DE102021205055A1 - Electric machine with a cooling device - Google Patents
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Abstract
Um eine elektrische Maschine mit einer Kühlvorrichtung zu schaffen, welche eine effektivere und vorteilhaft regelbare Kühlung der Wickelköpfe der elektrischen Maschine ermöglicht, wird eine elektrische Maschine (100) umfassend einen Stator (10), einen im Stator (10) drehbar gelagerten Rotor (11) und eine Kühlvorrichtung (24) vorgeschlagen, wobei der Stator (10) einen Wickelkopf (16) aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (24) zu einer Fluidkühlung des Wickelkopfs (16) ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung (24) eine Reaktionsturbine (23) mit Austrittsöffnungen (28) für ein Fluid aufweist, wobei die Austrittsöffnungen (28) derart angeordnet und ausgerichtet sind, um ein aus den Austrittsöffnungen (28) austretendes Fluid auf eine radial innere Seite (30) des Wickelkopfs (16) zu leitenIn order to create an electrical machine with a cooling device which enables more effective and advantageously controllable cooling of the winding overhangs of the electrical machine, an electrical machine (100) comprising a stator (10), a rotor (11) rotatably mounted in the stator (10) and a cooling device (24), the stator (10) having a winding overhang (16), the cooling device (24) being designed for fluid cooling of the winding overhang (16), the cooling device (24) having a reaction turbine (23). Has outlet openings (28) for a fluid, the outlet openings (28) being arranged and aligned in such a way as to guide a fluid exiting from the outlet openings (28) onto a radially inner side (30) of the end winding (16).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, einen im Stator drehbar gelagerten Rotor und eine Kühlvorrichtung, wobei der Stator einen Wickelkopf aufweist, wobei die Kühlvorrichtung zu einer Fluidkühlung des Wickelkopfes ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung eine Reaktionsturbine mit Austrittsöffnungen für ein Fluid aufweist.The present invention relates to an electrical machine comprising a stator, a rotor rotatably mounted in the stator and a cooling device, the stator having a winding overhang, the cooling device being designed for fluid cooling of the winding overhang, the cooling device having a reaction turbine with outlet openings for a fluid .
In vielen elektrischen Maschinen wird die Kühlung des Wickelkopfes durch eine Ölkühlung realisiert. Bei der bekannten Art der Ölkühlung erfolgt eine Ölzuführung durch eine hohle Rotorwelle des Rotors. Das Öl entweicht aus der Rotorwelle über radiale Bohrungen in der Rotorwelle. Beim Austreten aus der rotierenden Rotorwelle wird das Öl nach außen in der Radialrichtung beschleunigt, sodass das Öl auf den Wickelkopf trifft und diesen kühlt.In many electrical machines, the winding overhang is cooled by oil cooling. In the known type of oil cooling, oil is supplied through a hollow rotor shaft of the rotor. The oil escapes from the rotor shaft via radial holes in the rotor shaft. As the oil exits the rotating rotor shaft, it is accelerated outwards in the radial direction so that the oil hits the end winding and cools it.
Nachteilig an den bekannten Ölkühlungen ist, dass bei stehendem Rotor nur eine geringe oder gar keine Beölung und damit Kühlung des Wickelkopfs erfolgt. Der Grund dafür liegt darin, dass eine Mindestdrehzahl des Rotors vorliegen muss, um dem aus den Bohrungen austretenden Öl eine ausreichende Geschwindigkeit zu verleihen. Bei elektrischen Maschinen, welche zum Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, wird die Mindestdrehzahl beispielsweise bei Berganfahrten mit einem Anhänger nicht erreicht.A disadvantage of the known oil cooling is that when the rotor is stationary, there is little or no oiling and thus cooling of the end winding. The reason for this is that there must be a minimum speed of the rotor in order to give the oil exiting the bores sufficient speed. In electrical machines that are used to drive motor vehicles, the minimum speed is not reached, for example, when driving uphill with a trailer.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass mit einer bekannten Ölkühlung keine Nachkühlung des Wickelkopfes erfolgen kann, wenn der Rotor stillsteht.A further problem is that with a known oil cooling system, the end winding cannot be post-cooled when the rotor is stationary.
