WO2020094514A1 - Elektrische maschine mit einer fluid-kühleinrichtung - Google Patents

Elektrische maschine mit einer fluid-kühleinrichtung Download PDF

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cooling tube
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Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a fluid cooling device according to the preamble of claim 1, as already with the
  • WO 2016/050534 A1 has become known.
  • a lance-shaped cooling pipe is axially inserted into a section of a rotor shaft designed as a hollow shaft, through which a cooling fluid can flow into an annular space between the latter and the rotor shaft and absorb heat loss from the rotor .
  • the cooling tube is fixed axially on one side with a first section to a fixed support element and projects into the rotor shaft with a second, free section.
  • the coolant can flow in and out on the same end face of the electrical machine, as a result of which only a sealing element between the rotating rotor and the fixed elements of the machine is required.
  • the free-standing section of the cooling tube is excited to vibrate during operation of the electrical machine and is subjected to excessive mechanical stress due to bending. Such an action can lead to an undesired permanent deformation of the cooling tube.
  • the object of the invention is to further improve such a generic electrical machine with a fluid cooling device.
  • a cooling tube arranged inside the rotor shaft is to be better protected from acting forces.
  • an electrical machine with a fluid cooling device which comprises a stator and a rotor, and the rotor being rotatable about an axis relative to the stator by means of a rotor shaft is stored.
  • the fluid cooling device has a cooling tube which is fixed by means of a first section to a support element fixed to the stator and which is connected to a fluid inlet.
  • the cooling tube extends with a second self-supporting section axially within a central recess of the rotor shaft and forms an annular space with the rotor shaft, so that the cooling tube r is in fluid connection with the annular space and with a fluid outlet.
  • the rotor shaft can be closed in a fluid-tight manner on the axial side facing away from the fluid inlet.
  • the fluid inlet and the fluid outlet can be formed jointly on one and the same end face of the electrical machine and, in a still further respect, in particular on a bearing plate functioning as a carrier element.
  • the free-carrying portion of the cooling tube has first radial fluid outlet openings.
  • the provision of radial fluid outlet openings allows the cooling tube to experience a force directed against the respective outflow direction, in particular a recoil force, when the cooling fluid flows out of these fluid outlet openings.
  • These first radial fluid outlet openings can advantageously be designed and arranged relative to one another such that a superimposition of the recoil forces leads to a centering of the cooling tube in the region of the first radial fi u id outlet openings. Active centering of the cooling tube against external forces can be achieved. The desired effect already occurs in one spatial direction when there are two radial fluid outlet openings, which are preferably designed in opposite directions.
  • two further radial fluid outlet openings can be provided or at least three radial fluid outlet openings with a number n that are equally distributed around the circumference by an angle of 3607h
  • At least two or all of the first radial fluid outlet openings on the cooling tube preferably have the same axial position.
  • the first radial fluid outlet openings can also be arranged at different axial positions.
  • An oscillation amplitude of the cooling tube increases with the axial distance from the first section fixed on the carrier element.
  • a particularly effective centering of the cooling tube can be made possible by forming the first radial fluid outlet openings at an end region of the second section.
  • the cross section of an axial fluid outlet opening on the cooling tube can at least be reduced compared to the cross section of an axial fluid inlet opening. Another advantage is that the cooling tube can be axially closed at its free end region.
  • the cooling tube can have a constant inner diameter over its axial extent.
  • the cantilevered section of the cooling tube can have second radial fluid outlet openings axially spaced from the first radial fluid outlet openings, the second radial fluid outlet openings being designed with a larger cross section than the first radial fluid outlet openings are.
  • the second radial fluid outlet openings as well as the first radial fluid outlet openings can be arranged.
  • the provision of the first radial fluid outlet openings alone provides a fluid backflow in the annular space present between the cooling tube and the rotor shaft.
  • the additional provision of second radial fluid outlet openings divides the fluid flow guided by the cooling tube into two partial fluid streams which exit through the first and the second radial fluid outlet openings.
  • the first and the second radial fluid outlet openings can be designed and dimensioned such that a first partial fluid flow through the first radial fluid exit openings essentially stabilizes the position of the cooling tube and that a second partial fluid flow through the second radial fluid Outlet openings essentially for cooling the rotor shaft and the rotor. wearing.
  • the first partial fluid flow can be set lower than the second partial fluid flow by suitable dimensioning of the first and second fluid outlet openings.
  • the recess of the rotor shaft in the area of the first radial fluid outlet openings can in principle have at least approximately the same inner diameter compared to an area of the second radial fluid outlet openings.
  • the recess of the rotor shaft in the region of the first radial fluid outlet openings can also have an inner diameter that is reduced compared to a region of the second radial fluid outlet openings. In this way, the recoil forces can be increased and centering of the cooling tube can be further improved.
  • a gap can be formed in the area of the first radial fluid outlet openings between an outer circumferential surface of the cooling tube and an inner circumferential surface of the recess of the rotor shaft, which gap is filled by a cooling fluid present and the gap is dimensioned in this way is that a plain bearing is formed between the cooling tube and the rotor shaft.
  • the gap can in particular be designed as a capillary gap.
  • FIG. 1 shows an electrical machine designed as a vehicle axle drive with a fluid cooling device with a cooling tube in an axial sectional view
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the fluid cooling device from FIG. 1 in the region of a bearing plate of the electrical machine
  • FIG. 3 shows a perspective illustration of the electrical machine in the region of the end shield from FIG. 3; 4 is a perspective view of a coolant flange formed on a housing of the electrical machine;
  • FIG. 5 shows a detail of a fluid cooling device modified in the area of the cooling tube compared to the arrangement of FIG. 1.
  • the figures show an electrical machine 1, which is provided and designed in particular for driving an electric or hybrid vehicle.
  • the electric machine 1 is provided for installation in or on a vehicle axle and thus represents an electric axle drive 2 in connection with further components.
  • the electric machine 1 thus delivers its power to vehicle wheels for moving the vehicle.
  • an electric vehicle drive and a vehicle with such an electric machine 1 are also described, going beyond the electric machine 1 explained in detail below.
  • the electrical machine 1 comprises a stator 4 fixed in a housing 3 with a stator lamination stack 5 and with a stator winding 6 and a rotor 7 with a rotor lamination stack 8 and with a short-circuit cage 9.
  • the electrical machine 1 is thus designed as an asynchronous machine.
  • the rotor 7 is rotatably mounted about an axis A to the stator 4 by means of a rotor shaft 10, a first bearing 13 arranged on a first bearing plate 11 and a second bearing 14 arranged on a second bearing plate 12.
  • the rotor shaft 10 is operatively connected to a gear 36 shown on the left in FIG. 1, which can transmit the engine torque to vehicle wheels via further transmission elements, not shown here in the drawing.
  • the electrical machine 1 has a fluid cooling device 15 through which a cooling fluid can flow and which can dissipate heat loss to a heat exchanger located outside the electrical machine 1.
  • the fluid cooling device 15 comprises a metallic cooling tube 16 which is attached to a support element 17 which is fixed to the stator 4, in particular to the first bearing plate 11 and which is connected via an axial fluid inlet opening 16f to a fluid inlet 18 provided on the bearing plate 11.
  • the cooling tube r has a lance-shaped shape, the axial extent of which, therefore, its length L is many times greater than its diameter D. In the exemplary embodiment, this ratio L / D> 10, in particular greater than 15, and here in particular is approximately 17.
