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Title:
COOLING AN ELECTRIC ROTATING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/050447
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric rotating machine (1) which has a rotor (3) that can be rotated about a rotational axis (4) and comprises a rotor tube (3b) and a shaft stub (7). The shaft stub (7) is arranged on a non-operating side (NDE) of the electric rotating machine (1), and the rotor tube (3b) is mechanically connected to the shaft stub (7) at an axial end of the rotor tube (3b). The aim of the invention is to save space and reduce costs. This is achieved in that the shaft stub (7) has a central bore (7b) and/or parallel bores (7c) which are provided for supplying a coolant (19) into the rotor tube (3b). The rotor tube (3b) has at least one cooling opening (3c), and the central bore (7b) and/or the parallel bores (7c) are fluidically connected to the at least one cooling opening (3c).

Inventors:
BALZER CHRISTOPH (DE)
SCHULZ SABRINA (DE)
SEIBICKE FRANK (DE)
WENDE KONRAD (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/065341
Publication Date:
March 30, 2017
Filing Date:
June 30, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02K1/30; B63H5/125; H02K1/32; H02K7/00; H02K9/12
Foreign References:
DE10000578A12001-07-12
EP0590867A11994-04-06
EP2757666A12014-07-23
US20150048699A12015-02-19
EP2420443B12014-08-06
EP0907556B12001-09-26
DE10000578A12001-07-12
EP0590867A11994-04-06
EP2757666A12014-07-23
US20150048699A12015-02-19
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektrische rotierende Maschine (1) aufweisend einen um eine Rotationsachse (4) drehbaren Rotor (3) mit einem Läu¬ ferrohr (3b) und einem Wellenstummel (7),

wobei der Wellenstummel (7) an einer Nichtantriebsseite (NDE) der elektrischen rotierenden Maschine (1) angeordnet ist,

wobei das Läuferrohr (3b) an einem axialen Ende des Läuferrohrs (3b) mechanisch mit dem Wellenstummel (7) verbunden ist,

wobei der Wellenstummel (7) eine Mittelbohrung (7b) und/oder parallele Bohrungen (7c) aufweist,

welche zur Zuführung eines Kühlmediums (19) in das Läufer¬ rohr (3b) vorgesehen sind,

wobei das Läuferrohr (3b) mindestens eine Kühlungsöffnung (3c) aufweist und

wobei die Mittelbohrung (7b) und/oder die parallelen Bohrun- gen (7c) mit der mindestens einen Kühlungsöffnung (3c) in fluidtechnischer Verbindung stehen.

2. Elektrische rotierende Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Mittelbohrung (7b) in axiale Richtung durch die Rotationsachse (4) verlaufend angeordnet ist.

3. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 1 oder 2,

wobei die parallelen Bohrungen (7c) um die Rotationachse (4) herum in axiale Richtung verlaufend angeordnet sind.

4. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 1 bis 3,

wobei der Wellenstummel (7) mit dem Läuferrohr (3b) über ei- ne erste Schrumpfverbindung (7e) oder über eine erste

Flanschverbindung (7a) verbunden ist.

5. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 1 bis 4,

aufweisend einen den Rotor (3) umgebenden Stator (2) und einen zwischen Rotor (3) und Stator (2) befindlichen Luftspalt (6) ,

wobei der Rotor (3) ein das Läuferrohr (3b) umgebendes Ro¬ torblechpaket (3a) aufweist,

wobei das Läuferrohr (3b) und das Rotorblechpaket (3a) in ihrer axialen Mitte mindestens eine in radiale Richtung ver- laufende Kühlungsöffnung (3c) aufweisen und

wobei die Kühlungsöffnung (3c) dafür vorgesehen ist, ein durch den Wellenstummel (7) in das Läuferrohr (3b) zugeführtes Kühlmedium (19) zum Luftspalt (6) und/oder zwischen das Läuferrohr (3b) und das Rotorblechpaket (3a) zu den axialen Enden des Rotors (3) zu leiten.

6. Elektrische rotierende Maschine (1) nach Anspruch 5, wobei das Rotorblechpaket (3a) mindestens einen Permanent¬ magneten (21) aufweist,

welcher dafür vorgesehen ist, von dem durch den Luftspalt (6) geleiteten Kühlmedium (19b) gekühlt zu werden.

7. Elektrische rotierende Maschine (1) nach Anspruch 6, wobei der Permanentmagnet (21) einen Anteil seltener Erden, insbesondere einen Anteil Dysprosium, aufweist, wobei der

Permanentmagnet (21) dafür vorgesehen ist, im Betrieb auf eine Temperatur zwischen 70°C bis 100°C, insbesondere zwi¬ schen 80°C bis 90°C, gekühlt zu werden. 8. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 5 bis 7,

wobei der Stator (2) an einem axialen Ende einen Statorwickelkopf (2b) aufweist,

wobei ein zu den axialen Enden des Rotors (3) geleitetes Kühlmedium (19b) dafür vorgesehen ist, den Statorwickelkopf (2b) zu kühlen.

9. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 5 bis 8,

wobei das Läuferrohr (3b) um die Kühlungsöffnung (3c) herum eine Aufdickung (3d) aufweist,

welche dafür vorgesehen ist, die Steifigkeit des Läuferrohrs (3b) zu erhöhen.

10. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 5 bis 9,

wobei das Läuferrohr (3b) eine kühlmittelundurchlässige Trennwand (10) aufweist,

welche dafür vorgesehen ist, das durch den Wellenstummel (7) zugeführte Kühlmedium (19) zur Kühlungsöffnung (3c) zu leiten . 11. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 5 bis 10,

aufweisend ein erstes Leitblech (8), welches dafür vorgese¬ hen ist, eine Trennung zwischen dem durch den Wellenstummel (7) zugeführten kühleren Kühlmedium (19) und dem zu den axi- alen Enden des Rotors (3) geleiteten Kühlmedium (19b) zu erzielen .

12. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 5 bis 11,

aufweisend eine Antriebswelle (11),

welche an einer Antriebsseite (DE) der elektrischen rotierenden Maschine (1) angeordnet ist,

wobei die Antriebswelle (11) weitere parallele Bohrungen (11c) aufweist, welche zur Zuführung eines zusätzlichen Kühlmediums (19a) in das Läuferrohr (3b) vorgesehen sind.

13. Elektrische rotierende Maschine (1) nach Anspruch 12, wobei die Antriebswelle (11) mit dem Läuferrohr (3b) über eine zweite Schrumpfverbindung (lld) oder über eine zweite Flanschverbindung (IIa) verbunden ist.

14. Elektrische rotierende Maschine (1) nach einem der

Ansprüche 12 oder 13, aufweisend ein zweites Leitblech (9), welches dafür vorgese¬ hen ist, eine Trennung zwischen dem durch die Antriebswelle (11) zugeführten zusätzlichen Kühlmedium (19a) und dem zu den axialen Enden des Rotors (3) geleiteten Kühlmedium (19b) zu erzielen.

15. Gondelantrieb (15) mit mindestens einer elektrischen ro¬ tierenden Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, einer ersten Lageranordnung (17) an der Nichtantriebsseite (NDE) der elektrischen rotierenden Maschine (1), einer zweiten Lageranordnung (18) an der Antriebsseite (DE) der elektrischen rotierenden Maschine (1) und einem Propeller (13), wobei der Propeller (13) mit einer Antriebswelle (11) der elektrischen rotierenden Maschine (1) verbunden ist.

16. Gondelantrieb (15) nach Anspruch 15,

wobei die erste Lageranordnung (17) und/oder die zweite Lageranordnung (18) jeweils mindestens ein Radiallager und ein Axiallager aufweisen.

17. Schiff (14) mit mindestens einem Gondelantrieb (15) nach einem der Ansprüche 15 oder 16 und mit einem ersten Wärme¬ tauscher (5), welcher außerhalb des Gondelantriebs (15) an¬ geordnet ist,

wobei der erste Wärmetauscher (5) dafür vorgesehen ist, dem Gondelantrieb (15) ein Kühlmedium (19) zuzuführen und ein vom Gondelantrieb (15) abströmendes Kühlmedium (19c) wieder abzukühlen . 18. Verfahren zur Kühlung einer elektrischen rotierenden Maschinen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

wobei das Kühlmedium (19) zunächst durch die Mittelbohrung (7b) und/oder die parallelen Bohrungen (7c) des Wellenstummels (7) in axiale Richtung in das Läuferrohr (3b) geleitet wird,

daraufhin in radiale Richtung durch die in der axialen Mitte des Läuferrohrs (3b) und des Rotorblechpakets (3a) angeord¬ nete Kühlungsöffnung (3c) geleitet wird, daraufhin das geleitete Kühlmedium (19b) durch den Luftspalt (6) und/oder zwischen das Läuferrohr (3b) und das Rotorblechpaket (3a) zu den axialen Enden des Rotors (3) geleitet wird und

daraufhin das geleitete Kühlmedium (19b) in radiale Richtung über die Statorwickelköpfe (2b) geleitet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18,

wobei das geleitete Kühlmedium (19b) symmetrisch und nahezu gleichmäßig verteilt zu den axialen Enden des Rotors (3) und zu den Statorwickelköpfen (2b) geleitet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19,

wobei ein abströmendes Kühlmedium (19c) von den Stator- wickelköpfen beidseitig durch ein Statorblechpaket (2a) ge¬ leitet und in der axialen Mitte des Statorblechpakets (2a) zusammengeführt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20,

wobei ein zusätzliches Kühlmedium (19a) durch die weiteren parallelen Bohrungen (11c) der Antriebswelle (11) in axiale Richtung in das Läuferrohr (3b) geleitet wird und

das Kühlmedium 19 mit dem zusätzlichen Kühlmedium (19a) im Läuferrohr (3b) zu einem zweiseitig zugeführten Kühlmedium (19d) zusammengeführt wird.

Description:
Beschreibung

Kühlung einer elektrischen rotierenden Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische rotierende Maschine aufweisend einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotor mit einem Läuferrohr und einem Wellenstummel, wobei der Wellenstummel an einer Nichtantriebsseite der elektrischen rotie ¬ renden Maschine angeordnet ist und wobei das Läuferrohr an einem axialen Ende des Läuferrohrs mechanisch mit dem Wellenstummel verbunden ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Gondelantrieb mit min ¬ destens einer derartigen elektrischen rotierenden Maschine.

Ferner betrifft die Erfindung ein Schiff mit mindestens einem derartigen Gondelantrieb.

Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung ei- ner derartigen elektrischen rotierenden Maschine.

Ein derartige elektrische rotierende Maschine, beispielsweise ein Motor oder Generator, kommt bevorzugt in einem Propellergondelantrieb, im Folgenden auch POD-Antrieb oder Gondelan- trieb genannt, vor. Eine derartige elektrische rotierende Ma ¬ schine in einem POD-Antrieb weist bevorzugt eine Leistung von mindestens 5 Megawatt auf und ist beispielweise als perma ¬ nenterregte Synchronmaschine ausgeführt. Die Drehzahl liegt bevorzugt im Bereich von 50 U/min bis 250 U/min.

