
  • FIG 2 shows an embodiment of the electrical machine, which has a conically positioned Sta ⁇ torwicklung 24th As in FIG. 1, the air gap 25 is also conically positioned in FIG. 2, with the distance between the air gap and the stator winding being constant as shown in FIG. In contrast, the distance between the air gap and stator ⁇ development in the axial direction in Figure 1 is different.
  • the illustration according to FIG. 3 shows a stage executed
  • the lamination 29 includes sub-packets of the same diameter, the differ by ⁇ diameter of the sub-packets to each other.
  • the use of step shapes for the air gap 25 results in a simpler construction of the electrical machine compared to a continuous change in the diameter of the laminations used for runners and stator.
  • the illustration according to FIG 4 shows axial cooling channels 30 in the rotor 27 and a radial cooling channel 31 in the rotor 27.
  • the fluid circulates in these cooling channels and is transported via the air gap 25 in the region of the winding heads of the stator ⁇ winding.
  • the illustration according to FIG. 5 shows an electrical machine which has a helical structure 36 on the rotor 27. Through the helical structure 36, the fluid as through the arrows 19 is indicated, promoted by the air gap 25 at Be ⁇ movement of the rotor.
  • the illustration according to FIG. 6 shows a pump blade 33 in the region of an inlet of a cooling channel 30 in the rotor. By the pump blade 33 fluid is conveyed into the channel 30 during movement of the rotor.
  • the illustration according to FIG. 11 shows a detail view from FIG. 6 in order to be able to more easily recognize the effect or position of the pump vanes 33.
  • FIG 7 shows radial cooling channels 31 so ⁇ well in the rotor 27 as well as in the stator 26. Since the stator 26 also comprises subsequent axial cooling channels 32, a new circulating motion for the fluid may be the training thereof.
  • FIG 8 is a sectional schematic ⁇ shows a skewed stator slot 35 through which at BEWE ⁇ supply of the rotor, for example, oil, which is already in the air gap 25 through them and the bevelled cooling ⁇ channel is promoted.
  • FIG. 9 The illustrations in Figures 9 and 10 show a cut off ⁇ a cross section of Kur gleichrings 28.
  • the short ring 28 comprises according to FIG 9 at the outer radius region of rectangular grooves.
  • the short-circuit ring 28 has arc-shaped notches on the outer radius region.
  • These grooves or indentations each represent a type of slot, which is milled, for example.
  • both short-circuit rings may be provided on the upper side with small slots (height in the millimeter range), whereby a certain centrifugal effect of the liquid (or of the fluid) arises upwards and thus the circulation Helpful is supported.
  • Figure 5 or 6 could be provided, in which case, in particular, only at a short-circuit ring slots.

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

Abstract

Eine fluidgekühlte elektrische Maschine (1) weist einen Fluidkreislauf auf und ein integriertes Pumpelement.

Description

Beschreibung
Fluidgekühlte elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche mit¬ tels eines Fluids kühlbar ist. Ein Fluid ist beispielsweise ein Öl, Wasser, ein hoch verdichtetes Gas oder auch ein hoch¬ verdichtetes Kältemittel. Zur Kühlung elektrischer Maschinen können verschiedene Medien eingesetzt werden. Wird Luft eingesetzt, so kann die elektri¬ sche Maschine beispielsweise mittels eines Fremdlüfters oder eines Eigenlüfters gekühlt werden. Elektrische Maschinen sind auch mittels einer Flüssigkeit kühlbar. Beispiele für Flüs- sigkeiten sind Wasser oder ein Öl.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fluid- kühlung einer elektrischen Maschine zu verbessern. Bei fluidgefüllten Maschinen, z.B. ölgefüllten, gibt es je nach Art der Kühlung verschiedenste Systeme. Weist die elekt¬ rische Maschine keinen externen Kühler auf, kann der Motorin¬ nenraum mit Flüssigkeit, insbesondere Öl gefüllt sein (z.B. ölgefüllte Aufzugsmotor) . Die Wärme wird durch Konvektion durch das Öl an das Gehäuse der elektrischen Maschine abgege¬ ben. Steht das Öl im Luftspalt der elektrischen Maschine, so kann es dort zu Hot-spots kommen. Dies wird insbesondere durch den Wärmeeintrag durch den Läufer und durch hohe Rei¬ bungsverluste hervorgerufen. Anstelle des Öls, kann als Fluid auch ein hochverdichtetes Gas zum Einsatz kommen.