  • the cooling tube 16 is axially fixed and supported on one side only by means of a first section 16a through the bearing plate 11 and extends with it Larger second free-standing section 16b in the axial direction within a central recess 10a of the rotor shaft 10 and forms an annular space 10b with the rotor shaft 10.
  • a length ratio of a length of the first section 16a to a length of the second section 16b, that is to say the ratio of the length of the fastened section 16a to the length of the unsecured, free section 16b is greater than 10 and is specifically approximately 14.
  • the cooling tube 16 is axially open on both sides and is thus in the installed state shown in FIG. 1 via an axial fi u-outlet opening 16e with the annular space 10b and with a fluid outlet 19 also provided on the first bearing plate 11 Fluid connection.
  • the first bearing plate 11 has a central first through opening 11a for forming the fluid inlet 18 and a second through opening 11b arranged radially to the first through opening for forming the fluid outlet 19. Both through openings 11a, b thus emerge from the bearing plate 11 on an end mounting surface 11c facing away from the rotor 7.
  • a sealing area 20 with a sealing element 21 is provided between the rotor shaft 10 and the bearing plate 11 functioning as a carrier element 17.
  • the sealing element 21 has the task of at least essentially preventing fluid from flowing into a space 22 of the electrical machine 1 lying outside the sealing area 20 when the cooling fluid flows from the fluid inlet 18 to the fluid outlet 19.
  • the sealing element 21 is designed as an axial mechanical seal 23.
  • the mechanical seal 23 comprises a first section 23a which is fixed on the carrier element 17 and further comprises a second section 23b which is fixed on the rotor shaft 10 and which is in sealing connection with the first section 23a.
  • the second section 23b of the mechanical seal 23 is at least partially axially overlapping to the first bearing 13.
  • the first bearing 13 has both on the axial side facing the mechanical seal 23 and on the axial side facing the rotor laminated core 8 a sealing arrangement 13c acting between a radially inner bearing ring 13a and a radially outer bearing ring 13b with two sealing disks 13d, e .
  • the bearing interior 13f is further sealed against the ingress of cooling fluid by means of a high-speed grease. On the one hand, this lubricates the bearing 13 and, on the other hand, the penetration of fluid into the inner space 22 of the electrical machine 1 is prevented by the created grease barrier.
  • an inner diameter 10c of the rotor shaft 10 or the central recess 10a present there can be made larger than in the area of an axial extension of the rotor laminated core 8 in the area of the first bearing 13.
  • the rotor shaft 10 is designed as a hollow shaft and is closed in a fluid-tight manner by a closure 24 on the axial side facing away from the fluid inlet 18.
  • the closure 24 can be designed as a separate closure plug or as a bottom region of the rotor shaft 10. Due to the coaxial arrangement of the rotor shaft 10 and the cooling tube 16, the fluid flow undergoes a reversal of direction against the inflow direction and can flow out again on the axial side of the fluid inlet 18, for which purpose a sealing arrangement in the form of the sealing element 21 is only required on this side.
  • the cooling tube 16, the first bearing 13 and the stator-fixed section 23a of the sealing element 23 are thus received by the first bearing plate 11.
  • the first bearing plate 11 also receives an electrical potential equalization element 25 which interacts with the rotor shaft 10.
  • an electrical potential equalization element 25 which interacts with the rotor shaft 10.
  • a slip ring arrangement 26 is provided as the potential equalization element 25, which reduces potential differences that occur as shaft voltages between the stator 4 and the rotor 7 by means of an electrical short circuit.
  • the potential equalization element 25 is arranged axially adjacent to the first bearing 13, in particular axially between the bearing 13 and the rotor laminated core 8.
  • the cooling tube 16 is fixed to a fastening area 11f provided on the end shield 11 or generally on the carrier element 17.
  • the cooling tube 16 is arranged by means of an interference fit in an axial extension 11e protruding from a base body 11d of the bearing plate 11 and which forms the fastening region 11f. It can be seen in the figures that the fastening area 11f partially overlaps axially with the stator-fixed section 23a of the sealing element 21 or the mechanical seal 23.
  • a cover element 27 made of a plastic with a web arrangement 27 a is arranged there in a fluid-tight manner.
  • a fluid inlet channel 28 and a fluid outlet channel 29 are formed by the web arrangement 27a between the bearing plate 11 and the cover element 27 and / or in the cover element 27.
  • the housing 3 of the electrical machine 1 is formed as a casting from a light metal material, in the present case from an aluminum material.
  • the housing 3 simultaneously forms a fluid cooling jacket 30 surrounding the stator 4 with a fluid channel arrangement 31.
  • the housing 3 On the side facing the first bearing plate 11, the housing 3 has a coolant flange 32 integrally formed therewith with two fluid channel sections 32a, b, which are in fluid communication with the fluid inlet channel 28 and the fluid outlet channel 29 of the cover element 27.
  • the fluid channel section 32a forms an external coolant connection 40.
  • the external coolant connection can be arranged, for example, at another position of the stator cooling jacket or at power electronics for controlling the electrical machine 1, which with its housing and with its cooling circuit with the electrical machine 1 and with there trained fluid cooling device 15 is connected.
  • the further fluid channel section 32b forms a connecting channel to the fluid cooling jacket 30 of the stator 4.
  • the fluid cooling device 15 can thus have a cooling section 15a for cooling the rotor 7 and a cooling section 15b for cooling the stator 4, through which the cooling fluid flows in succession, and a fluid connection provided between them is designed as a fixed, tubeless connection channel 32b is.
  • a leakage space 33 is provided with a fluid collecting area 34, into which a portion of the cooling fluid passing through the sealing area 20 can enter and be collected.
  • the leakage space 33 also has a gas collecting area 35, which is arranged geodetically higher than the fluid collecting area 34 in an operating position of the electrical machine 1. When using a cooling fluid with materially at least one volatile component, this can escape via the mechanical seal 23 and collect in the gas collection area 35.
  • a closable engagement opening 34a with a removable closure cover 34b is provided on the fluid collecting area 34 in order to remove the solid-shaped component.
  • a closable fluid drain opening 34c is provided there with a drain element 34d, in particular a drain screw or a drain plug.
  • the fluid drain opening 34c is substantially aligned geodetically downward and arranged geodetically lower in relation to a gas discharge opening 35a of the gas collecting area 35.
  • the engagement opening of the closure cover 34b is designed with a larger cross section than the fluid discharge opening 35a.
  • the fluid drain opening 34c is provided at least approximately at a 6 o'clock position, that is to say between a 5 o'clock and a 7 o'clock position.
  • the gas discharge opening 35a is at least approximately provided at a 12 o'clock position, that is to say between an 11 o'clock and a 01 o'clock position.
  • the fluid collecting area 34 and the gas collecting area 35 are provided at least approximately in the same axial position.
  • the mechanical seal 23 can also be located at this axial position or at least axially overlap with the fluid collection area 34 and / or the gas collection area 35.
  • the gas discharge opening 35a of the gas collecting area 35 furthermore has a pressure compensation element 41, as a result of which gases can escape from the gas collecting area 35.
  • the pressure compensation element 41 comprises a semipermeable membrane, which is permeable to air to enable pressure compensation, but is not permeable to fluid.