Die elektrische rotierende Maschine des Propellergondelan ¬ triebs ist vorzugsweise mit einem strömungsgünstigen Gehäuse, der Gondel, verkleidet und, beispielsweise an einem Schiff montiert, bevorzugt um 360 Grad um die Hochachse drehbar. Der Gondelantrieb kann weiterhin vorteilhaft in einem Untersee ¬ boot oder in einem propellerbetriebenen Flugzeug eingesetzt werden . Bei derartigen beispielsweise im Meerwasser außerhalb des Schiffsrumpfs lokalisierten elektrischen Antrieben muss die in der elektrischen rotierenden Maschine entstehende Verlustwärme in geeigneter Form abgeführt werden. Bisher wurde zumindest ein Großteil der Verluste über die Oberfläche des Ge ¬ häuses durch Konvektion ans Seewasser abgegeben. Der Rest der entstandenen Verlustwärme, insbesondere an Positionen an de ¬ nen das Gehäuse keine direkte Verbindung zum den Antrieb um ¬ gebenden Wasser hat, wird derzeit über komplizierte Luftfüh ¬ rungen, beispielsweise einseitig über die Wickelköpfe des Ständerblechpaketes, dann teilweise durch den Luftspalt oder die Welle, über Luftkanäle durch die Maschine bis zum Tragke ¬ gel und dort platzierte Wärmetauscher, abgeführt.

Aus dem europäischen Patent EP 2 420 443 Bl ist ein Gondelantrieb für eine schwimmende Einrichtung bekannt, welcher ein von Wasser umströmtes Unterwassergehäuse mit einer darin drehbar gelagerten Propellerwelle mit zumindest einem daran angeordneten Propeller und einen in dem Unterwassergehäuse angeordneten elektrischen Motor mit einem Stator und einem Läufer zum Antrieb der Propellerwelle umfasst, wobei zwischen dem Stator und dem Unterwassergehäuse ein Raum ausgebildet ist, der zumindest teilweise von dem Stator und einem Ab ¬ schnitt des Unterwassergehäuses begrenzt ist und in dem zur Kühlung des Motors eine Kühlflüssigkeit strömt, wobei der Raum für das das Unterwassergehäuse umströmende Wasser ver ¬ schlossen ist und eine Wärmeübertragung von dem Stator über die in dem Raum strömende Kühlflüssigkeit an den Abschnitt des Unterwassergehäuses, der den Raum begrenzt, und von dort an das das Unterwassergehäuse umströmende Wasser erfolgt. Die Abfuhr der gesamten Motorwärme erfolgt über die Kühlflüssig ¬ keit in dem Raum an den Abschnitt des Unterwassergehäuses, der den Raum begrenzt, und von dort an das das Unterwasserge ¬ häuse umströmende Wasser.

Aus dem europäischen Patent EP 0 907 556 Bl ist ein Schiffsantrieb bekannt, der aus einem an der Unterseite des Schiff ¬ rumpfes gondelartig anzuordnenden Gehäuse mit einem in dem Gehäuse befindlichen Synchronmotor besteht. Um bei Antriebs ¬ leistungen von etwa 10 MW den Propulsionswirkungsgrad zu ver ¬ bessern, ist der Läufer des Synchronmotors als permanentmag ¬ neterregter Läufer ausgebildet und ist der Stator des Syn- chronmotors zur Kühlung über die Gehäusewandung formschlüssig in das Gehäuse eingepasst. Dabei kann jedem Wickelkopf eine zusätzliche Kühleinrichtung in Form eines Lüfters oder einer Sprüheinrichtung zugeordnet sein. In der Offenlegungsschrift DE 100 00 578 AI wird eine Ein ¬ richtung für die autarke Rotorkühlung von Gondelpropellern mit ein oder zwei Elektromotoren offenbart. Die Einrichtung benutzt eine Propellerkappe mit zentralen Kühlwasserein ¬ tritts- und peripheren koaxialen Austrittsöffnungen, wobei das warme Kühlwasser durch Zentrifugalkraft ausgestoßen wird. Sie ermöglicht die Kühlung über das Rotorgehäuse und durch Rohre über das aktive Rotoreisen.

In der Offenlegungsschrift EP 0 590 867 AI wird eine Hauptan- triebsanlage eines starkmotorigen Schiffes oder anderen gro ¬ ßen Seeschiffes offenbart. Die Hauptantriebsanlage weist ein Gehäuse auf, das eine Rohrwelle und einen kugelförmigen Teil umfasst, wobei der untere Teil der mit der Rohrwelle verbun ¬ den und zusammen mit dieser drehbar ist. Das Gehäuse im ku- gelförmigen Teil weist einen Innenraum auf, der einen elektrischen Antriebsmotor und eine Propellerwelle enthält, die mit mindestens einem Propeller außerhalb des Gehäuses verbun ¬ den ist. Eine Kühlleitung ist axial in der Propellerwelle an ¬ geordnet, wobei durch diese Leitung Umgebungswasser fließen kann.

In der Offenlegungsschrift EP 2 757 666 AI wird eine elektri ¬ sche rotierende Maschine mit einem Stator und einem Rotor, welche in einem Gehäuse angeordnet sind, offenbart. Der Rotor weist zumindest ein Rotor-Kühlmittelleitblech auf, welches im Bereich der axialen Mitte des Rotors zumindest eine Öffnung nach radial außen aufweist, durch welche das Kühlmittel in- nerhalb des Rotors nach radial außen zur Innenfläche des Ro ¬ tor-Mantels führbar ist.