Bei einer Ausführungsform der elektrischen Maschine mit einem externen Kühler wird das Öl bzw. eine andere Kühlflüssigkeit oder ein Fluid mit Hilfe einer Pumpe (extern oder intern) durch den Motor gefördert. Die fluidgefüllte elektrische Ma¬ schine, welche keine externe Pumpe aufweist, kann mit einem externen oder internen Kühler versehen sein. So kann durch eine konstruktive Maßnahme am Läufer und/oder Ständer der elektrischen Maschine ein Fluidfluss insbesondere durch den Luftspalt oder auch durch ein oder mehrere Kühlkanäle hervor¬ gerufen werden, wobei eine Rückführung über einen Bypass erfolgen kann. Dadurch lässt sich die Kühlung der fluidgefüll- ten elektrischen Maschine ohne den Einsatz einer externen
Fluidpumpe verbessern. Durch die entstehende Zirkulation des Fluids ergibt sich auch ein Ausgleich der Temperatur im gesamten Fluidvolumen . Der Transport des Fluids und der damit entstehende Fluidkreislauf der elektrischen Maschine wird durch deren Bewegung hervorgerufen. Dies bedeutet, dass nur dann, wenn die elektrische Maschine eine Rotationsbewegung vollführt, das Fluid aktiv innerhalb der elektrischen Maschi¬ ne gefördert (gepumpt) wird. Um die Kühlung der elektrischen Maschine zu verbessern, kann ein Wärmetauscher in den Kreis- lauf des Kühlfluids mit integriert sein.
Durch die Gestaltung eines Aktivteiles der elektrischen Ma¬ schine kann eine Förderwirkung (Pumpwirkung) des Fluids beispielsweise durch Fliehkräfte, durch eine Wendel, durch eine Schnecke oder gegebenenfalls durch die Gestaltung eines Läu¬ fersteges erzielt werden. Das Fluid (beispielsweise eine Flüssigkeit) kann so, beispielsweise durch den Luftspalt oder den Läufer gefördert werden. Die Gestaltung eines Aktivteils der elektrischen Maschine betrifft dabei beispielsweise:
Ständer und/oder Läufer mit konischem bzw. treppenförmigen
Luftspalt bzw. eine Gestaltung des Läufers beispielsweise mit einem oder mehreren axialen und/oder radialen Kühlkanälen bzw. mit einer Hohlwelle oder auch geschrägte Ständernuten. Durch die Förderung des Fluids in der elektrischen Maschine ergibt sich ein Ausgleich der Fluidtemperatur, so dass beispielsweise ein Kochen von Flüssigkeit im Luftspalt verhindert werden kann. In Verbindung mit einem Bypass für den Rücklauf des Fluids (insbesondere Öl) , wodurch das Fluid wei- ter kühlbar ist, kann mit einfachen Mitteln die Leistung der elektrischen Maschine gesteigert werden. Eine Zirkulation des Fluids innerhalb der elektrischen Maschine kann, wie obig ausgeführt, ohne zusätzliche externe Einrichtungen und Hilfsaggregate allein durch Ausnutzung der rotatorischen Bewegung der elektrischen Maschine erzielt wer- den, wobei hierfür beispielsweise am Läufer, am Ständer, im Luftspalt, usw. verschiedenste Maßnahmen zu treffen sind, um eine Pumpwirkung bzw. Förderung des Fluids in der elektrischen Maschine zu erzielen. Dabei kann das Fluid durch den Luftspalt der elektrischen Maschine und/oder durch axiale bzw. radial angeordnete Kühlkanäle geführt werden. Hierfür sind beispielsweise geeignete Geometrien, d.h. eine axiale bzw. radiale Gestaltung von Ständer- oder Läuferstrukturen wie auch eine geeignete Modifikation von Endblechen oder der Einsatz einer Schnecke einsetzbar. Um die Kühlwirkung bei der elektrischen Maschine zu verbessern, kann das Fluid in eine integrierte Kühlkonstruktion (z.B. Hohlrippen) geführt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu ist auch der Einsatz eines externen Kühlers möglich. Eine fluidgekühlte (insbesondere ölgekühlte) elektrische Ma¬ schine ist derart ausbildbar, dass diese einen Fluidkreislauf und eine integrierte Pumpe aufweist, wobei eine Pumpwirkung durch eine Rotationsbewegung der elektrischen Maschine hervorrufbar ist. Eine Aufgabe der Erfindung lösen entsprechend fluidgekühlte elektrische Maschinen, welche Merkmale nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweisen.
