Die Erfindung betrifft eine gehäuselose elektrische Traktionsma schine, mit einem aus einem Statorblechpaket aufgebauten Stator und einer Rotorwelle mit einem darauf befestigten, aus einem Ro torblechpaket aufgebauten Rotor, wobei das Statorblechpaket zwi schen zwei außenliegenden Pressplatten und zumindest einem jeweils ein Lager für die Rotorwelle aufweisenden Lagerschild angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gehäuselose Trakti onsmaschinen, also elektrische Antriebsmotoren, vorzugsweise für schienengebundene Fahrzeuge, wie Straßenbahnen oder Eisenbahnen.

Insbesondere bei Niederflurschienenfahrzeugen, welche ein beque mes Ein- und Aussteigen für die Passagiere ermöglichen, steht aufgrund des niedrigen Niveaus des Fußbodens nur sehr wenig Platz für das Fahrgestell, das Getriebe und die Antriebsmotoren zur Verfügung. Bei Schienenfahrzeugen können einzelne Räder oder Radsätze mit jeweils einem Motor angetrieben werden. Dementspre chend umfasst ein Fahrwerk mit vier Rädern üblicherweise zwei oder vier Antriebsmotoren. Da Schienenfahrzeuge meist für zwei Fahrtrichtungen ausgelegt werden, müssen die elektrischen Ma schinen für beide Drehrichtungen ausgelegt werden.

Beispielsweise beschreibt die EP 0 548 044 Bl ein Schienenfahr zeug, dessen Drehgestell insbesondere für Niederflurschienen- fahrzeuge mit geringer Fußbodenhöhe und somit beschränktem Platz für Fahrwerk, Getriebe und Antriebsmotoren ausgebildet ist. Da bei erfolgt der Antrieb vorzugsweise über Radnabenmotoren, wel che direkt unter den Radkästen untergebracht werden.

Bekannte Niederflurschienenfahrzeuge weisen aufgrund der größe ren Bauweise der Antriebsmotoren, Getriebe und Drehgestelle Be reiche mit höherer Fußbodenhöhe bzw. Bereiche, welche für die Fahrgäste nicht zur Verfügung stehen, auf, was natürlich Nach teile für die Personenbeförderung, insbesondere im urbanen Ge biet, mit sich bringt.

Neben der Konstruktion von elektrischen Maschinen, welche mög- liehst klein, aber dennoch möglichst leistungsstark ausgebildet sein sollen, stellt deren Kühlung eine große Herausforderung dar, da die Führung des Kühlfluids und die Abfuhr der Verlust wärme ebenfalls im begrenzten Raumangebot des Niederflurschie- nenfahrzeugs untergebracht werden muss. Dementsprechend werden Teile der Kühlsysteme auch häufig am Dach des Schienenfahrzeugs platziert .

Beispielsweise beschreibt die CN 1 937365 A eine wassergekühl te, elektrische Traktionsmaschine für den Antrieb eines Schie nenfahrzeugs, welche über ein Gehäuse verfügt und somit eine größere Bauform aufweist, als gehäuselose elektrische Maschinen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung einer oben genannten gehäuselosen elektrischen Trakti onsmaschine, welche möglichst platzsparend, aber dennoch mög lichst leistungsstark ausgebildet ist, sodass insbesondere eine Anwendung als Antriebsmaschine für Niederflurschienenfahrzeuge vorteilhaft ist. Nachteile bekannter elektrischer Maschinen sol len vermieden oder zumindest reduziert werden.

Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass entlang eines Teils des Umfangs des Statorblechpakets und vom Stator blechpaket beabstandet zwischen den Pressplatten zumindest eine als Zugleiste zwischen den Pressplatten ausgebildete Abdeckung zur Bildung zumindest eines Kühlkastens mit einer Grundplatte an der Oberfläche des Statorblechpakets angeordnet ist, wobei der zumindest eine Zwischenraum zwischen der Grundplatte und der zu mindest einen Abdeckung des Kühlkastens zur Führung eines Kühl fluids ausgebildet ist. Dadurch, dass nur entlang eines Teils des Umfangs des Statorblechpakets eine Abdeckung zur Bildung ei nes Kühlkastens angeordnet wird, resultiert eine Bauform der ge häuselosen elektrischen Traktionsmaschine, welche in einer Dimension, beispielsweise in der Höhe, geringere Abmessungen aufweist als in der anderen Dimension, beispielsweise der Brei te. Somit kann eine gehäuselose elektrische Traktionsmaschine realisiert werden, die besonders platzsparend ist und sich somit für den Antrieb der Schienenräder einer Niederflurstraßenbahn besonders eignet. Dadurch, dass die zumindest eine Abdeckung zur Bildung des zumindest einen Kühlkastens gleichzeitig als Zu- gleiste zwischen den Pressplatten dient, können eigene Zugleis ten unterbleiben, ohne dass die mechanische Festigkeit der Ma schine verringert wird. Unterhalb des zumindest einen Kühlkastens ist an der Oberfläche des Statorblechpakets eine Grundplatte angeordnet, welche die Verbindung zur Oberfläche des darunterliegenden Teils des Statorblechpakets bildet. Daher soll eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit zur optimalen Abführung der Verlustwärme des Statorblechpakets über das Kühlfluid gege ben sein. Somit werden bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die Eigenschaften der Kühlung und der mechanischen Fes tigkeit vereint. Der zumindest eine Kühlkasten ist zur Führung eines Kühlfluids, also einer Kühlflüssigkeit oder eines Kühlga ses, ausgebildet, sodass die beim Betrieb der elektrischen Ma schine erzeugte Verlustwärme rasch abgeführt werden kann und eine Überhitzung der elektrischen Maschine wirkungsvoll verhin dert werden kann. Sofern mehrere Kühlkästen vorgesehen sind, können diese in Serien- oder Parallelschaltung mit dem Kühlfluid versorgt werden. Allfällige Verbindungsleitungen zwischen den Kühlkästen für das Kühlfluid können bereits in der Konstruktion der elektrischen Maschine integriert sein. Eine Serienschaltung der Kühlkästen kann auch über mehrere elektrische Motoren hinweg erfolgen. Aufgrund der geringen Baugröße der elektrischen Ma schine und der niedrigen bewegten Massen des Rotors können be sonders hohe Drehzahlen, beispielsweise bis über 12.000 min ^-1 , erreicht werden. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als Asynchronmaschine oder permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführt. Im Besonderen kann die elektrische Maschine bei Nie derflurschienenfahrzeugen so angeordnet werden, dass die Rotor welle unterhalb der Drehachse des anzutreibenden Schienenrads angeordnet ist. Dies ist aufgrund der geringen Baugröße der elektrischen Maschine möglich und führt zu verbesserten räumli chen Eigenschaften und somit einer niedrigeren erreichbaren Fuß bodenhöhe im Schienenfahrzeug.

Vorteilhafterweise sind zwei Kühlkästen über jeweils einen Um fangswinkel von 60° bis 135°, vorzugsweise von jeweils im We sentlichen 90°, symmetrisch zueinander angeordnet. Bei der Anordnung zweier Kühlkästen über einen derartigen Umfangswinkel resultiert eine besonders niedrige Bauform der elektrischen Ma schine. Die symmetrische Anordnung zweier Kühlkästen verbessert die Kühlwirkung.

Im Zwischenraum jedes Kühlkastens können Stege und in zumindest einer Pressplatte zumindest ein Einlass und zumindest ein Aus lass für das Kühlfluid angeordnet sein, zur mäanderförmigen Füh rung des Kühlfluids zwischen den Stegen im Zwischenraum. Durch diese einfache und kostengünstig realisierbare Maßnahme resul tiert eine verbesserte Wärmeabfuhr und somit eine optimale Küh lung der elektrischen Maschine, wodurch trotz der geringen Baugröße hohe Leistungsdichten erzielbar sind.

In einer Pressplatte können Öffnungen für das Kühlfluid angeord net sein. Dadurch kann auch der Bereich außerhalb der Pressplat te, wo sich üblicherweise die Wickelköpfe der Statorwicklung befinden, ebenfalls in geeigneter Weise über das Kühlfluid ge kühlt werden.

Außerhalb der Pressplatte mit den Öffnungen für das Kühlfluid kann eine Umlenkeinrichtung für das Kühlfluid angeordnet sein. Diese Umlenkeinrichtung kann durch eine Art Deckel, der mit der Pressplatte verbunden, vorzugsweise verschweißt, wird, gebildet sein. Somit wird das Kühlfluid vom Kühlkasten auch in Bereiche außerhalb der Pressplatte gelenkt und es werden auch diese Be reiche entsprechend gekühlt.