Die Offenlegungsschrift US 2015/0048699 AI offenbart einen Rotor für einen Hochgeschwindigkeits-Generator aufweisend einen Rotorkörper mit Innenflächen und Außenflächen, einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass , und einen Ro ¬ torkühlpfad, um den Rotorkörper zu kühlen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische rotierende Maschine anzugeben, welche, im Gegensatz zum Stand der Technik, eine Platzersparnis liefert und Kosten einspart.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische ro- tierende Maschine gelöst, welche einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotor mit einem Läuferrohr und einem Wellenstummel aufweist, wobei der Wellenstummel an einer Nichtantriebsseite der elektrischen rotierenden Maschine angeordnet ist, wobei das Läuferrohr an einem axialen Ende des Läuferrohrs mecha- nisch mit dem Wellenstummel verbunden ist und wobei der Wel ¬ lenstummel eine Mittelbohrung und/oder parallele Bohrungen aufweist, welche zur Zuführung eines Kühlmediums in das Läu ¬ ferrohr vorgesehen sind, wobei das Läuferrohr mindestens eine Kühlungsöffnung aufweist und wobei die Mittelbohrung und/oder die parallelen Bohrungen mit der mindestens einen Kühlungs ¬ öffnung in fluidtechnischer Verbindung stehen.

Bei dem Kühlmedium kann es sich unter anderem um ein gasförmiges Kühlmedium, beispielsweise Luft oder Schutzgas, oder um ein flüssiges Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder Öl, han ¬ deln. Die parallelen Bohrungen verlaufen parallel zur Rotationsachse. Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Kühlmittelzuführung vereinfacht wird. Dies führt zu einer Platzersparnis und spart Kosten ein.

Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Gondelantrieb mit min ¬ destens einer derartigen elektrischen rotierenden Maschine, einer ersten Lageranordnung an der Nichtantriebsseite der elektrischen rotierenden Maschine, einer zweiten Lageranordnung an der Antriebsseite der elektrischen rotierenden Maschine und einem Propeller geöst, wobei der Propeller mit ei ¬ ner Antriebswelle der elektrischen rotierenden Maschine ver- bunden ist.

Dies ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise ein sehr kompakter und platzsparender Gondelantrieb realisiert wird. Ferner wird die Aufgabe durch ein Schiff mit mindestens einem derartigen Gondelantrieb und einem ersten Wärmetauscher, welcher außerhalb des Gondelantriebs angeordnet ist, gelöst, wo ¬ bei der erste Wärmetauscher dafür vorgesehen ist, dem Gondelantrieb ein Kühlmedium zuzuführen und ein vom Gondelantrieb abströmendes Kühlmedium wieder abzukühlen.

Dies führt zu einer effizienten Kühlung und einer Platzersparnis im Gondelantrieb. Überdies wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Kühlung ei ¬ ner derartigen elektrischen rotierenden Maschine gelöst, wobei das Kühlmedium zunächst durch die Mittelbohrung und/oder die parallelen Bohrungen des Wellenstummels in axiale Rich ¬ tung in das Läuferrohr geleitet wird, daraufhin in radiale Richtung durch die in der axialen Mitte des Läuferrohrs und des Rotorblechpakets angeordnete Kühlungsöffnung geleitet wird, daraufhin das geleitete Kühlmedium durch den Luftspalt und/oder zwischen das Läuferrohr und das Rotorblechpaket zu den axialen Enden des Rotors geleitet wird und daraufhin das geleitete Kühlmedium in radiale Richtung über die Statorwickelköpfe geleitet wird.

Ein derartiges Verfahren zur Kühlung ist besonders vorteil ¬ haft, da eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums im Ro- tor erreicht wird. Weiterhin wird die Kühlmittelzuführung vereinfacht, was zu einer Platz- und Kostenersparnis führt. Auf besonders vorteilhafte Weise ist die Mittelbohrung in axiale Richtung durch die Rotationsachse verlaufend angeord ¬ net. Dadurch ist der Wellenstummel bevorzugt rotationssymmet ¬ risch, was zu einer guten Stabilität und einer gleichmäßigen Zuführung des Kühlmediums führt.

Vorteilhaft sind die parallelen Bohrungen um die Rotations ¬ achse herum in axiale Richtung verlaufend angeordnet. Bei ¬ spielsweise sind die parallelen Bohrungen konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des Kühlmediums im Rotor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wellenstummel mit dem Läuferrohr über eine erste Schrumpfverbindung oder über eine erste Flanschverbindung verbunden. Bei einer

Flanschverbindung ist der Wellenstummel beispielsweise derar ¬ tig ausgeführt, dass er mit Hilfe von Schrauben und/oder eine Schweißverbindung mit dem Läuferrohr verbunden wird. Bei einer Schrumpfverbindung wird bevorzugt das Läuferrohr, bei- spielsweise um einige hundert Grad Celsius, erhitzt, wodurch sich der Innendurchmesser des Läuferrohrs aufgrund von Wärme ¬ ausdehnung, welche auch thermische Expansion genannt wird, vergrößert. Der Wellenstummel wird daraufhin teilweise in das erhitzte Läuferrohr eingeführt. Beim Abkühlen des Läuferrohrs findet eine Wärmeschrumpfung, welche auch thermische Kontraktion genannt wird, statt wodurch das Läuferrohr die vorherige Größe wieder bekommt und drehfest mit dem Wellenstummel ver ¬ bunden ist. Derartige mechanische Verbindungen sind platzspa ¬ rend, robust und kostengünstig zu realisieren.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die elektrische rotierende Maschine einen den Rotor umgebenden Stator und einen zwischen Rotor und Stator befindlichen Luftspalt auf, wobei der Rotor ein das Läuferrohr umgebendes Ro- torblechpaket aufweist, wobei das Läuferrohr und das Rotor ¬ blechpaket in ihrer axialen Mitte mindestens eine in radiale Richtung verlaufende Kühlungsöffnung aufweisen und wobei die Kühlungsöffnung dafür vorgesehen ist, ein durch den Wellen- stummel in das Läuferrohr zugeführtes Kühlmedium zum Luft ¬ spalt und/oder zwischen das Läuferrohr und das Rotorblechpa ¬ ket zu den axialen Enden des Rotors zu leiten. Das Kühlmedium wird beispielsweise gleichmäßig von der Kühlungsöffnung zu den axialen Enden des Rotors geleitet. Dies ist besonders vorteilhaft, da so der Rotor eine gleichmäßigere Temperatur ¬ verteilung aufweist. Weiterhin werden parallele Belüftungs ¬ kanäle, beispielsweise im Luftspalt, den Magnettaschen und zwischen Läuferrohr und Blechpaket, ermöglicht, welche die Kühlung verbessern.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rotorblechpaket mindestens einen Permanentmagneten auf, welcher dafür vorgesehen ist, von dem durch den Luftspalt geleiteten Kühl- medium gekühlt zu werden. Dies ist vorteilhaft, weil der Per ¬ manentmagnet vom Kühlmedium gekühlt wird bevor das Kühlmedi ¬ um, beispielsweise über Wickelköpfe, teilerwärmt wird.