Bei der bekannten Ölkühlung wird die Kühlleistung durch die zugeführte Ölmenge, sowie durch Drosselwiderstände in der Rotorwelle und die Rotordrehzahl beeinflusst. Es bestehen daher nur wenige Einflussmöglichkeiten zur Regelung der Kühlleistung.With the known oil cooling, the cooling capacity is influenced by the quantity of oil supplied, as well as by throttling resistances in the rotor shaft and the rotor speed. There are therefore only a few possibilities for influencing the control of the cooling capacity.
Ein weiteres Problem tritt bei elektrischen Maschinen auf, bei denen der Stator beidseitig einen Wickelkopf aufweist. Da die Ölzuführung nur von einem Ende der Rotorwelle her erfolgt, liegt an dem der Zuführung abgewandten Ende der Rotorwelle aufgrund von Reibungsverlusten ein geringerer hydraulischer Druck vor, sodass sich eine unsymmetrische Kühlung der Wickelköpfe ergibt. Ein noch weiteres Problem besteht darin, dass die mit der Rotorwelle rotierendeAnother problem occurs in electrical machines in which the stator has a winding overhang on both sides. Since the oil is only supplied from one end of the rotor shaft, there is less hydraulic pressure at the end of the rotor shaft facing away from the supply due to friction losses, resulting in asymmetrical cooling of the end windings. Yet another problem is that rotating with the rotor shaft
Ölmenge zu einer ungleichen Massenverteilung führen kann, wodurch das Gesamtsystem eine Unwucht erhält. Im Stand der Technik wurde daher vorgeschlagen, die Antriebsleistung der elektrischen Maschine bei steigender Temperatur der Spule beziehungsweise des Wickelkopfes zu reduzieren oder unterschiedliche große Bohrungen an den beiden Endseiten der Rotorwelle vorzusehen.amount of oil can lead to an unequal distribution of mass, causing the entire system to become unbalanced. It was therefore proposed in the prior art to reduce the drive power of the electric machine as the temperature of the coil or the end winding increases, or to provide bores of different sizes on the two end sides of the rotor shaft.
Die
Die
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einer Kühlvorrichtung zu schaffen, welche eine effektivere und vorteilhaft regelbare Kühlung der Wickelköpfe der elektrischen Maschine ermöglicht.The present invention is based on the object of creating an electrical machine with a cooling device which enables more effective and advantageously controllable cooling of the winding overhangs of the electrical machine.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, einen im Stator drehbar gelagerten Rotor und eine Kühlvorrichtung vorgeschlagen, wobei der Stator einen Wickelkopf aufweist, wobei die Kühlvorrichtung zu einer Fluidkühlung des Wickelkopfs ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung eine Reaktionsturbine mit Austrittsöffnungen für ein Fluid aufweist, wobei ferner vorgesehen ist, dass die Austrittsöffnungen derart angeordnet und ausgerichtet sind, um ein aus den Austrittsöffnungen austretendes Fluid auf eine radial innere Seite des Wickelkopfes zu leiten.In order to achieve the object on which the invention is based, an electrical machine is proposed comprising a stator, a rotor rotatably mounted in the stator and a cooling device, the stator having a winding overhang, the cooling device being designed for fluid cooling of the winding overhang, the cooling device having a reaction turbine Has outlet openings for a fluid, it also being provided that the outlet openings are arranged and aligned in such a way as to direct a fluid exiting from the outlet openings to a radially inner side of the end winding.
Bei dem für die Fluidkühlung verwendeten Fluid kann es sich um Öl, Wasser oder eine weitere geeignete Flüssigkeit handeln. Ferner kann das Fluid auch ein Gas oder Gasgemisch sein.The fluid used for fluid cooling can be oil, water or another suitable liquid. Furthermore, the fluid can also be a gas or gas mixture.
Erfindungsgemäß ist die Anordnung und Ausrichtung der Austrittsöffnungen derart gestaltet, dass ein Fluid im Kühlbetrieb, das heißt wenn das Fluid aus den Austrittsöffnungen austritt, auf eine radial innere Seite des Wickelkopfes geleitet wird.According to the invention, the arrangement and alignment of the outlet openings is designed in such a way that a fluid in the cooling mode, that is to say when the fluid exits from the outlet openings, is guided onto a radially inner side of the end winding.