  • the second bearing 14 is provided axially spaced apart from the first bearing 13 for mounting the rotor 7, and if necessary it can also be designed axially on one or both sides with sealing rings and with a lubricant filling.
  • the bearing 14 is provided radially between the rotor shaft 10 and the second bearing plate 12, the rotor laminated core 8 extending in an axial space between the first and the second bearings 11, 12.
  • the central recess 10a extends axially through the second bearing 14 within the rotor shaft 10.
  • the cooling tube 16 also extends axially beyond the second bearing 12 within the rotor shaft 10.
  • the inside diameter of the rotor shaft 10 in the area of the axial extent of the rotor laminated core 8 and in the area of the second bearing 12 is larger than in the area of the first bearing 11.
  • the rotor shaft 10 has a shaft section which projects axially beyond the second bearing 12 and leads into the gear 36 with an output element 38 designed as a gearwheel 37.
  • the central recess 10a of the rotor shaft 10 extends axially into the area of the output element 38 and can therefore also be flowed through by the cooling fluid.
  • the cooling tube 16 can also extend axially into the area mentioned.
  • the output element 38 and thus further elements in heat exchange and / or a lubricant or coolant located outside of the rotor shaft 10 can thus also reach the area of action of the fluid cooling device 15 and be cooled.
  • the output element 38 is arranged on the rotor shaft 10 axially between the second bearing 14 and a third bearing 39.
  • the central recess 10a of the rotor shaft 10 extends axially into the region of the third bearing 39 and is therefore flowed through by the cooling fluid up to this position.
  • the third bearing 39 is therefore also in the range of action of the fluid cooling device 15 described above.
  • FIG. 5 shows a detail of a fluid cooling device modified in the area of the cooling tube compared to the arrangement of FIG. 1, which is described in detail below.
  • This exemplary embodiment is based on the same structure explained above with reference to FIGS. 1-4. The features and design variants described for this purpose should also apply or be present except for the differences described below.
  • the cooling tube 16 in turn extends axially within a central recess 10a of the rotor shaft 10 with a second self-supporting section 16b and forms an annular space 10b with the rotor shaft 10, so that the cooling tube 16 is in fluid connection with the annular space 10b and with a fluid outlet 19 stands.
  • the Ro The gate shaft 10 is closed in a fluid-tight manner on the axial side facing away from the fluid inlet 18, for which purpose the recess 10a is only axially open on one side.
  • the fluid inlet 18 and the fluid outlet 19 are in turn formed jointly on one and the same end face of the electrical machine 1 and in particular on the bearing plate 11 functioning as a carrier element 17, as can be seen in FIGS. 1 and 2.
  • the cooling tube 16 extends axially into the region of the driven element 38, which is not, however, inevitable. This means that the cooling tube 16 can also end within the axial extent of the rotor laminated core 8 or between the second bearing 14 and the third bearing 39 or after the third bearing 39.
  • the self-supporting section 16b of the cooling tube 16 has first radial fluid outlet openings 16c.
  • first radial fluid outlet openings 16c In the present case, four first, circular, radial flow openings 16c are provided, all of which have the same axial position on the cooling tube 16 and which are formed on an end region 16d of the second section 16b.
  • the cooling tube 16 has a constant inner diameter over its entire axial extent and is axially closed at its free end region 16d, so that no fluid can escape there in the axial direction.
  • the first radial fluid outlet openings 16c are designed and arranged with respect to one another such that a superimposition of the recoil forces leads to a centering of the cooling tube 16 in the region of the first radial fluid outlet openings 16c.
  • the self-supporting section 16b of the cooling tube 16 has second radial fluid outlet openings 16g axially spaced from the first radial fluid outlet openings 16c.
  • the second radial fi uid outlet openings 16g are formed with a recognizably larger cross section than the first radial fluid outlet openings 16c.
  • a fluid stream V guided by the cooling pipe 16 is thereby initially divided into two fluid sub-streams V1, V2 and, according to the number of fluid outlet openings 16c, 16g, into still further fluid sub-streams VT, V2 ', which are divided by the first and the first second radial fluid outlet openings 16c, 16g out to step.
  • the first and the second radial fluid outlet openings 16c, 16g are designed and dimensioned such that a first partial fluid flow through the first radial fluid outlet openings 16c essentially stabilizes the position of the cooling tube and that a second fluid Partial flow through the second radial fluid outlet openings 16g essentially contributes to cooling the rotor shaft and the rotor.
  • the first fluid partial flow V1 is set lower than the second fluid partial flow V2 due to the dimensioning of the first and second fluid outlet openings shown.
  • the recess 10a of the rotor shaft 10 has in the area of the first radial fluid outlet openings 16c an inner diameter 10c that is reduced compared to an area of the second radial fluid outlet openings 16g. Furthermore, a gap 42 is formed in the region of the first radial fluid outlet openings 16c between an outer peripheral surface of the cooling tube 16 and an inner peripheral surface of the recess 10a of the rotor shaft 10. This gap 42 can be filled by a cooling fluid present when the electrical machine is in operation.
  • the gap 42 is dimensioned such that a plain bearing 43 is formed between the cooling tube 16 and the rotor shaft 10).
  • the gap 42 can in particular be designed as a capillary gap. In this way, the self-supporting section of the cooling tube can be stabilized particularly effectively by creating a fluid bearing point.
  • Stator core 16c first radial fluid outlet opening stator winding 16d end region
  • Rotor 16e axial fluid outlet opening rotor core 16f axial fluid inlet opening

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Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (1) mit einem Stator (4), einem Rotor (7) und mit einer Fluid-Kühleinrichtung (15) beschrieben, wobei der Rotor (10) mittels einer Rotorwelle (10) um eine Achse (A) drehbar zu dem Stator (4) gelagert ist. Die Fluid-Kühleinrichtung (15) weist ein Kühlrohr (16) auf, welches mittels eines ersten Abschnitts (16a) an einem zu dem Stator (4) festen Trägerelement (17) festgelegt ist und welches mit einem Fluideingang (18) in Verbindung steht. Das Kühlrohr (16) erstreckt sich mit einem zweiten freitragenden Abschnitt (16b) axial innerhalb einer zentralen Ausnehmung (10a) der Rotorwelle (10) und bildet zu der Rotorwelle (10) einen Ringraum (10b) aus, so dass das Kühlrohr (16) mit dem Ringraum (10b) und mit einem Fluidausgang (19) in Fluidverbindung steht. Gemäß der Erfindung ist bei der elektrischen Maschine vorgesehen, dass der freitragende Abschnitt (16b) des Kühlrohrs (16) erste radiale Fluid-Austrittsöffnungen (16c) aufweist.