Bevorzugt weist der Permanentmagnet einen Anteil seltener Er- den, insbesondere einen Anteil Dysprosium, auf, wobei der Permanentmagnet dafür vorgesehen ist, im Betrieb auf eine Temperatur zwischen 70°C bis 100°C, insbesondere zwischen 80°C bis 90°C, gekühlt zu werden. Bevorzugt weist der Perma ¬ nentmagnet durch die geringe Betriebstemperatur, welche bei- spielsweise von der vorteilhaften Kühlung ermöglicht wird, einen vergleichsweise geringen Anteil seltener Erden auf. Dies ist vorteilhaft, da durch den geringen Anteil seltener Erden Kosten eingespart werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der

Stator an einem axialen Ende einen Statorwickelkopf auf, wo ¬ bei ein zu den axialen Enden des Rotors geleitetes Kühlmedium dafür vorgesehen ist, den Statorwickelkopf zu kühlen. Dies ist besonders vorteilhaft, da für die Kühlung der Wickelköpfe kein zusätzlicher Kühler erforderlich ist. Dies führt zu einer Platz- und Kostenersparnis. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Läuferrohr um die Kühlungsöffnung herum eine Aufdickung auf, welche dafür vorgesehen ist, die Steifigkeit des Läuferrohrs zu erhöhen. Dies ist besonders vorteilhaft, dadurch die Aufdickung die durch die Kühlungsöffnung im Läuferrohr verursachte Schwächung der Querschnittsstruktur kompensiert wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Läuferrohr eine kühlmittelundurchlässige Trennwand auf, welche dafür vorgesehen ist, das durch den Wellenstummel zugeführte Kühlmedium zur Kühlungsöffnung zu leiten. Dies ist besonders vorteilhaft, da beispielsweise die Kühlmittelzuführung ver ¬ bessert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische rotierende Maschine ein erstes Leitblech auf, welches dafür vorgesehen ist, eine Trennung zwischen dem durch den Wellenstummel zugeführten kühleren Kühlmedium und dem zu den axialen Enden des Rotors geleiteten Kühlmedium zu erzielen. Dies ist vorteilhaft, da so eine effizientere Kühlung erzielt wird .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die elektrische rotierende Maschine eine Antriebswelle auf, welche an einer Antriebsseite der elektrischen rotierenden Maschine angeordnet ist, wobei die Antriebswelle weitere parallele Boh ¬ rungen aufweist, welche zur Zuführung eines zusätzlichen Kühlmediums in das Läuferrohr vorgesehen sind. Die weiteren parallelen Bohrungen sind bevorzugt konzentrisch um die Rota- tionachse in axiale Richtung verlaufend angeordnet. Eine Zu ¬ führung eines zusätzlichen Kühlmediums in das Läuferrohr ist besonders vorteilhaft, da so eine größere Menge Kühlmittel, beispielsweise mit Hilfe von zweiseitig angeordneten Wärme ¬ tauschern, zugeführt werden kann, was zu einer größeren Ge- samtkühlleistung führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische rotierende Maschine ein zweites Leitblech auf, welches dafür vorgesehen ist, eine Trennung zwischen dem durch die Antriebswelle zugeführten zusätzlichen Kühlmedium und dem zu den axialen Enden des Rotors geleiteten Kühlmedium zu erzielen. Dies ist vorteilhaft, da so eine effizientere Kühlung erzielt wird.

Bevorzugt ist die Antriebswelle mit dem Läuferrohr über eine zweite Schrumpfverbindung oder über eine zweite Flanschverbindung verbunden. Derartige mechanische Verbindungen sind platzsparend, robust und kostengünstig zu realisieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erste Lageranordnung und/oder die zweite Lageranordnung jeweils mindestens ein Radiallager und ein Axiallager auf. Bevorzugt ist das Axiallager als Axial-Pendelrollenlager oder als Carb-

Lager ausgebildet. Entsprechend weisen die Antriebswelle und der Wellenstummel jeweils ein Traglager und ein Führungslager auf, was die Effizienz des Gondelantriebs, insbesondere unter den vorherrschenden Bedingungen auf See, verbessert.

Auf vorteilhafte Weise wird das geleitete Kühlmedium symmet ¬ risch und nahezu gleichmäßig verteilt zu den axialen Enden des Rotors und zu den Statorwickelköpfen geleitet. Dies hat eine gleichmäßige Temperaturverteilung zur Folge.