Die Kühlvorrichtung ist dabei als eine Reaktionsturbine ausgebildet. Unter einer Reaktionsturbine wird eine Turbine verstanden, bei welcher ein aus Austrittsöffnungen der Reaktionsturbine austretendes Fluid eine Kraft auf die Reaktionsturbine bewirkt, welche zumindest eine tangentiale Komponente aufweist, und die Reaktionsturbine in eine Rotation versetzt wird.The cooling device is designed as a reaction turbine. A reaction turbine is understood to mean a turbine in which a fluid emerging from outlet openings of the reaction turbine causes a force on the reaction turbine which has at least one tangential component, and the reaction turbine is caused to rotate.
Zur Fluidkühlung wird der Reaktionsturbine das Fluid, insbesondere das Öl, unter einem hydrostatischen Druck zugeführt. Das unter dem hydrostatischen Druck stehende Fluid tritt aus den Austrittsöffnungen aus. Durch den dadurch erzeugten Strömungsimpuls wird eine Rotation der Reaktionsturbine erzeugt. Ferner wird das Fluid durch die Rotation gleichmäßig auf die radial innere Seite des Wickelkopfes verteilt. Der Strömungsimpuls des Fluids aus der Reaktionsturbine beziehungsweise aus den Austrittsöffnungen der Reaktionsturbine beschleunigt die Reaktionsturbine, bis das vom Strömungsimpuls erzeugte Drehmoment mit dem Reibmoment im Gleichgewicht ist.For fluid cooling, the fluid, in particular the oil, is fed to the reaction turbine under hydrostatic pressure. The fluid, which is under hydrostatic pressure, emerges from the outlet openings. A rotation of the reaction turbine is generated by the flow momentum thus generated. Furthermore, the fluid is evenly distributed on the radially inner side of the end winding by the rotation. The flow impulse of the fluid from the reaction turbine or from the outlet openings of the reaction turbine accelerates the reaction turbine until the torque generated by the flow impulse is in equilibrium with the friction torque.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist, dass das im Kühlbetrieb aus den Austrittsöffnungen austretende Fluid, insbesondere das Öl, die radial innere Seite des Wickelkopfes trifft, sodass ein großer Teil des Fluids, im Wesentlichen das gesamte Fluid, zur Kühlung des Wickelkopfes verwendet wird. Darüber hinaus kann eine Kühlung des Wickelkopfes auch bei geringen Drehzahlen des Rotors durchgeführt werden, da die Drehzahl der Reaktionsturbine unabhängig von der Drehzahl des Rotors ist. Es kann somit auch eine Nachkühlung für den Wickelkopf erfolgen.An advantage of the electrical machine according to the invention is that the fluid emerging from the outlet openings during cooling operation, in particular the oil, hits the radially inner side of the winding overhang, so that a large part of the fluid, essentially all of the fluid, is used to cool the winding overhang. In addition, the winding overhang can also be cooled at low rotor speeds, since the speed of the reaction turbine is independent of the speed of the rotor. It can thus also be an after-cooling for the end winding.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Reaktionsturbine Austrittsdüsen aufweist, wobei die Austrittsdüsen die Austrittsöffnungen umfassen.Provision is preferably made for the reaction turbine to have outlet nozzles, with the outlet nozzles comprising the outlet openings.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen, bevorzugt die Reaktionsturbine, in einer den Wickelkopf umfassenden Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse des Rotors angeordnet sind, sodass die Austrittsöffnungen, bevorzugt die Reaktionsturbine, in einem von dem Wickelkopf radial begrenzten Innenraum angeordnet sind.Provision is preferably made for the outlet openings, preferably the reaction turbine, to be arranged in a plane including the end winding perpendicular to an axis of rotation of the rotor, so that the outlet openings, preferably the reaction turbine, are arranged in an interior space radially delimited by the end winding.
Die den Wickelkopf umfassende Ebene ist dabei eine gedachte Ebene oder Scheibe, welche senkrecht zur Rotationsachse des Rotors ausgerichtet ist. Der Wickelkopf begrenzt in Radialrichtung einen im wesentlichen scheibenförmigen Innenraum, mit einem dem Innendurchmesser des Wickelkopfes entsprechenden Durchmesser und einer der Höhe des Wickelkopfes entsprechenden Höhe oder Dicke. Die Austrittsöffnungen, bevorzugt die Reaktionsturbine beziehungsweise wesentliche Teile der Reaktionsturbine, sind in diesem Innenraum angeordnet und liegen in der den Wickelkopf umfassenden Ebene.The plane that encompasses the end winding is an imaginary plane or disk that is aligned perpendicular to the axis of rotation of the rotor. In the radial direction, the winding overhang delimits an essentially disc-shaped interior space, with a diameter corresponding to the inner diameter of the winding overhang and a height or thickness corresponding to the height of the winding overhang. The outlet openings, preferably the reaction turbine or essential parts of the reaction turbine, are arranged in this interior space and lie in the plane comprising the end winding.