Description

Elektrische Maschine mit einer Fluid-Kühleinrichtunq
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Fluid-Kühleinrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 , wie diese bereits mit der
WO 2016/050534 A1 bekannt geworden ist. Zur Kühlung des Rotors der dort be- schriebenen elektrischen Maschine ist in eine abschnittweise als Hohlwelle ausge- führte Rotorwelle axial ein lanzenförmiges Kühlrohr eingeführt, durch welches ein Kühlfluid in einem zwischen diesem und der Rotorwelle vorhandenen Ringraum ein- strömen und eine Verlustwärm des Rotors aufnehmen kann. Das Kühlrohr ist axial einseitig mit einem ersten Abschnitt an einem feststehenden Trägerelement festge- legt und ragt mit einem zweiten, freien Abschnitt in die Rotorwelle hinein. Das Kühl- mittel kann dabei auf derselben Stirnseite der elektrischen Maschine ein- und aus- strömen, wodurch lediglich ein Dichtelement zwischen dem drehenden Rotor und den dazu feststehenden Elementen der Maschine erforderlich ist. Es besteht das Problem, dass der freistehende Abschnitt des Kühlrohrs beim Betrieb der elektri schen Maschine zu Schwingungen angeregt und mechanisch übermäßig auf Bie- gung belastet wird. Eine solche Einwirkung kann zu einer unerwünschten dauerhaf- ten Verformung des Kühlrohrs führen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine solche gattungsgemäße elektrische Ma- schine mit einer Fluid-Kühleinrichtung weiter zu verbessern. Insbesondere soll dabei ein innerhalb der Rotorwelle angeordnetes Kühlrohr besser vor einwirkenden Kräften geschützt werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfol- genden Figurenbeschreibung entnehmbar.
Es wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine elektrische Maschine mit einer Fluid-Kühleinrichtung vorgeschlagen, welche einen Stator und einen Rotor umfasst und wobei der Rotor mittels einer Rotorwelle um eine Achse drehbar zu dem Stator gelagert ist. Die Fluid-Kühleinrichtung weist ein Kühlrohr auf, welches mittels eines ersten Abschnitts an einem zu dem Stator festen Trägerelement festgelegt ist und welches mit einem Fluideingang in Verbindung steht. Das Kühlrohr erstreckt sich mit einem zweiten freitragenden Abschnitt axial innerhalb einer zentralen Ausnehmung der Rotorwelle und bildet zu der Rotorwelle einen Ringraum aus, so dass das Kühl- roh r mit dem Ringraum und mit einem Fluidausgang in Fluidverbindung steht. Die Rotorwelle kann an der dem Fluideingang abgewandten Axialseite fluiddicht ver- schlossen sein. Weiter können der Fluideingang und der Fluidausgang gemeinsam an ein und derselben Stirnseite der elektrischen Maschine und in noch weiterer Hin- sicht insbesondere an einem als Trägerelement fungierenden Lagerschild ausgebil- det sein.
Gemäß der Erfindung ist bei der elektrischen Maschine vorgesehen, dass der freitra gende Abschnitt des Kühlrohrs erste radiale Fluid-Austrittsöffnungen aufweist. Durch das Vorsehen von radialen Fluid-Austrittsöffnungen kann das Kühlrohr beim Aus- strömen des Kühlfluids aus diesen Fluid-Austrittsöffnungen eine der jeweiligen Aus- strömrichtung entgegen gerichtete Kraft, insbesondere eine Rückstoßkraft erfahren. Diese ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen können vorteilhaft so ausgebildet und zueinander angeordnet sein, dass eine Überlagerung der Rückstoßkräfte zu einer Zentrierung des Kühlrohrs im Bereich der ersten radialen F I u id -Au strittsöff n u n g en führt. Es kann dadurch eine aktive Zentrierung des Kühlrohres gegenüber einwirken- den äußeren Kräften erzielt werden. Die gewünschte Wirkung tritt in einer Raumrich- tung bereits bei Vorhandensein von zwei radialen Fluid-Austrittsöffnungen ein, wel- che dazu vorzugsweise entgegengerichtet ausgebildet sind. Zur Unterdrückung von Schwingungen und somit zur Lagestabilisierung des Kühlrohres in einer zu der ers- ten Raumrichtung senkrechten Raumrichtung können zwei weitere radiale Fluid- Austrittsöffnungen vorgesehen werden oder zumindest drei um einen Winkel von 3607h umfangsmäßig gleich verteilte radialen Fluid-Austrittsöffnungen mit einer An- zahl n. Bevorzugt weisen zumindest zwei oder alle ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen am Kühlrohr dieselbe axiale Position auf. Die ersten radialen Flu id-Austrittsöffnungen können jedoch grundsätzlich auch an unterschiedlichen axialen Positionen angeordnet sein. Eine Schwingungsamplitude des Kühlrohres wächst mit dem axialen Abstand von dem am Trägerelement festgelegten ersten Abschnitt. Eine besonders wirksame Zentrierung des Kühlrohrs kann ermöglicht werden, indem die ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen an einem Endbereich des zweiten Abschnitts ausgebildet werden.
Zur Erzeugung einer merklichen Kraftwirkung kann an dem Kühlrohr der Querschnitt einer axialen Fluid-Austrittsöffnung gegenüber dem Querschnitt einer axialen Fluide- intrittsöffnung zumindest reduziert sein. Mit weiterem Vorteil kann das Kühlrohr an dessen freien Endbereich axial verschlossen sein.
Gemäß einer günstigen und fertigungstechnisch einfach zu realisierenden Form kann das Kühlrohr über dessen axiale Erstreckung einen konstanten Innendurchmesser aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der freitragende Abschnitt des Kühl- roh rs von den ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen axial beabstandete zweite ra- diale Fluid-Austrittsöffnungen aufweisen, wobei die zweiten radialen Fluid- Austrittsöffnungen gegenüber den ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen mit einem größeren Querschnitt ausgebildet sind. Hinsichtlich einer umfangsmäßigen Vertei- lung können die zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen ebenso wie die ersten ra- dialen Fluid-Austrittsöffnungen angeordnet werden. Allein durch das Vorsehen der ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen ist eine Fluid-Rückströmung in dem zwi- schen dem Kühlrohr und der Rotorwelle vorhandenen Ringraum gegeben. Durch das zusätzliche Vorsehen von zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen wird der vom Kühlrohr geführte Fluidstrom in zwei Fluid-Teilströme aufgeteilt, welche durch die ersten und die zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen austreten. Die ersten und die zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen können so ausgebildet und dimensio- niert werden, dass ein erster Fluid-Teilstrom durch die ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen im Wesentlichen eine Lagestabilisierung des Kühlrohrs bewirkt und dass ein zweiter Fluid-Teilstrom durch die zweiten radialen Fluid- Austrittsöffnungen im Wesentlichen zur Kühlung der Rotorwelle und des Rotors bei- trägt. Der erste Fluid-Teilstrom kann zu diesem Zweck durch eine geeignete Dimen- sionierung der ersten und zweiten Fluid-Austrittsöffnungen geringer als der zweite Fluid-Teilstrom eingestellt werden.
Die Ausnehmung der Rotorwelle kann im Bereich der ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen grundsätzlich gegenüber einem Bereich der zweiten radialen Flu id-Austrittsöffnungen zumindest annähernd denselben Innendurchmesser aufweisen. Mit weiterem Vorteil kann jedoch auch die Ausnehmung der Rotorwelle im Bereich der ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen einen gegenüber einem Bereich der zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen reduzierten Innendurchmesser aufweisen. Auf diese Weise können die Rückstoßkräfte vergrößert und eine Zentrierung des Kühlrohrs weiter verbessert werden.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann im Bereich der ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Kühl- roh rs und einer inneren Umfangsfläche der Ausnehmung der Rotorwelle ein Spalt ausgebildet sein, der von einem anwesenden Kühlfluid ausgefüllt wird und wobei der Spalt so dimensioniert ist, dass zwischen dem Kühlrohr und der Rotorwelle eine Gleitlagerstelle ausgebildet wird. Auf diese Weise kann der freitragende Abschnitt des Kühlrohrs besonders effektiv stabilisiert werden. Der Spalt kann insbesondere als ein Kapillarspalt ausgebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine als Fahrzeugachsantrieb ausgebildete elektrische Maschine mit einer Fluid-Kühleinrichtung mit einem Kühlrohr in einer Axialschnittdarstellung;
Fig. 2 ein vergrößerter Ausschnitt der Fluid-Kühleinrichtung von Fig. 1 im Bereich eines Lagerschildes der elektrischen Maschine;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine im Bereich des Lagerschilds von Fig. 3; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines an einem Gehäuse der elektrischen Ma- schine ausgebildeten Kühlmittelflansches;
Fig. 5 ein ausschnittweise Darstellung einer gegenüber der Anordnung von Fig. 1 im Bereich des Kühlrohrs modifizierten Fluid-Kühleinrichtung.