Bevorzugt wird ein abströmendes Kühlmedium von den Statorwickelköpfen beidseitig durch ein Statorblechpaket geleitet und in der axialen Mitte des Statorblechpakets zusammenge ¬ führt. Dies ist vorteilhaft, da so das Statorblechpaket durch das abströmende Kühlmedium zusätzlich gekühlt wird. Weiterhin kann das abströmende Kühlmedium in der axialen Mitte des Statorblechpakets platzsparend abgeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein zu- sätzliches Kühlmedium durch die weiteren parallelen Bohrungen der Antriebswelle in axiale Richtung in das Läuferrohr gelei ¬ tet und das Kühlmedium mit dem zusätzlichen Kühlmedium im Läuferrohr zu einem zweiseitig zugeführten Kühlmedium zusam- mengeführt. Dies ist besonders vorteilhaft, da so eine größe ¬ re Menge Kühlmittel zugeführt wird, was die Kühlung verbes ¬ sert .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert .

Es zeigen:

FIG 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer elektrischen rotierenden Maschine,

FIG 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform

einer elektrischen rotierenden Maschine,

FIG 3 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform

einer elektrischen rotierenden Maschine,

FIG 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Gondel ¬ antriebs,

FIG 5 eine dreidimensionale Darstellung einer ersten Aus ¬ führungsform eines mit einem Läuferrohr verbundenen Wellenstummeis ,

FIG 6 eine dreidimensionale Darstellung einer zweiten Aus ¬ führungsform eines mit einem Läuferrohr verbundenen Wellenstummels und

FIG 7 ein Schiff mit einem Gondelantrieb,

FIG 1 zeigt einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer elektrischen rotierenden Maschine 1. Die elektrische rotierende Maschine 1 weist einen um eine Rotationsachse 4 drehbaren Rotor 3, einen den Rotor 3 umgebenden Stator 2 und einen zwischen Rotor 3 und Stator 2 befindlichen Luftspalt 6 auf. Die Rotationsachse 4 definiert eine axiale Richtung, ei ¬ ne radiale Richtung und eine Umfangsrichtung .

Der Rotor weist ein Rotorblechpaket 3a und ein Läuferrohr 3b auf. Auf dem Rotorblechpaket 3a ist eine Vielzahl von Perma ¬ nentmagneten 21 in Umfangsrichtung und in axiale Richtung angeordnet, wobei die Permanentmagnete 21 zumindest teilweise in das Rotorblechpaket 3a integriert sind. An der Nichtantriebsseite NDE des Läuferrohrs 3b ist ein Wel ¬ lenstummel 7 über eine erste Schrumpfverbindung 7e mit dem Läuferrohr 3b verbunden. Weiterhin ist an der Antriebsseite DE des Läuferrohrs 3b eine Antriebswelle 11 über eine zweite Schrumpfverbindung lld mit dem Läuferrohr 3b verbunden.

Der Wellenstummel 7 weist eine Mittelbohrung 7b und parallele Bohrungen 7c auf. Die parallelen Bohrungen 7c verlaufen parallel zur Rotationachse 4. Die Mittelbohrung 7b und die pa ¬ rallelen Bohrungen 7c sind zur Zuführung eines Kühlmediums 19 in das Läuferrohr 3b vorgesehen. Bei dem Kühlmedium 19 kann es sich um ein gasförmiges Kühlmedium, beispielsweise Luft oder Schutzgas, oder um ein flüssiges Kühlmedium, beispiels ¬ weise Wasser oder Öl, handeln. Die Mittelbohrung 7b ist in axiale Richtung durch die Rotationsachse 4 verlaufend und da- mit rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 4 angeordnet. Die parallelen Bohrungen 7c sind um die Rotationachse 4 herum in Umfangsrichtung und in axiale Richtung verlaufend, vorzugsweise konzentrisch, also mit gleichen Abständen von der Rotationachse 4, angeordnet.

Das Rotorblechpaket 3a und das Läuferrohr 3b weisen in ihrer axialen Mitte eine Vielzahl von in radiale Richtung verlaufende Kühlungsöffnungen 3c auf, welche in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung angeordnet sind. Beispielsweise sind die Kühlungsöffnungen 3c mit gleichen Abständen in Um- fangsrichtung angeordnet. Die Kühlungsöffnungen 3c sind dafür vorgesehen, ein durch den Wellenstummel 7 in das Läuferrohr 3b zugeführtes Kühlmedium 19 zum Luftspalt 6 und/oder zwi- sehen das Läuferrohr 3b und das Rotorblechpaket 3a zu den axialen Enden des Rotors 3 zu leiten. Das Läuferrohr 3b weist um die Kühlungsöffnung 3c herum eine Aufdickung 3d auf, welche dafür vorgesehen ist, die Steifigkeit des Läuferrohrs 3b zu erhöhen. Durch die Aufdickung wird die durch die Kühlungsöffnung 3c im Läuferrohr 3b verursachte Schwächung der Querschnittsstruktur kompensiert.

Der Stator 2 weist ein Statorblechpaket 2a und Statorwick- lungen 2c auf, wobei die Statorwicklungen 2c an den axialen Enden des Stators 2 Statorwickelköpfe 2b aufweisen. Das

Statorblechpaket 2a weist Kanäle auf, um das aufgeheizte von den Statorwickelköpfen 2b abströmende Kühlmedium 19c in der axialen Mitte des Statorblechpakets 2a zusammenzuführen und bevorzugt zum Wärmetauscher 5 abzuleiten.

Ein erstes Leitblech 8 und ein zweites Leitblech 9 sind je ¬ weils teilweise am Rotor 3 und teilweise am Stator befestigt 2 und über eine kühlmittelundurchlässige zueinander bewegli- che/verschiebbare Verbindung, beispielsweise einen Spalt, miteinander verbunden. Durch die Leitbleche 8, 9 wird eine Trennung zwischen dem durch den Wellenstummel 7 zugeführten kühleren Kühlmedium 19 und dem zu den axialen Enden des Rotors 3 geleiteten Kühlmedium 19b erreicht. Weiterhin weist die elektrische rotierende Maschine ein Gehäuse 20 auf.