Aufgrund der Anordnung der Austrittsöffnungen in der Ebene beziehungsweise in dem Innenraum können diese, beziehungsweise die die Austrittsöffnungen umfassenden Austrittsdüsen, eine Ausrichtung ohne eine Komponente in der Axialrichtung der elektrischen Maschine aufweisen. Stattdessen sind die Austrittsöffnungen, beziehungsweise die die Austrittsöffnungen umfassenden Austrittsdüsen, im Wesentlichen in einer Radial- und einer Tangentialrichtung ausgerichtet. Durch diese Anordnung und Ausrichtung wird eine effizientere Verteilung des Fluids bewirkt, da das aus den Austrittsöffnungen austretende Fluid keine axiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, und somit nicht oder nur kaum auf den Rotorkörper trifft. Zudem kann durch die Anordnung der Austrittsöffnungen und insbesondere der Reaktionsturbine beziehungsweise wesentlicher Teile der Reaktionsturbine in dem Innenraum eine kompaktere Bauweise der elektrischen Maschine erzielt werden. Da das austretende Fluid keine axiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, wird ferner eine effiziente Beschleunigung der Reaktionsturbine bewirkt.Due to the arrangement of the outlet openings in the plane or in the interior, these, or the outlet nozzles comprising the outlet openings, can have an orientation without a component in the axial direction of the electrical machine. Instead, the outlet openings, or the outlet nozzles comprising the outlet openings, are essentially aligned in a radial and a tangential direction. A more efficient distribution of the fluid is brought about by this arrangement and orientation, since the fluid emerging from the outlet openings has no axial velocity component and therefore does not or hardly ever strike the rotor body. In addition, a more compact construction of the electrical machine can be achieved by arranging the outlet openings and in particular the reaction turbine or essential parts of the reaction turbine in the interior. Furthermore, since the exiting fluid has no axial velocity component, efficient acceleration of the reaction turbine is effected.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung mindestens zwei Reaktionsturbinen umfasst.It is preferably provided that the cooling device comprises at least two reaction turbines.
Dabei kann weiter bevorzugt vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Reaktionsturbinen an gegenüberliegenden Endseiten der elektrischen Maschine angeordnet und zur Fluidkühlung jeweils eines an der jeweiligen Endseite angeordneten Wickelkopfs ausgebildet sind.In this case, it can further preferably be provided that the at least two reaction turbines are arranged on opposite end sides of the electrical machine and are designed for fluid cooling in each case of a winding overhang arranged on the respective end side.
Die an den axialen Enden der elektrischen Maschine befindlichen Endseiten weisen in der Regel jeweils einen Wickelkopf auf. Durch die Anordnung jeweils einer Reaktionsturbine an jeder der beiden Endseiten können die dort befindliche Wickelköpfe unabhängig voneinander und mit der gleichen Kühlleistung gekühlt werden. Im Gegensatz zu der bekannten Ölkühlung, bei der ein Fluid durch die rotierende Rotorwelle geleitet wird, wird somit eine symmetrische Kühlung der beiden Wickelköpfe ermöglicht.The end faces located at the axial ends of the electrical machine usually each have a winding overhang. By arranging one reaction turbine at each of the two end faces, the winding overhangs located there can be cooled independently of one another and with the same cooling capacity. In contrast to the well-known oil cooling, in which a fluid is passed through the rotating rotor shaft, a symmetrical cooling of the two end windings is thus made possible.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Reaktionsturbine drehbar um eine Rotorwelle gelagert ist.Provision is preferably made for the reaction turbine to be mounted so as to be rotatable about a rotor shaft.