Die Pumpe, welche in der elektrischen Maschine integriert ist, kann durch verschiedenste konstruktive Maßnahmen reali- siert werden. In einer Ausgestaltung der fluidgekühlten elektrischen Maschine weist diese einen konischen mit Fluid gefüllten Luftspalt auf. Diese konische Form in Bezug auf eine Achse, der Rotationsachse, der elektrischen Maschine stellt die integrierte Pumpe dar. Durch die konische Positio- nierung des Luftspalts innerhalb der elektrischen Maschine welche dazu führt, dass am Anfang des Luftspalts in axialer Ausrichtung der Abstand zur Achse der elektrischen Maschine kleiner ist als am axialen Ende des Luftspalt der elektri- sehen Maschine, ergibt sich durch die unterschiedlichen
Fliehkräfte eine Sogwirkung innerhalb des Luftspaltes, so dass Fluid in der elektrischen Maschine und im Luftspalt durch die Maschine gepumpt werden kann.
In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist der konisch positionierte und mit Fluid gefüllte Luftspalt eine Stufenform auf. Die Stufenform lässt sich beispielsweise durch Aneinanderreihung von Blechpaketen mit unterschiedli- chen Durchmessern erreichen. Der Läufer und/oder Ständer weist dann Teilpakete auf, welche die Stufen des Luftspaltes festlegen .
In einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die Statorwicklung konisch positioniert. Durch die konische
Positionierung der Statorwicklung und die konische Ausführung des Luftspaltes lässt sich der Abstand zwischen Statorwick¬ lung und Luftspalt gleich halten. Wird lediglich der Luft¬ spalt innerhalb der elektrischen Maschine konisch positio- niert und die Statorwicklung tangential zur Achse der elekt¬ rischen Maschine angeordnet, so ergeben sich unterschiedliche Abstände zwischen Luftspalt und Statorwicklung.
In einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist diese einen oder eine Vielzahl von radialen Kanälen auf. Die radialen Kanäle befinden sich insbesondere im Läufer der elektrischen Maschine und sind mit Fluid gefüllt, so dass bei einer Bewegung des Läufers Fliehkräfte Fluid innerhalb des radialen Kanals radial nach außen befördern.
In einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist diese eine oder eine Vielzahl von Spiralstrukturen auf. Dabei kann es beispielsweise zum Einsatz einer Schnecken¬ oder Wendelkonstruktion kommen, durch welche Fluid transpor- tiert werden kann. Diese Spiralstruktur befindet sich insbe¬ sondere am Läufer der elektrischen Maschine, so dass bei dessen rotatorischer Bewegung eine Förderwirkung erzielbar ist. Auch Kühlkanäle oder Kühlrohre können spiralförmig konstru- iert sein und sich so am Läufer befinden, dass durch diese Fluid transportierbar ist.
In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist diese einen oder eine Vielzahl konisch positionierter Kanäle auf, wobei sich diese Kanäle insbesondere im bzw. am Läufer der elektrischen Maschine befinden.
Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine oder auch eine Asynchronmaschine sein. Ferner ist eine Ausgestaltung als Außenläufer wie auch als Innenläufer möglich.