Ein Kühlmedium 19, welches von einem ersten Wärmetauscher 5 erzeugt wird, welcher sich außerhalb der elektrischen rotie ¬ renden Maschine befindet, wird der elektrischen rotierenden Maschine 1 zugeführt und durch die Mittelbohrung 7b und die parallelen Bohrungen 7c des Wellenstummels 7 in axiale Richtung in das Läuferrohr 3b geleitet. Daraufhin wird das Kühlmedium 19 in radiale Richtung durch Kühlungsöffnungen 3c geleitet, welche sich in der axialen Mitte des Läuferrohrs 3b und des Rotorblechpakets 3a befinden. Das geleitete Kühlmedi ¬ um 19b wird weiter durch den Luftspalt 6 und zwischen dem Läuferrohr 3b und dem Rotorblechpaket 3a zu den axialen Enden des Rotors 3 geleitet, wo das geleitete Kühlmedium 19b durch die beidseitig angeordneten Leitbleche 8, 9 in radiale Rich ¬ tung über die Statorwickelköpfe 2b geleitet wird. Dabei wird das geleitete Kühlmedium 19b annähernd symmetrisch und nahezu gleichmäßig verteilt zu den axialen Enden des Rotors 3 und zu den Statorwickelköpfen 2b geleitet. Das abströmende Kühl ¬ medium 19c wird beidseitig von den Statorwickelköpfen 2b durch Kanäle im Statorblechpaket 2a geleitet und in der axia ¬ len Mitte des Statorblechpakets 2a zusammengeführt und bevor ¬ zugt dem Wärmetauscher 5 wieder zugeführt.

FIG 2 zeigt einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen rotierenden Maschine 1. Diese zweite Ausführungsform der elektrischen rotierenden Maschine 1 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform aus FIG 1 und unterscheidet sich dadurch, dass der Wellenstummel 7 an der Nichtantriebsseite NDE des Läuferrohrs 3b über eine erste Flanschverbindung 7a mit dem Läuferrohr 3b verbunden ist und die Antriebswelle 11 an der Antriebsseite DE des Läuferrohrs 3b über eine zweite Flanschverbindung IIa mit dem Läuferrohr 3b verbunden ist. Die erste Flanschverbindung 7a wird mit Hilfe einer ersten Schraube 7d hergestellt und die zweite Flanschverbindung IIa wird mit Hilfe einer zweiten Schraube IIb hergestellt. Weiterhin ist es möglich die Flanschverbindung, bevorzugt zusätzlich, mit einer Schweißverbindung her- zustellen.

Zusätzlich ist im Läuferrohr 3b eine optionale kühlmittelundurchlässige Trennwand 10 angebracht, welche dafür vorgesehen ist, das durch den Wellenstummel 7 zugeführte Kühlmedium 19 zur Kühlungsöffnung 3c zu leiten.

FIG 3 zeigt einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform einer elektrischen rotierenden Maschine 1. Diese dritte Ausführungsform der elektrischen rotierenden Maschine 1 ent- spricht im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform aus FIG 2 und unterscheidet sich dadurch, dass ein von einem zweiten Wärmetauscher 12 erzeugtes zusätzliches Kühlmedium 19a auf der Antriebsseite DE zugeführt wird. Das zusätzliche Kühlme- dium 19a wird durch weitere parallele Bohrungen 11c in der der Antriebswelle 11 in axiale Richtung in das Läuferrohr 3b geleitet und mit dem Kühlmedium 19 im Läuferrohr 3b zu einem zweiseitig zugeführten Kühlmedium 19d zusammengeführt. Da- durch kann der elektrischen rotierenden Maschine 1 eine größere Menge Kühlmittel zugeführt werden, was zu einer größeren Gesamtkühlleistung führt.

FIG 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Gondelan- triebs 15. Der Gondelantrieb 15 weist eine elektrische rotie ¬ rende Maschine 1 auf, welche in ihrer Ausführung exemplarisch der in FIG 1 entspricht. Die Kühlungsöffnungen 3c sind exemplarisch als Langlöcher ausgeführt und sind äquidistant in Um- fangsrichtung angeordnet.

Weiterhin weist der Gondelantrieb 15 eine erste Lageranord ¬ nung 17 an der Nichtantriebsseite NDE der elektrischen rotierenden Maschine 1 auf, mit der der Wellenstummel 7 gelagert ist. Ferner wird die Antriebswelle 11 mit einer zweiten La- geranordnung 18 an der Antriebsseite DE der elektrischen rotierenden Maschine 1 gelagert. Beide Lageranordnungen 17, 18 weisen jeweils mindestens ein Radiallager und ein Axiallager auf. Das Axiallager als Axial-Pendelrollenlager oder als Carb-Lager ausgebildet. Entsprechend weisen die Antriebswelle 11 und der Wellenstummel 7 jeweils ein Traglager und ein Füh ¬ rungslager auf, was die Effizienz des Gondelantriebs 15, ins ¬ besondere unter den vorherrschenden Bedingungen auf See, verbessert . Ein Propeller 13 ist an der Antriebsseite DE mit einer Antriebswelle 11 der elektrischen rotierenden Maschine 1 verbunden. Das Statorblechpaket 2a wird im Betrieb zusätzlich durch Wasser 16, welches den Gondelantrieb 15 umgibt, ge ¬ kühlt. Das Gehäuse 20 um den Gondelantrieb 15 schützt die elektrische rotierende Maschine 1, die Lager 17, 18 und ande ¬ re Komponenten vor eindringendem Wasser 16. Um eine effizientere Kühlung durch das im Betrieb umgebende Wasser 16 zu er ¬ möglichen, kann das Gehäuse am Statorblechpaket 2a ausgespart werden, um einen direkten Kontakt des Statorblechpakets 2a mit dem kühlenden Wasser 16 zu ermöglichen.