An der Rotorwelle ist dabei bevorzugt ein Rotorkörper befestigt. Die Reaktionsturbine und die Rotorwelle sind unabhängig voneinander gelagert, weisen jedoch eine gemeinsame Rotationsachse auf.A rotor body is preferably attached to the rotor shaft. The reaction turbine and the rotor shaft are mounted independently of one another, but have a common axis of rotation.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine ein Gehäuse mit einem Gehäusedeckel aufweist, wobei der Gehäusedeckel ein erstes Lager, insbesondere ein Wälz- oder Kugellager, für die Rotorwelle und ein zweites Lager, insbesondere ein Gleitlager oder ein Wälzlager, für die Reaktionsturbine umfasst, wobei weiter bevorzugt das erste Lager und das zweite Lager konzentrisch zueinander in einer Ebene, noch weiter bevorzugt an einem Zapfen des Gehäusedeckels, angeordnet sind.It can preferably be provided that the electrical machine has a housing with a housing cover, the housing cover comprising a first bearing, in particular a roller or ball bearing, for the rotor shaft and a second bearing, in particular a plain bearing or a roller bearing, for the reaction turbine. more preferably the first bearing and the second bearing are arranged concentrically to one another in one plane, even more preferably on a pin of the housing cover.
Der Gehäusedeckel weist in der Regel eine Aufnahme für die Lagerung der Rotorwelle auf. In der Aufnahme ist ein Lager für die Rotorwelle angeordnet, welches meist als Wälz- oder Kugellager ausgebildet ist. Bevorzugt ist nun vorgesehen, dass das Lager für die Reaktionsturbine ebenfalls am Gehäusedeckel angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann ein bevorzugt nach innen gerichteter Zapfen am Gehäusedeckel vorgesehen sein. Der Zapfen umfasst eine zentrale Öffnung, welche die Aufnahme für die Rotorwelle bildet. In der zentralen Öffnung beziehungsweise der Aufnahme ist das erste Lager für die Rotorwelle angeordnet. An der Außenseite des Zapfens kann die Reaktionsturbine über das zweite Lager gelagert sein. Durch die Anordnung sowohl des ersten Lagers für die Rotorwelle als auch des zweiten Lagers für die Reaktionsturbine an dem Zapfen können die beiden Lager im Wesentlichen konzentrisch zueinander und in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Rotationsachse angeordnet werden. Die konzentrische Anordnung der beiden Lager verbessert die Laufruhe der elektrischen Maschine.The housing cover usually has a mount for the bearing of the rotor shaft. A bearing for the rotor shaft is arranged in the receptacle, which is usually designed as a roller or ball bearing. It is now preferably provided that the bearing for the reaction turbine is also arranged on the housing cover. For this purpose, a preferably inwardly directed pin can be provided on the housing cover. The journal includes a central opening which forms the seat for the rotor shaft. The first bearing for the rotor shaft is arranged in the central opening or in the receptacle. The reaction turbine can be mounted on the second bearing on the outside of the journal. By arranging both the first bearing for the rotor shaft and the second bearing for the reaction turbine on the journal, the two bearings can be arranged essentially concentrically to one another and in a common plane perpendicular to the axis of rotation. The concentric arrangement of the two bearings improves the smooth running of the electric machine.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Gehäusedeckel eine Zuleitung für das Fluid zu der Reaktionsturbine aufweist, und dass die Reaktionsturbine mittels einer Drehdurchführung für das Fluid mit dem Gehäusedeckel verbunden ist.Provision is preferably made for the housing cover to have a supply line for the fluid to the reaction turbine, and for the reaction turbine to be connected to the housing cover by means of a rotary leadthrough for the fluid.
Das Fluid wird von einer Außenseite durch eine im Gehäusedeckel vorgesehene Zuleitung der im Inneren der elektrischen Maschine angeordneten Reaktionsturbine zugeführt. Die Reaktionsturbine ist mittels einer Drehdurchführung an dem Gehäusedeckel, bevorzugt an dem Zapfen, gelagert. Mittels der Drehdurchführung kann das mit einem hydrostatischen Druck beaufschlagte Fluid der Reaktionsturbine zugeführt werden, sodass das Fluid unter dem hydrostatischen Druck aus den Austrittsöffnungen herausgedrückt wird.The fluid is fed from an outside through a supply line provided in the housing cover to the reaction turbine arranged inside the electrical machine. The reaction turbine is mounted on the housing cover, preferably on the journal, by means of a rotary feedthrough. The fluid subjected to hydrostatic pressure can be supplied to the reaction turbine by means of the rotary leadthrough, so that the fluid is pressed out of the outlet openings under the hydrostatic pressure.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Drehdurchführung zur Kühlung des ersten Lagers ausgebildet ist.With a further advantage it can be provided that the rotary feedthrough is designed for cooling the first bearing.