Die Figuren zeigen eine elektrische Maschine 1 , welche insbesondere zum Antreiben eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs vorgesehen und ausgebildet ist. Insbesondere ist die elektrische Maschine 1 zum Einbau in oder an eine Fahrzeugachse vorgese- hen und stellt somit in Verbindung mit weiteren Komponenten einen elektrischen Achsantrieb 2 dar. Die elektrische Maschine 1 gibt ihre Leistung somit an Fahrzeug- räder zum Fortbewegen des Fahrzeugs ab. Es werden insofern über die nachfolgend im Detail erläuterte elektrische Maschine 1 hinausgehend ebenso ein elektrischer Fahrzeugantrieb und ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine 1 be- schrieben.
Die elektrische Maschine 1 umfasst einen in einem Gehäuse 3 festgelegten Stator 4 mit einem Statorblechpaket 5 und mit einer Statorwicklung 6 und einen Rotor 7 mit einem Rotorblechpaket 8 und mit einem Kurzschlusskäfig 9. Die elektrische Ma- schine 1 ist somit als eine Asynchronmaschine ausgebildet. Der Rotor 7 ist mittels einer Rotorwelle 10, einem an einem ersten Lagerschild 11 angeordneten ersten La- ger 13 und einem an einem zweiten Lagerschild 12 angeordneten zweiten Lager 14 um eine Achse A drehbar zu dem Stator 4 gelagert. Die Rotorwelle 10 steht mit ei- nem in Fig. 1 links dargestellten Getriebe 36 in Wirkverbindung, welches das Motord- rehmoment über weitere, hier zeichnerisch nicht dargestellte Übertragungsorgane an Fahrzeugräder übertragen kann.
Die elektrische Maschine 1 weist eine von einem Kühlfluid durchströmbare Fluid- Kühleinrichtung 15 auf, welche eine aufgenommene Verlustwärme an einen außer- halb der elektrischen Maschine 1 befindlichen Wärmetauscher abgeben kann.
Die Fluid-Kühleinrichtung 15 umfasst ein metallisches Kühlrohr 16, welches an einem zum Stator 4 festen Trägerelement 17, insbesondere an dem ersten Lagerschild 11 festgelegt ist und welches über eine axiale Fluid-Eintrittsöffnung 16f mit einem an dem Lagerschild 11 vorgesehenen Fluideingang 18 in Verbindung steht. Das Kühl- roh r weist eine lanzenförmige Gestalt auf, wobei dessen axiale Erstreckung also dessen Länge L um ein Vielfaches größer als dessen Durchmesser D ist. Im Ausfüh- rungsbeispiel ist dieses Verhältnis L/D > 10, insbesondere größer 15 und beträgt hier speziell etwa 17. Das Kühlrohr 16 ist dabei axial lediglich einseitig mittels eines ers- ten Abschnitts 16a durch das Lagerschild 11 festgelegt und gelagert und erstreckt sich mit dessen größeren zweiten freistehenden Abschnitt 16b in axialer Richtung innerhalb einer zentralen Ausnehmung 10a der Rotorwelle 10 und bildet zu der Ro- torwelle 10 einen Ringraum 10b aus. Ein Längenverhältnis einer Länge des ersten Abschnitts 16a zu einer Länge des zweiten Abschnitts 16b, das heißt das Verhältnis der Länge des befestigten Abschnitts 16a zur Länge des unbefestigten, freien Ab- schnitts 16b ist größer 10 und beträgt konkret etwa 14.
Das Kühlrohr 16 ist axial beidseitig offen und steht somit in dem mit Fig. 1 gezeigten eingebauten Zustand über eine axiale F I u id -Au strittsöffn u n g 16e mit dem Ring- raum 10b und mit einem gleichfalls am ersten Lagerschild 11 vorgesehenen Flu- idausgang 19 in Fluidverbindung. Das erste Lagerschild 11 weist zur Ausbildung des Fluideingangs 18 eine zentrale erste Durchgangsöffnung 11a und zur Ausbildung des Fluidausgangs 19 eine radial zu der ersten Durchgangsöffnung angeordnete zweite Durchgangsöffnung 11 b auf. Beide Durchgangsöffnungen 11a, b treten somit an einer dem Rotor 7 abgewandten stirnseitigen Montagefläche 11c aus dem Lager- schild 11 aus.
Zwischen der Rotorwelle 10 und dem als Trägerelement 17 fungierenden Lager- schild 11 ist ein Dichtbereich 20 mit einem Dichtelement 21 vorgesehen. Das Dich- telement 21 hat die Aufgabe, beim Durchströmen des Kühlfluids vom Fluidein- gang 18 zum Fluidausgang 19 einen Fluidübertritt in einen außerhalb des Dichtbe- reichs 20 liegenden Raumbereich 22 der elektrischen Maschine 1 zumindest im We- sentlichen zu verhindern. Das Dichtelement 21 ist vorliegend als eine axiale Gleitringdichtung 23 ausgebildet ist. Die Gleitringdichtung 23 umfasst einen ersten Abschnitt 23a, welcher an dem Trägerelement 17 festgelegt ist und umfasst weiter einen zweiten Abschnitt 23b, wel- cher an der Rotorwelle 10 festgelegt ist und welcher mit dem ersten Abschnitt 23a in Dichtverbindung steht. Dabei ist der zweite Abschnitt 23b der Gleitringdichtung 23 zumindest teilweise axial überlappend zu dem ersten Lager 13 angeordnet.
Weiterhin weist das erste Lager 13 sowohl an der der Gleitringdichtung 23 zuge- wandten Axialseite als auch an der dem Rotorblechpaket 8 zugewandten Axialseite eine zwischen einem radial inneren Lagerring 13a und einem radial äußeren Lager- ring 13b wirkende Dichtungsanordnung 13c mit zwei Dichtscheiben 13d, e auf. Der Lagerinnenraum 13f ist weiter mittels eines Hochdrehzahl-Fetts gegenüber einem Eindringen von Kühlfluid abgedichtet. Dadurch wird einerseits das Lager 13 ge- schmiert und andererseits wird durch die geschaffene Fett-Barriere ein Eindringen von Fluid in den inneren Raumbereich 22 der elektrischen Maschine 1 vermieden.