In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist der Läufer eine Pumpe oder eine Vielzahl von Pumpenflügeln auf. Mit Hilfe dieser Flügel wird bei einer Rotationsbewegung des Läufers Fluid gefördert. Abhängig von der Ausgestaltung der Flügel ist es dann möglich Fluid radial nach außen oder auch radial nach innen, hin zur Rotationsachse, zu fördern. In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine können Pumpenflügel derart kombiniert werden, dass auf einer ersten Seite der elektrischen Maschine die Pumpwirkung radial nach innen erfolgt und auf einer anderen entgegengesetzten Seite der elektrischen Maschine die Pumpwirkung radial nach außen verläuft, wobei die eine Seite der elektrischen Maschine beispielsweise die Antriebsseite ist und die andere Seite der elektrischen Maschine deren Abtriebsseite.
In einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist diese Ständernuten auf, wobei die Ständernuten geschrägt sind und Kanäle ausbilden, welche Fluid führen. Durch die Schrägung der Ständernuten kann nicht nur ein Rastmoment bei einer permanenterregten elektrischen Maschine reduziert werden, sondern es kann auch eine Pumpwirkung erreicht wer- den, um Fluid von einer Antriebsseite zur Abtriebsseite oder umgekehrt zu erzielen. Geschrägte Ständernuten können nicht nur bei permanenterregten Synchronmaschinen eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch bei Asynchronmaschinen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er¬ läutert. Es zeigen: FIG 1 eine elektrische Maschine, welche einen konisch posi¬ tionierten Luftspalt aufweist,
FIG 2 eine elektrische Maschine, welche eine konisch posi¬ tionierte Ständerwicklung aufweist,
FIG 3 eine elektrische Maschine, welche einen gestuften
Luftspalt aufweist,
FIG 4 eine elektrische Maschine, welche einen radialen Ka¬ nal im Läufer aufweist,
FIG 5 eine elektrische Maschine, welche eine Spiralstruktur am Läufer aufweist,
FIG 6 eine elektrische Maschine, welche Pumpenflügel auf¬ weist,
FIG 7 eine elektrische Maschine, welche einen radialen Ka¬ nal im Ständer aufweist;
FIG 8 eine geschrägte Ständernut;
FIG 9 einen Querschnitt eines Kurzschlussrings;
FIG 10 einen weiteren Querschnitt eines Kurzschlussrings;
und
FIG 11 eine Detailansicht aus Figur 6. Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist einen Ständer 26 und einen Läufer 27 auf. Ein Luftspalt 25 zwischen Läufer 27 und Ständer 26 ist innerhalb der elektri¬ schen Maschine 1 konisch positioniert, so dass sich der Ab- stand des Luftspaltes 25 zu einer Welle 23 axial ändert. Die elektrische Maschine 1 gemäß FIG 1 weist ferner Lagerschalen 22 und eine Hohlrippe 20 auf, wobei durch den Kühlkanal 21 in der Hohlrippe Fluid, insbesondere Kühlflüssigkeit, führbar ist. Der Kreislauf des Fluids ist durch Pfeile 19 darge- stellt. Das Fluid wird über den Luftspalt 25 axial durch die elektrische Maschine 1 befördert und über den Kanal 21 in der Kühlrippe 20 und einen Ständerkanal 32 zurückgeführt. Durch diese Zirkulation des Fluids, welches beispielsweise Öl ist, wird sowohl der Ständer 26 wie auch der Läufer 27 der elekt¬ rischen Maschine 1 gekühlt. Im vorliegenden Fall weist der Läufer 27 einen Kurzschlusskäfig 28 auf. In den nachfolgenden Figuren sind weitere Ausgestaltungen ei¬ ner elektrischen Maschine dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass im Folgen¬ den insbesondere auf die Unterschiede der Ausführungsformen der elektrischen Maschine, welche eine integrierte Pumpe auf- weist, einzugehen ist.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt eine Ausgestaltung der elektrischen Maschine, welche eine konisch positionierte Sta¬ torwicklung 24 aufweist. Wie in FIG 1 ist auch in FIG 2 der Luftspalt 25 konisch positioniert, wobei gemäß FIG 2 der Ab¬ stand zwischen Luftspalt und Statorwicklung konstant ist. Im Gegensatz dazu ist der Abstand zwischen Luftspalt und Stän¬ derwicklung in axialer Richtung in FIG 1 unterschiedlich. Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt eine stufig ausgeführte
Blechung des Läufers 27 und des Stators 26. Die Blechung 29 weist Teilpakete gleichen Durchmessers auf, wobei die Durch¬ messer der Teilpakete sich zueinander unterscheiden. Durch die Verwendung von Stufenformen für den Luftspalt 25 ergibt sich eine einfachere Konstruktion der elektrischen Maschine im Vergleich zu einer kontinuierlichen Veränderung der Durchmesser der verwendeten Blechung für Läufer und Ständer.
Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt axiale Kühlkanäle 30 im Läufer 27 und einen radialen Kühlkanal 31 im Läufer 27. Das Fluid zirkuliert in diesen Kühlkanälen und wird über den Luftspalt 25 in den Bereich der Wicklungsköpfe der Ständer¬ wicklung transportiert. Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt eine elektrische Maschine, welche eine Wendelstruktur 36 auf dem Läufer 27 aufweist. Durch die Wendelstruktur 36 wird das Fluid, wie dies durch die Pfeile 19 angedeutet ist, durch den Luftspalt 25 bei Be¬ wegung des Läufers gefördert.
Die Darstellung gemäß FIG 6 zeigt einen Pumpenflügel 33 im Bereich eines Eingangs eines Kühlkanals 30 im Läufer. Durch den Pumpenflügel 33 wird bei Bewegung des Läufers Fluid in den Kanal 30 gefördert. Die Darstellung gemäß Figur 11 zeigt eine Detailansicht aus Figur 6, um die Wirkung bzw. Position der Pumpenflügel 33 leichter erkennen zu können.
Die Darstellung gemäß FIG 7 zeigt radiale Kühlkanäle 31 so¬ wohl im Läufer 27 wie auch im Stator 26. Da der Stator 26 auch anschließende axiale Kühlkanäle 32 aufweist, kann sich hieraus eine neue Zirkulationsbewegung für das Fluid ausbil- den.
Die Darstellung gemäß FIG 8 zeigt in einem Schnitt schema¬ tisch eine geschrägte Ständernut 35, durch welche bei Bewe¬ gung des Läufers beispielsweise Öl, welches sich bereits im Luftspalt 25 befindet, durch diesen und den geschrägten Kühl¬ kanal gefördert wird.
Die Darstellungen gemäß FIG 9 und FIG 10 zeigen einen Aus¬ schnitt eines Querschnitts eines Kurschlussrings 28. Der Kurzschlussring 28 weist gemäß FIG 9 am äußeren Radiusbereich rechteckförmige Nuten auf. Der Kurzschlussring 28 weist gemäß FIG 10 am äußeren Radiusbereich bogenförmige Einkerbungen auf. Diese Nuten bzw. Einkerbungen stellen jeweils eine Art von Schlitz dar, welcher beispielsweise eingefräst ist. So können beispielsweise bei einem Gegenstand nach FIG 4 sowie nach FIG 7 beide Kurzschlussringe an der oberen Seite mit kleinen Schlitzen (Höhe im Millimeterbereich) versehen sein, womit eine gewisse Schleuderwirkung der Flüssigkeit (bzw. des Fluids) nach oben hin entsteht und somit die Zirkulation hilfreich unterstützt wird. Auch bei den Gegenständen nach
Figur 5 bzw. 6 könnte dies vorgesehen sein, wobei hier insbesondere nur an einem Kurzschlussring Schlitze sind.

Claims

Patentansprüche
1. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1), welche einen
Fluidkreislauf und eine integrierte Pumpe aufweist, wobei insbesondere eine Pumpwirkung durch eine Rotationsbewegung der elektrischen Maschine (1) hervorrufbar ist.
2. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese einen konischen mit Fluid gefluteten Luftspalt (25) aufweist.
3. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der ko¬ nische mit Fluid geflutete Luftspalt (25) eine Stufenform aufweist.
4. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Statorwicklung (24) konisch positioniert ist.
5. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach einem der An¬ spruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese einen radialen Kanal (31) aufweist.
6. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach einem der An¬ spruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass diese Spiralstruktur (36) aufweist.
7. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach einem der An- spruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese konisch positionierte Kanäle (25) aufweist.
8. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach einem der An¬ spruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese einen mit dem Läufer (27) der elektrischen Maschine (1) gekoppelten Pumpenflügel (33) aufweist.
9. Fluidgekühlte elektrische Maschine (1) nach einem der An¬ spruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese eine geschrägte Ständernut (35) aufweist.
EP11725730.3A 2010-07-28 2011-06-14 Fluidgekühlte elektrische maschine Withdrawn EP2599191A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE102010038529A DE102010038529A1 (de) 2010-07-28 2010-07-28 Fluidgekühlte elektrische Maschine
PCT/EP2011/059844 WO2012013412A2 (de) 2010-07-28 2011-06-14 Fluidgekühlte elektrische maschine

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EP11725730.3A Withdrawn EP2599191A2 (de) 2010-07-28 2011-06-14 Fluidgekühlte elektrische maschine

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US (1) US9300189B2 (de)
EP (1) EP2599191A2 (de)
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DE (1) DE102010038529A1 (de)
RU (1) RU2543491C2 (de)
WO (1) WO2012013412A2 (de)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013236534A (ja) * 2012-04-13 2013-11-21 Nippon Piston Ring Co Ltd 回転電機
DE102012219120A1 (de) 2012-10-19 2014-04-24 Robert Bosch Gmbh Dünnwandiges Gehäuse mit Kühlfluid lenkenden Kraftübertragungselementen
SE537090C2 (sv) * 2012-11-07 2015-01-07 BAE Systems Hägglunds Aktiebolag Förfarande och anordning för vätskekylning av en elmotor
DE102013201778A1 (de) * 2013-02-04 2014-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Ständerdirektkühlung
DE102013110466A1 (de) * 2013-09-23 2015-03-26 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektromaschine für den Einsatz im KFZ-Bereich
CN104638794A (zh) * 2013-11-07 2015-05-20 博世汽车部件(长沙)有限公司 电机
DE102014205017A1 (de) * 2014-03-18 2015-09-24 Zf Friedrichshafen Ag E-Maschine mit einem flüssigkeitsgekühltem Rotor
US9712022B2 (en) * 2014-07-29 2017-07-18 GM Global Technology Operations LLC Use of an involute shaped housing surrounding shaft(s) to promote shaft annulus fluid flow
CN104269958A (zh) * 2014-10-11 2015-01-07 国电联合动力技术有限公司 一种潮流能发电机组冷却装置及应用其的潮流能发电机组
US10432050B2 (en) * 2015-03-09 2019-10-01 Mitsubishi Electric Corporation Motor rotor, and compressor motor and compressor incorporated with the motor rotor
BR112017020181A2 (pt) * 2015-04-10 2018-06-12 Ge Aviation Systems Llc máquina, sistema de geração de energia e método para montar um núcleo do estator
CN104810949A (zh) * 2015-04-29 2015-07-29 上海优耐特斯压缩机有限公司 高速电机用离心压缩机或鼓风机的电机冷却结构
US10119459B2 (en) 2015-10-20 2018-11-06 Borgwarner Inc. Oil supply conduit through stator lamination stack for electrified turbocharger
DE102015223462A1 (de) * 2015-11-26 2017-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Rotor, flüssigkeitsgekühlte, elektrische Maschine sowie Fahrzeug
DE102016210930B4 (de) * 2016-06-20 2021-10-07 Vitesco Technologies GmbH Elektrische Maschine
CH713235A2 (fr) * 2016-12-15 2018-06-15 Gotec Sa Bobine pour pompe électromagnétique, pompe électromagnétique, procédé de fabrication de bobine et kit de montage de pompe électromagnétique.