Somit kann mittels der Kühlvorrichtung nicht nur eine Kühlung des Wickelkopfes erfolgen, sondern es kann auch eine Kühlung und/oder Ölung des ersten Lagers der Rotorwelle durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann die Drehdurchführung gegebenenfalls eine weitere Zuleitung für das Fluid zu dem ersten Lager, insbesondere zu dem Wälz- oder Kugellager, für die Rotorwelle aufweisen. Diese zweite Zuleitung kann zumindest teilweise durch den Zapfen des Gehäusedeckels verlaufen.Thus, by means of the cooling device, not only can the winding overhang be cooled, but the first bearing of the rotor shaft can also be cooled and/or oiled. For this purpose, the rotary feedthrough can optionally have a further feed line for the fluid to the first bearing, in particular to the roller or ball bearing for the rotor shaft. This second supply line can run at least partially through the spigot of the housing cover.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Dichtung der Drehdurchführung derart ausgelegt ist, dass eine geringe Leckage des Fluids im Bereich des ersten Lagers zugelassen wird, welches für die Kühlung und/oder Ölung des ersten Lagers sorgt.A further possibility is that the seal of the rotary feedthrough is designed in such a way that a small amount of leakage of the fluid is permitted in the area of the first bearing, which ensures that the first bearing is cooled and/or lubricated.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Reaktionsturbinen an derselben Endseite der elektrischen Maschine angeordnet sind.Provision can preferably be made for at least two reaction turbines to be arranged on the same end side of the electrical machine.
Die mindestens zwei Reaktionsturbinen können somit am gleichen Gehäusedeckel angeordnet sein. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rotationsachsen der mindestens zwei Reaktionsturbinen parallel zu der Rotationsachse der Rotorwelle verlaufen.The at least two reaction turbines can thus be arranged on the same housing cover. It is preferably provided that the axes of rotation of the at least two reaction turbines run parallel to the axis of rotation of the rotor shaft.
Bevorzugt können die mindestens zwei Reaktionsturbinen am Gehäusedeckel in der Radialrichtung zwischen der Rotorwelle, beziehungsweise dem Zapfen für die Lagerung der Rotorwelle, und dem Wickelkopf angeordnet sein.Preferably, the at least two reaction turbines on the housing cover in the radial direction between the rotor shaft, respectively the journal for the bearing of the rotor shaft, and the end winding.
Weiter bevorzugt können auch an dem zweiten Gehäusedeckel mindestens zwei weitere Reaktionsturbinen vorgesehen sein.More preferably, at least two further reaction turbines can also be provided on the second housing cover.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass vier Reaktionsturbinen an derselben Endseite der elektrischen Maschine angeordnet sind.Provision is particularly preferably made for four reaction turbines to be arranged on the same end side of the electrical machine.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Reaktionsturbinen gleichmäßig um die Rotorwelle herum verteilt angeordnet sind.In particular, it can be provided that several reaction turbines are distributed evenly around the rotor shaft.
Es wird somit eine dezentrale Fluidkühlung bereitgestellt.Decentralized fluid cooling is thus provided.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Zwischenraum zwischen der Rotorwelle und den Reaktionsturbinen, insbesondere zwischen dem die Rotorwelle lagernden Zapfen des Gehäusedeckels und den, bevorzugt am Gehäusedeckel angeordneten, Reaktionsturbinen, Leitschaufeln oder Leitbleche angeordnet sind.Furthermore, it is preferably provided that guide vanes or guide plates are arranged in the space between the rotor shaft and the reaction turbines, in particular between the journal of the housing cover supporting the rotor shaft and the reaction turbines preferably arranged on the housing cover.
Die Leitschaufeln oder Leitbleche dienen dazu, das aus den Austrittsöffnungen der mehreren Reaktionsturbinen austretende Fluid aus dem nicht direkt nutzbaren Winkelbereich, das heißt jenem inneren Bereich der elektrischen Maschine, in welchem die Rotorwelle angeordnet ist, in Richtung des Wickelkopfes ableiten.The guide vanes or baffle plates serve to divert the fluid exiting from the outlet openings of the several reaction turbines from the angle area that cannot be used directly, ie that inner area of the electrical machine in which the rotor shaft is arranged, in the direction of the end winding.