Zu einer merklichen Vergrößerung der fluidgekühlten Innenumfangsfläche der Ro- torwelle 10 und damit zum Zwecke einer weiteren Verbesserung der Kühlwirkung kann ein Innendurchmesser 10c der Rotorwelle 10 bzw. der dort vorhandenen zent- ralen Ausnehmung 10a im Bereich einer axialen Erstreckung des Rotorblechpakets 8 größer ausgebildet sein als im Bereich des ersten Lagers 13.
Wie erkennbar, ist die Rotorwelle 10 als eine Hohlwelle ausgebildet und an der dem Fluideingang 18 abgewandten Axialseite fluiddicht durch einen Verschluss 24 ver- schlossen. Der Verschluss 24 kann als ein separater Verschlussstopfen oder als ein Bodenbereich der Rotorwelle 10 ausgebildet sein. Die Fluidströmung erfährt durch die koaxiale Anordnung von Rotorwelle 10 und Kühlrohr 16 eine Richtungsumkehr entgegen der Einströmrichtung und kann auf der Axialseite des Fluideingangs 18 wieder ausströmen, wozu lediglich auf dieser Seite eine Dichtungsanordnung in Form des Dichtelements 21 erforderlich ist. Von dem ersten Lagerschild 11 sind somit das Kühlrohr 16, das erste Lager 13 und der statorfeste Abschnitt 23a des Dichtelements 23 aufgenommen. Das erste Lager- schild 11 nimmt zudem ein mit der Rotorwelle 10 zusammenwirkendes elektrisches Potenzialausgleichselement 25 auf. Vorliegend ist als Potenzialausgleichselement 25 eine Schleifringanordnung 26 vorgesehen, welche als Wellenspannungen auftre- tende Potenzialunterschiede zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 7 durch elektri schen Kurzschluss abbaut. Das Potenzialausgleichselement 25 ist axial benachbart zu dem ersten Lager 13 angeordnet, insbesondere axial zwischen dem Lager 13 und dem Rotorblechpaket 8.
Das Kühlrohr 16 ist an einem am Lagerschild 11 bzw. allgemein am Trägerele- ment 17 vorgesehenen Befestigungsbereich 11f festgelegt. Insbesondere ist das Kühlrohr 16 mittels einer Presspassung in einen von einem Grundkörper 11 d des Lagerschilds 11 abstehenden Axialfortsatz 11e angeordnet, welcher den Befesti- gungsbereich 11f ausbildet. Es ist in den Figuren erkennbar, dass sich der Befesti- gungsbereich 11f axial teilweise mit dem statorfesten Abschnitt 23a des Dichtele- ments 21 bzw. der Gleitringdichtung 23 überdeckt.
Zurückkommend zu der Montagefläche 11 c ist dort ein Deckelement 27 aus einem Kunststoff mit einer Steganordnung 27a fluiddicht angeordnet. Dabei sind durch die Steganordnung 27a zwischen dem Lagerschild 11 und dem Deckelement 27 und/oder in dem Deckelement 27 ein Fluidzulaufkanal 28 und ein Fluidablaufkanal 29 ausgebildet.
Das Gehäuse 3 der elektrischen Maschine 1 ist als Gußteil aus einem Leichtmetall- werkstoff, vorliegend aus einem AI u m i n i u m we rkstoff ausgebildet. Das Gehäuse 3 bildet gleichzeitig einen den Stator 4 außen umgebenden Fluid-Kühlmantel 30 mit einer Fluidkanalanordnung 31 aus. Das Gehäuse 3 weist auf der dem ersten Lager- schild 11 zugewandten Seite einen damit integral ausgebildeten Kühlmittelflansch 32 mit zwei Fluid-Kanalabschnitten 32a, b auf, welche mit dem Fluidzulaufkanal 28 und dem Fluidablaufkanal 29 des Deckelements 27 in Fluidverbindung stehen. Der Fluid- Kanalabschnitt 32a bildet dabei einen externen Kühlmittelanschluss 40 aus. Ein wei- terer, hier zeichnerisch nicht dargestellter externer Kühlmittelanschluss kann bei- spielsweise an einer anderen Position des Statorkühlmantels oder an einer Leis- tungselektronik zum Ansteuern der elektrischen Maschine 1 angeordnet sein, welche mit deren Gehäuse und mit deren Kühlkreislauf mit der elektrischen Maschine 1 und mit der dort ausgebildeten Fluid-Kühleinrichtung 15 verbunden ist. Der weitere Fluid- Kanalabschnitt 32b bildet hingegen einen Verbindungskanal zu dem Fluid-Kühlman- tel 30 des Stators 4 aus. Die Fluid-Kühleinrichtung 15 kann somit einen Kühlab- schnitt 15a zur Kühlung des Rotors 7 und einen Kühlabschnitt 15b zur Kühlung des Stators 4 aufweisen, welche nacheinander von dem Kühlfluid durchflossen werden und wobei eine zwischen diesen vorgesehene Fluidverbindung als ein fester, schlauchloser Verbindungskanal 32b ausgebildet ist.
Außerhalb des Dichtelements 21 , also an der dem strömenden Kühlfluid abgewand- ten Seite der Gleitringdichtung 23 ist ein Leckageraum 33 mit einem Fluid-Sammel- bereich 34 vorgesehen, in welchen ein durch den Dichtbereich 20 hindurchtretender Anteil des Kühlfluids eintreten und gesammelt werden kann. Der Leckageraum 33 weist weiterhin einen Gas-Sammelbereich 35 auf, welcher in einer Betriebslage der elektrischen Maschine 1 gegenüber dem Fluid-Sammelbereich 34 geodätisch höher angeordnet ist. Bei Verwendung eines Kühlfluids mit stofflich zumindest einer flüchti gen Komponente kann diese über die Gleitringdichtung 23 entweichen und sich in dem Gas-Sammelbereich 35 sammeln.
Sofern das Kühlfluid beim Entweichen der flüchtigen Komponente eine feststoffför- mige Komponente ausscheidet, so wird diese gleichfalls von dem Fluid-Sammelbe- reich 34 aufgenommen. Zur Entnahme des feststoffförmigen Bestandteiles ist an dem Fluid-Sammelbereich 34 eine verschließbare Eingriffsöffnung 34a mit einem abnehmbaren Verschlussdeckel 34b vorgesehen.
Zur Entfernung eines in dem Fluid-Sammelbereich 34 vorhandenen Kühlfluids ist an diesem eine verschließbare Fluid-Ablassöffnung 34c mit einem Ablasselement 34d, insbesondere einer Ablassschraube oder einem Ablassstopfen vorgesehen. Die Flu id-Ablassöffnung 34c ist in einer Betriebslage der elektrischen Maschine 1 im We- sentlichen geodätisch nach unten ausgerichtet und gegenüber einer Gas-Ablassöff- nung 35a des Gas-Sammelbereichs 35 geodätisch tiefer angeordnet. Zur leichten Entnahme von feststoffförmigen Bestandteilen ist die Eingriffsöffnung des Ver- schlussdeckels 34b mit einem größeren Querschnitt als die Fluid-Ablassöffnung 35a ausgebildet.
Die Fluid-Ablassöffnung 34c ist zumindest näherungsweise auf einer 06Uhr-Position vorgesehen, das heißt etwa zwischen einer 05Uhr- und einer 07Uhr-Position. Die Gas-Ablassöffnung 35a ist demgegenüber zumindest näherungsweise auf einer 12Uhr-Position vorgesehen, das heißt etwa zwischen einer 11 Uhr- und einer 01 Uhr- Position. Der Fluid-Sammelbereich 34 und der Gas-Sammelbereich 35 sind zumin- dest näherungsweise auf derselben axialen Position vorgesehen. Des Weiteren kann sich auch die Gleitringdichtung 23 an dieser axialen Position befinden oder sich zu- mindest axial mit dem Fluid-Sammelbereich 34 und/oder dem Gas-Sammelbe- reich 35 überlappen.