JP2018102040A (ja) * 2016-12-19 2018-06-28 アイシン精機株式会社 回転電機
DE102017202752B4 (de) * 2017-02-21 2025-12-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Rotor für eine elektrische Maschine
GB201712113D0 (en) * 2017-07-27 2017-09-13 Rolls Royce Plc Electrical machine apparatus
CN107508415B (zh) * 2017-09-11 2020-01-10 珠海格力电器股份有限公司 电机
US10756598B2 (en) 2017-10-02 2020-08-25 Ge Aviation Systems Llc Method and apparatus for cooling a rotor assembly
KR102463423B1 (ko) * 2017-10-13 2022-11-03 현대자동차주식회사 자동차의 계자권선형 전기모터
CN108667218B (zh) * 2018-05-21 2024-02-20 广州亿智环保科技有限公司 一种基于冷却液的无刷双馈电机自驱动冷却结构
CN108448818A (zh) * 2018-05-21 2018-08-24 广东上水能源科技有限公司 一种基于冷却液的无刷双馈电机冷却结构
CN108429402A (zh) * 2018-05-21 2018-08-21 广东上水能源科技有限公司 一种基于冷却液的电机冷却结构
DE102018211204A1 (de) 2018-07-06 2020-01-09 Em-Motive Gmbh E-Maschine umfassend eine integrierte Kühlung
US11146133B2 (en) * 2018-08-30 2021-10-12 General Electric Company Electric machine with rotor coolant and lubrication distribution system, and systems and methods of cooling and lubricating an electric machine
JP7077903B2 (ja) * 2018-10-04 2022-05-31 トヨタ自動車株式会社 回転電機
US11095191B2 (en) * 2019-01-08 2021-08-17 Saudi Arabian Oil Company Helical motor oil circulation system
US11387712B2 (en) * 2019-09-13 2022-07-12 GM Global Technology Operations LLC Method to reduce oil shear drag in airgap
JP7302464B2 (ja) * 2019-12-19 2023-07-04 トヨタ自動車株式会社 回転電機
CN110912299A (zh) * 2019-12-24 2020-03-24 苏州苏磁智能科技有限公司 一种高速电机气隙散热结构
CN111884428B (zh) * 2020-06-28 2021-10-22 华为技术有限公司 电机、电机冷却系统及电动车
CN112104119A (zh) * 2020-09-15 2020-12-18 华育昌(肇庆)智能科技研究有限公司 一种永磁同步电机高强度贴合的电机转子
US11434714B2 (en) 2021-01-04 2022-09-06 Saudi Arabian Oil Company Adjustable seal for sealing a fluid flow at a wellhead
US11697991B2 (en) 2021-01-13 2023-07-11 Saudi Arabian Oil Company Rig sensor testing and calibration
US11913464B2 (en) 2021-04-15 2024-02-27 Saudi Arabian Oil Company Lubricating an electric submersible pump
US12206291B2 (en) 2021-10-22 2025-01-21 Dana Belgium N.V. Vehicle propulsion unit with electric machine that includes a balancing plate assembly and method for assembling said electric machine
US12208667B2 (en) 2021-10-22 2025-01-28 Dana Belgium N.V. Vehicle propulsion unit with electric machine that includes a balancing plate assembly and method for assembling said electric machine
US11994016B2 (en) 2021-12-09 2024-05-28 Saudi Arabian Oil Company Downhole phase separation in deviated wells
JP7713397B2 (ja) * 2022-01-05 2025-07-25 Ａｓｔｅｍｏ株式会社 回転電機及びこれを備えた車両駆動装置
CN116928056B (zh) * 2022-04-07 2025-12-05 安徽威灵汽车部件有限公司 泵装置和车辆
DE102022113563A1 (de) * 2022-05-30 2023-11-30 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kühlsystem zur effektiven Kühlung einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs
US11965590B2 (en) 2022-06-03 2024-04-23 Dana Belgium N.V. Multi-channel rotational shaft lubrication system
JP2024049915A (ja) * 2022-09-29 2024-04-10 本田技研工業株式会社 回転電機
US12431767B2 (en) * 2022-11-02 2025-09-30 Dana Belgium N.V. Electric machine with a cooling assembly
CN116014989B (zh) * 2023-01-13 2023-06-13 苏州英磁新能源科技有限公司 集成控制器的轮毂电机
US20250274013A1 (en) * 2024-02-27 2025-08-28 GM Global Technology Operations LLC Electric motor with airgap and stator slot cooling

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE724449C (de) 1939-11-15 1942-08-26 Aeg Einrichtung zur Kuehlung elektrischer Maschinen
CA584954A (en) * 1954-07-01 1959-10-13 Westinghouse Electric Corporation Motor pump unit
US2964659A (en) * 1957-01-30 1960-12-13 Westinghouse Electric Corp Regenerative cold trap and electric motor cooled thereby
US2917644A (en) * 1957-03-21 1959-12-15 Westinghouse Electric Corp Innercooled turbine generators
US3240967A (en) * 1959-07-31 1966-03-15 Krastchew Christoslaw Cooling arrangement for electric machines
DE1225288B (de) 1962-07-26 1966-09-22 Licentia Gmbh Anordnung zur Fuehrung des Kuehlmediums in den Polluecken von Schenkelpollaeufern elektrischer Maschinen
DE1961597U (de) 1962-04-06 1967-06-08 Bbc Brown Boveri & Cie Kuehlmittelfuehrung fuer den inneren kuehlmittelkreislauf schnelllaufender geschlossener elektrischer maschinen.