Bei vier an demselben Gehäusedeckel angeordneten Reaktionsturbinen deckt jede der Reaktionsturbinen in etwa ein Viertel der radial inneren Seite des Wickelkopfes zur Kühlung ab.With four reaction turbines arranged on the same housing cover, each of the reaction turbines covers approximately a quarter of the radially inner side of the end winding for cooling.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass ein Austrittswinkel des Fluids aus den Austrittsöffnungen regelbar ausgebildet ist.According to the invention, it can also be provided that an outlet angle of the fluid from the outlet openings is designed to be controllable.
So können beispielsweise die die Austrittsöffnungen enthaltenen Austrittsdüsen der Reaktionsturbine mechanisch ausrichtbar sein. Durch die Ausrichtung der Austrittsöffnung beziehungsweise der Austrittsdüsen mit den Austrittsöffnungen kann eine Drehzahloptimierung der Reaktionsturbine erfolgen. Wird die tangentiale Komponente des ausströmenden Fluids gegenüber der radialen Komponente vergrößert, so wird die Drehzahl der Reaktionsturbine erhöht. Wird umgekehrt die tangentiale Komponente gegenüber der radialen Komponente verringert, so wird die Drehzahl der Reaktionsturbine reduziert.For example, the outlet nozzles of the reaction turbine, which contain the outlet openings, can be mechanically aligned. The rotational speed of the reaction turbine can be optimized by aligning the outlet opening or the outlet nozzles with the outlet openings. If the tangential component of the outflowing fluid is increased compared to the radial component, the speed of the reaction turbine is increased. Conversely, if the tangential component is reduced in relation to the radial component, then the speed of the reaction turbine is reduced.
Die Kühlleistung der Kühlvorrichtung kann durch die Steuerung der Ölmenge erfolgen. Die Ölmengensteuerung kann mit wiederum auf Basis der hydraulischen Zustandsgrößen Druck und Volumenstrom des Fluids erfolgen. Weitere Regelgrößen für die Fluidmenge, insbesondere für die Ölmenge, können die Wicklungstemperatur, die Fluidtemperatur, und die elektrischen Widerstandsverluste der elektrischen Maschine sein.The cooling capacity of the cooling device can be achieved by controlling the amount of oil. The oil quantity control can in turn be based on the hydraulic state variables pressure and volume flow of the fluid. Further controlled variables for the amount of fluid, in particular for the amount of oil, can be the winding temperature, the fluid temperature and the electrical resistance losses of the electrical machine.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1a einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine mit einer Kühlvorrichtung, -
1b eine Querschnittsansicht durch die elektrische Maschine der1a , -
2a einen Längsschnitt durch eine weitere elektrische Maschine mit einer Kühlvorrichtung, und -
2b eine Querschnittsansicht durch die elektrische Maschine der2a .
-
1a a longitudinal section through an electrical machine with a cooling device, -
1b a cross-sectional view through the electric machine1a , -
2a a longitudinal section through another electrical machine with a cooling device, and -
2 B a cross-sectional view through the electric machine2a .
Die Reaktionsturbine 23 weist, wie insbesondere in
Die
Bezugszeichenlistereference list
- 100100
- Elektrische Maschineelectrical machine
- 1010
- Statorstator
- 1111
- Rotorrotor
- 1212
- Rotorwellerotor shaft
- 1313
- Rotorkörperrotor body
- 1414
- Endseiteend page
- 1515
- Endseiteend page
- 1616
- Wickelkopfwinding head
- 1717
- Gehäusedeckelhousing cover
- 1818
- Zapfencones
- 1919
- Aufnahmerecording
- 2020
- Kugellagerball-bearing
- 2121
- Erstes LagerFirst camp
- 2222
- Zweites LagerSecond camp
- 2323
- Reaktionsturbinereaction turbine
- 2424
- Kühlvorrichtungcooler
- 2525
- Zuleitungsupply line
- 2626
- Drehdurchführungrotary joint
- 2727
- Austrittsdüseoutlet nozzle
- 2828
- Austrittsöffnungexit port
- 2929
- Innenrauminner space
- 3030
- Innere SeiteInner side
- 3131
- Tangentialrichtungtangential direction
- 3232
- Pumpepump
- 3333
- Zuleitungsupply line
- 3434
- Leitblechbaffle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- DE 102012210120 A1 [0010]DE 102012210120 A1 [0010]
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- 2021-05-18 DE DE102021205055.7A patent/DE102021205055A1/en active Pending
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