Die Gas-Ablassöffnung 35a des Gas-Sammelbereichs 35 weist weiterhin ein Druck- ausgleichselement 41 auf, wodurch wird ein Entweichen von Gasen aus dem Gas- Sammelbereich 35 ermöglicht wird. Das Druckausgleichselement 41 umfasst eine semipermeable Membran, welche zur Ermöglichung eines Druckausgleichs luft- durchlässig, jedoch nicht fluid-durchlässig ist.
Wie bereits vorher angesprochen, ist zur Lagerung des Rotors 7 zusätzlich zu dem ersten Lager 13 axial beabstandet das zweite Lager 14 vorgesehen, welches bei Be- darf ebenso axial ein- oder beidseitig mit Dichtringen und mit einer Schmiermittelfül- lung ausgeführt sein kann. Das Lager 14 ist radial zwischen der Rotorwelle 10 und dem zweiten Lagerschild 12 vorgesehen, wobei sich das Rotorblechpaket 8 in einem axialen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Lager 11 , 12 erstreckt. Wie erkennbar, erstreckt sich zum Zwecke einer verbesserten Kühlung die zentrale Aus- nehmung 10a innerhalb der Rotorwelle 10 axial durch das zweite Lager 14 hindurch. Das Kühlrohr 16 erstreckt sich innerhalb der Rotorwelle 10 axial gleichfalls über das zweite Lager 12 hinaus. Wie weiter erkennbar, ist der Innendurchmesser der Rotor- welle 10 im Bereich der axialen Erstreckung des Rotorblechpakets 8 und im Bereich des zweiten Lagers 12 größer als im Bereich des ersten Lagers 11.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel weist die Rotorwelle 10 einen sich axial über das zweite Lager 12 hinausragenden und in das Getriebe 36 führenden Wellenab- schnitt mit einem als Zahnrad 37 ausgebildeten Abtriebselement 38 auf. Die zentrale Ausnehmung 10a der Rotorwelle 10 erstreckt sich axial bis in den Bereich des Ab- triebselements 38 und kann somit ebenso von dem Kühlfluid durchströmt werden. Gemäß einer Modifikation der Anordnung kann sich das Kühlrohr 16 gleichfalls axial bis in den genannten Bereich erstrecken. Das Abtriebselement 38 und damit in Wärmeaustausch stehende weitere Elemente und/oder ein außerhalb der Rotor- welle 10 befindliches Schmier- oder Kühlmittel können somit ebenfalls in den Wir- kungsbereich der Fluid-Kühleinrichtung 15 gelangen und gekühlt werden.
Wie noch weiter in den Figuren erkennbar, ist das Abtriebselement 38 an der Rotor- welle 10 axial zwischen dem zweiten Lager 14 und einem dritten Lager 39 angeord- net. Dabei reicht die zentrale Ausnehmung 10a der Rotorwelle 10 axial bis in den Be- reich des dritten Lagers 39 heran und wird also bis zu dieser Position von dem Kühl- fluid durchströmt. Das dritte Lager 39 befindet sich somit gleichfalls im Wirkungsbe- reich der vorstehend beschriebenen Fluid-Kühleinrichtung 15.
Fig. 5 zeigt in einer ausschnittweisen Darstellung einer gegenüber der Anordnung von Fig. 1 im Bereich des Kühlrohrs modifizierten Fluid-Kühleinrichtung, welche nachfolgend detailliert beschrieben wird. Dieses Ausführungsbeispiel basiert auf demselben, vorstehend anhand der Figuren 1-4 erläuterten Aufbau. Die dazu be- schriebenen Merkmale und Ausgestaltungsvarianten sollen hierbei bis auf die nach- folgend beschriebenen Unterschiede gleichfalls zutreffen bzw. vorhanden sein.
Das Kühlrohr 16 erstreckt sich wiederum mit einem zweiten freitragenden Ab- schnitt 16b axial innerhalb einer zentralen Ausnehmung 10a der Rotorwelle 10 und bildet zu der Rotorwelle 10 einen Ringraum 10b aus, so dass das Kühlrohr 16 mit dem Ringraum 10b und mit einem Fluidausgang 19 in Fluidverbindung steht. Die Ro- torwelle 10 ist an der dem Fluideingang 18 abgewandten Axialseite fluiddicht ver- schlossen, wozu die Ausnehmung 10a axial nur einseitig offen ausgeführt ist. Der Fluideingang 18 und der Fluidausgang 19 sind wiederum gemeinsam an ein und derselben Stirnseite der elektrischen Maschine 1 und insbesondere an dem als Trä- gerelement 17 fungierenden Lagerschild 1 1 ausgebildet, wie dieses in den Fig. 1 und 2 erkennbar ist. Das Kühlrohr 16 erstreckt sich im Beispiel axial bis in den Bereich des Abtriebselements 38, was jedoch nicht zwangsläufig ist. Das bedeutet, dass das Kühlrohr 16 auch innerhalb der axialen Erstreckung des Rotorblechpakets 8 oder zwischen dem zweiten Lager 14 und dem dritten Lager 39 oder nach dem dritten La- ger 39 enden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der freitragende Abschnitt 16b des Kühlrohrs 16 erste radiale Fluid-Austrittsöffnungen 16c aufweist. Vorliegend sind vier erste, kreisförmige radiale F I u id -Au strittsöffn u n g en 16c vorgesehen, welche am Kühlrohr 16 alle dieselbe axiale Position aufweisen und welche an einem Endbe- reich 16d des zweiten Abschnitts 16b ausgebildet sind. Das Kühlrohr 16 weist über dessen gesamte axiale Erstreckung einen konstanten Innendurchmesser auf und ist an dessen freien Endbereich 16d axial verschlossen, sodass dort kein Fluid in axialer Richtung austreten kann. Die ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen 16c sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass eine Überlagerung der Rückstoßkräfte zu einer Zentrierung des Kühlrohrs 16 im Bereich der ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen 16c führt.
Der freitragende Abschnitt 16b des Kühlrohrs 16 weist von den ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen 16c axial beabstandete zweite radiale Fluid-Austrittsöffnun- gen 16g auf. Es sind dazu vier umfangsmäßig gleich verteilte Langlöcher vorgese- hen. Die zweiten radialen F I u id -Au strittsöffn u n g en 16g sind gegenüber den ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen 16c mit einem erkennbar größeren Querschnitt ausgebildet. Ein vom Kühlrohr 16 geführter Fluidstrom V wird dadurch zunächst in zwei Fluid-Teilströme V1 , V2 und entsprechend der Anzahl der vorhandenen Fluid- Austrittsöffnungen 16c, 16g in noch weitere Fluid-Teilströme VT, V2‘ aufgeteilt, wel- che durch die ersten und die zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen 16c, 16g aus- treten. In Fig. 5 ist dieses lediglich schematisch anhand von Pfeilen angedeutet. Die ersten und die zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen 16c, 16g sind vorliegend so ausgebildet und dimensioniert, dass ein erster Fluid-Teilstrom durch die ersten radia- len Fluid-Austrittsöffnungen 16c im Wesentlichen eine Lagestabilisierung des Kühl- roh rs bewirkt und dass ein zweiter Fluid-Teilstrom durch die zweiten radialen Fluid- Austrittsöffnungen 16g im Wesentlichen zur Kühlung der Rotorwelle und des Rotors beiträgt. Der erste Fluid-Teilstrom V1 ist zu diesem Zweck durch die dargestellte Di- mensionierung der ersten und zweiten Fluid-Austrittsöffnungen geringer als der zwei- te Fluid-Teilstrom V2 eingestellt.