US3217193A (en) * 1963-03-08 1965-11-09 Worthington Corp Liquid cooled motor arrangement
DE1283947B (de) 1965-06-19 1968-11-28 Siemens Ag Elektrische Maschine mit Hilfsluftspalten
US3484636A (en) * 1968-01-19 1969-12-16 Louis W Parker Stator assemblies for axial airgap machines
FR1598135A (de) * 1968-12-26 1970-06-29
US3579006A (en) 1969-11-21 1971-05-18 Gen Electric Liquid cooled collector rings for dynamoelectric machine
DE1959280A1 (de) * 1969-11-26 1971-06-03 Blocher Motor Kg Gleichstrommotor mit Hohllaeufer
US3791331A (en) * 1972-05-05 1974-02-12 E Dilley Electric outboard motor
DE2537472A1 (de) 1975-08-22 1977-03-03 Ziehl Abegg Kg Elektromotor
DE3150724A1 (de) 1981-12-22 1983-07-28 Hartmuth Dr.-Ing. 5653 Leichlingen Rausch Vorrichtung zur fluessigkeitskuehlung von elektrischen maschinen
DE8202319U1 (de) 1982-01-30 1982-06-24 Jung Pumpen GmbH, 4803 Steinhagen Oelgekuehlter elektromotor
US4496862A (en) * 1983-08-05 1985-01-29 Sundstrand Corporation High speed generator air vent for air gap
US4600848A (en) * 1985-05-24 1986-07-15 Sundstrand Corporation Cooling of dynamoelectric machines
RU2158465C1 (ru) 1999-07-09 2000-10-27 Григорчук Владимир Степанович Электродвигатель постоянного тока
DE10013375A1 (de) 2000-03-17 2001-09-20 Alstom Power Nv Elektrische Maschine
US6346755B1 (en) 2000-06-30 2002-02-12 General Electric Company Optimization of ventilating flow path at air gap exit in reverse flow generators
DE10317593A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-18 Siemens Ag Elektrische Maschine mit gekühlten Ständer- und Läuferblechpaketen und Wicklungen
JP2006333581A (ja) 2005-05-24 2006-12-07 Toyota Industries Corp ステータ及びステータの製造方法
US7466053B1 (en) 2008-04-10 2008-12-16 Vladimir Radev Dual-rotor electric traction motor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012013412A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2543491C2 (ru) 2015-03-10
WO2012013412A2 (de) 2012-02-02
CN103026597B (zh) 2016-01-06
CA2806641C (en) 2016-11-01
CN103026597A (zh) 2013-04-03
BR112013002091A2 (pt) 2019-01-08
DE102010038529A1 (de) 2012-02-02
RU2013108802A (ru) 2014-09-10
CA2806641A1 (en) 2012-02-02
US20130119830A1 (en) 2013-05-16
WO2012013412A3 (de) 2012-09-13
US9300189B2 (en) 2016-03-29

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