FIG 5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer ersten Ausführungsform eines mit einem Läuferrohr 3b verbundenen

Wellenstummels 7. Der Wellenstummel 7 ist mit dem Läuferrohr 3b über eine Schrumpfverbindung befestigt.

Bei einer derartigen Schrumpfverbindung wird das Läuferrohr 3b, beispielsweise um einige hundert Grad Celsius, erhitzt, wodurch sich der Innendurchmesser des Läuferrohrs 3b aufgrund von Wärmeausdehnung, welche auch thermische Expansion genannt wird, vergrößert. Der Wellenstummel 7 wird daraufhin bevor ¬ zugt bündig in das erhitzte Läuferrohr 3b eingeführt. Beim Abkühlen des Läuferrohrs 3b findet eine Wärmeschrumpfung, welche auch thermische Kontraktion genannt wird, statt wo ¬ durch das Läuferrohr 3b wieder die vorherige Größe annimmt und drehfest mit dem Wellenstummel 7 verbunden ist. Der Wellenstummel 7 ist zum größten Teil wesentlich dünner als der Innendurchmesser des Läuferrohrs 3b ausgeführt. Nur an dem Ende des Wellenstummels 7, welches mit dem Läuferrohr 3 über oben beschriebene Schrumpfverbindung verbunden ist, ist der Wellenstummel 7 geringfügig dicker ausgeführt als der Innendurchmesser des Läuferrohrs 3b im abgekühlten Zustand, um eine stabile drehfeste Schrumpfverbindung zu ermöglichen. In diesem Bereich sind die parallelen Bohrungen 7c angeordnet, welche demnach nicht über die volle axiale Länge des Wellenstummels 7 verlaufen. Die Mittelbohrung 7b verläuft hingegen in axiale Richtung über die volle axiale Länge des Wellenstummels 7 durch die Rotationsachse 4. Die Mittelboh ¬ rung 7b ist rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 4 angeordnet. Die parallelen Bohrungen 7c sind konzentrisch um die Rotationachse 4 herum in axiale Richtung verlaufend ange- ordnet. Der Abstand der konzentrisch angeordneten parallelen Bohrungen 7c in Umfangsrichtung zueinander ist vorzugsweise gleich . FIG 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines mit einem Läuferrohr 3b verbundenen Wellenstummels 7. Diese zweite Ausführungsform des Wellen ¬ stummels 7 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungs- form aus FIG 5 und unterscheidet sich dadurch, dass der Wel ¬ lenstummel zylindrisch ausgeführt ist, das heißt, dass der Wellenstummel 7 über seine axiale Länge eine nahezu konstante Dicke aufweist und bevorzugt geringfügig dicker ausgeführt als der Innendurchmesser des Läuferrohrs 3b im abgekühlten Zustand, um eine stabile drehfeste Schrumpfverbindung zu er ¬ möglichen. Sowohl die Mittelbohrung 7b als auch die die parallelen Bohrungen 7c verlaufen in axiale Richtung über die volle axiale Länge des Wellenstummels 7. Demnach ist bei ¬ spielsweise ein, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform aus FIG 5, größerer Innendurchmesser des ersten Lagers 17 an der Nichtantriebsseite NDE erforderlich.

FIG 7 zeigt ein Schiff 14 mit einem Gondelantrieb 15. Das Schiff 14 befindet sich im Wasser 16, sodass sich der Gondel- antrieb 15 unterhalb der Wasseroberfläche befindet. Der Gon ¬ delantrieb 15 weist eine elektrische rotierende Maschine 1 mit einer Antriebswelle 11 und einem Propeller 13 auf. Der Propeller 13 ist als Schubpropeller hinten am Gondelantrieb 15 angebracht, kann aber auch als Zugpropeller vorne am Gon- delantrieb 15 angebracht sein. Ein erster Wärmetauscher 5 be ¬ findet sich im Rumpf des Schiffes 14 außerhalb des Gondelan ¬ triebs 15 und führt dem Gondelantrieb ein Kühlmedium 19 zu. Ein im Vergleich zum zugeführten Kühlmedium 19 aufgeheiztes abströmendes Kühlmedium 19c wird in die Gegenrichtung zum ersten Wärmetauscher 5 geleitet, welcher das abströmende

Kühlmedium 19c wieder abkühlt. Da sich der erste Wärmetau ¬ scher 5 nicht im Gondelantrieb 15 befindet, wird Platz einge ¬ spart und der Gondelantrieb 15 kann kompakter ausgeführt wer ¬ den .

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine elektrische ro ¬ tierende Maschine 1 aufweisend einen um eine Rotationsachse 4 drehbaren Rotor 3 mit einem Läuferrohr 3b und einem Wellen- stummel 7, wobei der Wellenstummel 7 an einer Nichtantriebs- seite NDE der elektrischen rotierenden Maschine 1 angeordnet ist und wobei das Läuferrohr 3b an einem axialen Ende des Läuferrohrs 3b mechanisch mit dem Wellenstummel 7 verbunden ist. Um Platz und Kosten einzusparen, wird vorgeschlagen, dass der Wellenstummel 7 eine Mittelbohrung 7b und/oder pa ¬ rallele Bohrungen 7c aufweist, welche zur Zuführung eines Kühlmediums 19 in das Läuferrohr 3b vorgesehen sind.