Die Ausnehmung 10a der Rotorwelle 10 weist im Bereich der ersten radialen Fluid- Austrittsöffnungen 16c einen gegenüber einem Bereich der zweiten radialen Fluid- Austrittsöffnungen 16g reduzierten Innendurchmesser 10c auf. Weiter ist im Bereich der ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen 16c zwischen einer äußeren Umfangs- fläche des Kühlrohrs 16 und einer inneren Umfangsfläche der Ausnehmung 10a der Rotorwelle 10 ein Spalt 42 ausgebildet. Dieser Spalt 42 kann bei Betreiben der elektrischen Maschine von einem anwesenden Kühlfluid ausgefüllt werden. Der Spalt 42 ist so dimensioniert, dass zwischen dem Kühlrohr 16 und der Rotorwelle 10) eine Gleitlagerstelle 43 ausgebildet wird. Der Spalt 42 kann insbesondere als ein Ka- pillarspalt ausgebildet sein. Auf diese Weise kann durch die Erzeugung einer Fluid- Lagerstelle der freitragende Abschnitt des Kühlrohrs besonders effektiv stabilisiert werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurden Bezeichnungen von Funktionselementen teilweise mit Bezug auf eine feste Strömungsrichtung gewählt. Bei der erläuterten elektrischen Maschine ist die Strömungsrichtung des Kühlfluids innerhalb der Fluid- Kühleinrichtung grundsätzlich umkehrbar. Die mit Bezug zur Strömungsrichtung be- zeichneten Funktionselemente erhalten bei umgekehrter Strömungsrichtung die ent- sprechend gegenläufige Bedeutung. Das heißt, das beispielweise ein als Fluidein- gang bezeichneter Abschnitt oder Bereich nunmehr den Fluidausgang bildet usw. Bezuaszeichen elektrische Maschine 15b Statorkühlabschnitt
Achsantrieb 16 Kühlrohr
Gehäuse 16a erster Abschnitt
Stator 16b zweiter Abschnitt
Statorblechpaket 16c erste radiale Fluid-Austrittsöffnung Statorwicklung 16d Endbereich
Rotor 16e axiale Fluid-Austrittsöffnung Rotorblechpaket 16f axiale Fluid-Eintrittsöffnung
Kurzschlusskäfig 16g zweite radiale F I u id -Au strittsöffn u n g Rotorwelle 17 Trägerelement
a Ausnehmung 18 Fluideingang
b Ringraum 19 Fluidausgang
c Innendurchmesser 20 Dichtbereich
Lagerschild 21 Dichtelement
a Durchgangsöffnung 22 Raumbereich
b Durchgangsöffnung 23 Gleitringdichtung
c Montagefläche 23a erster Abschnitt
d Grundkörper 23b zweiter Abschnitt
e Axialfortsatz 24 Verschluss
f Befestigungsbereich 25 Potenzialausgleichselement
Lagerschild 26 Schleifringanordnung
Lager 27 Deckelement
a innerer Lagerring 27a Steganordnung
b äußerer Lagerring 28 Fluidzulaufkanal
c Dichtungsanordnung 29 Fluidablaufkanal
d, e Dichtscheibe 30 Fluidkühlmantel
f Lagerinnenraum 31 Fluidkanalanordnung
Lager 32 Kühlmittelflansch
Fluid-Kühleinrichtung 32a, b Fluidkanalabschnitt
a Rotorkühlabschnitt 33 Leckageraum Fluid-Sammelbereich 41 Druckausgleichselementa verschließbare Eingriffsöffnung 42 Spalt
b Verschlussdeckel 43 Gleitlagerstellec Fluid-Ablassöffnung A Drehachse
d Ablasselement D Durchmesser
Gas-Sammelbereich L Länge
a Gas-Ablassöffnung V Fluidstrom
Getriebe V1 Fluid-Teilstrom
Zahnrad VT Fluid-Teilstrom
Abtriebselement V2 Fluid-Teilstrom
Lager V2‘ Fluid-Teilstrom externer Kühlmittelanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1 ) mit einer Fluid-Kühleinrichtung (15), umfassend
- einen Stator (4),
- einen Rotor (7), welcher mittels einer Rotorwelle (10) um eine Achse (A) dreh- bar zu dem Stator (4) gelagert ist und wobei
- die Fluid-Kühleinrichtung (15) ein Kühlrohr (16) aufweist, welches mittels einem ersten Abschnitt (16a) an einem zu dem Stator (4) festen Trägerelement (17) festgelegt ist und mit einem Fluideingang (18) in Verbindung steht und welches sich mit einem zweiten freitragenden Abschnitt (16b) axial innerhalb einer zent ralen Ausnehmung (10a) der Rotorwelle (10) und unter Ausbildung eines Ring- raumes (10b) zu der Rotorwelle (10) erstreckt, wobei
- das Kühlrohr (16) mit dem Ringraum (10b) und mit einem Fluidausgang (19) in Fluidverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, dass der freitragende Abschnitt (16b) des Kühlrohrs (16) erste radiale Fluid-Austrittsöffnungen (16c) aufweist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen (16c) an einem Endbereich (16d) des zweiten Ab- schnitts (16b) ausgebildet sind.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kühlrohr (16) der Querschnitt einer axialen Fluid-Austrittsöffnung (16e) gegen- über dem Querschnitt einer axialen Fluideintrittsöffnung (16f) reduziert ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (16) an dessen freien Endbereich (16d) axial verschlossen ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (16) über dessen axiale Erstreckung einen konstanten Innen- durchmesser aufweist
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der freitragende Abschnitt (16b) des Kühlrohrs (16) von den ersten radialen Flu id-Austrittsöffnungen (16c) axial beabstandete zweite radiale Fluid-Austrittsöffnun- gen (16g) aufweist und wobei die zweiten radialen Fluid-Austrittsöffnungen (16g) ge- genüber den ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen (16c) mit einem größeren Querschnitt ausgebildet sind.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- nehmung (10a) der Rotorwelle (10) im Bereich der ersten radialen Fluid-Austrittsöff- nungen (16c) einen gegenüber einem Bereich der zweiten radialen Fluid-Austrittsöff nungen (16g) reduzierten Innendurchmesser (10c) aufweist.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der ersten radialen Fluid-Austrittsöffnungen (16c) zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Kühlrohrs (16) und einer inneren Umfangsfläche der Ausnehmung (10a) der Rotorwelle (10) ein Spalt (42) ausgebildet ist, der von einem anwesenden Kühlfluid ausgefüllt wird und wobei der Spalt (42) so dimensioniert ist, dass zwischen dem Kühlrohr (16) und der Rotorwelle (10) eine Gleitlagerstelle (43) ausgebildet wird.
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