Die Grundplatte des Kühlkastens besteht vorzugsweise aus einem Material, welches für eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Statorblechpaket entsprechend verarbeitet werden kann, bei spielsweise Schweiß- oder Klebeeignung besitzt, gute Wärmeleit fähigkeit aufweist und die notwendigen mechanischen Anforderungen erfüllt. Beispielsweise kann die Grundplatte aus Baustahl bestehen.

Die Grundplatte ist mit dem Statorblechpaket vorzugsweise zumin dest stellenweise stoffschlüssig verbunden, um eine optimale thermische Anbindung des Kühlkastens zum Statorblechpaket zu er zielen. Als Verbindungsmethoden eignen sich insbesondere Schweißverfahren oder auch Klebeverfahren.

Ebenso kann die Grundplatte mit dem Statorblechpaket auch zumin- dest stellenweise formschlüssig verbunden sein. Bei dieser Aus führungsvariante wird die Grundplatte so gestaltet und verarbei tet, dass im Zuge der Herstellung eine Art Formschluss zwischen der Oberfläche des Statorblechpakets und der Grundplatte zustan de kommt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Schweißver bindung am Umfang der Grundplatte oder bei geteilter Grundplatte erfolgen. Der Formschluss wird hier durch den thermischen Verzug auf Grund der Wärmeeinbringung eines entsprechend gesteuerten Schweißprozesses erreicht.

Für eine Verbesserung der Wärmeabfuhr kann die Grundplatte Öff nungen aufweisen. Diese Öffnungen können beispielsweise in Form von Langlöchern vorliegen, aber prinzipiell beliebige Gestalt aufweisen .

Alternativ kann die Grundplatte auch ohne Öffnungen ausgeführt werden und zwischen der Grundplatte und der Oberfläche des Sta torblechpakets eine Wärmeleitfolie angeordnet werden. Dadurch können Unebenheiten und Toleranzen zwischen dem Statorblechpaket und der Grundplatte ausgeglichen und ein besserer thermischer Kontakt zwischen dem Kühlfluid im Kühlkasten und dem Stator der elektrischen Maschine erzielt werden. Dabei wird die Grundplatte vorzugsweise seitlich oder über den gesamten Umfang mit der Oberfläche des Statorblechpakets verbunden, insbesondere ver schweißt, und dazwischen die Wärmeleitfolie angeordnet. Die Wär meleitfolie besteht aus einem Material mit entsprechend guter Wärmeleitung und einer möglichst guten Formanpassung bzw. soge nannter „Gap-Filler"-Eigenschaft. Beispielsweise können die Wär meleitfolien aus einem elastomeren Schaumstoff oder einer Silikonfolie mit Glasfaserverstärkung gebildet werden.

Die Pressplatten sind im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Dadurch ist die elektrische Maschine besonders platzsparend und eignet sich speziell zur Anwendung als Antriebsmotor bei Nieder flurschienenfahrzeugen .

Das Kühlfluid ist vorzugsweise durch Kühlwasser, das allenfalls mit geeigneten Zusätzen versehen ist, gebildet. Theoretisch sind auch Kühlgase denkbar. Über entsprechende Leitungen wird das Kühlfluid zu dem oder den Kühlkästen jeder elektrischen Maschine geleitet und die in der elektrischen Maschine erzeugte Wärme über Wärmetauscher, die beispielsweise am Dach eines Niederflur schienenfahrzeugs angeordnet sein können, abgeführt. Die einzel nen Kühlkästen verschiedener elektrischer Maschinen können in Serie zusammengeschaltet werden, um möglichst kurze Verbindungs leitungen für das Kühlfluid zwischen den elektrischen Maschinen zu erzielen.

An der Antriebsseite der Rotorwelle der gehäuselosen elektri schen Traktionsmaschine kann eine Kupplung zur Verbindung mit einem Getriebe angeordnet sein. Dabei eignet sich beispielsweise eine Bogenzahnkupplung besonders, um etwaige Relativbewegungen zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe auszuglei chen. Andere Ausführungsformen sehen elektrische Maschinen mit nur einer Lagerstelle der Rotorwelle in der elektrischen Maschi ne selbst und einer zweiten Lagerung mithilfe einer Membrankupp lung im Getriebe vor. Weiters kann die Rotorwelle der elektrischen Maschine zusammen mit der Ritzelwelle eines Getrie bes in einem Bauteil vereint werden.

Das zumindest eine Lager für die Lagerung der Rotorwelle in dem zumindest einen Lagerschild kann durch ein Schrägkugellager ge bildet sein. Derartige an sich bekannte Kugellager eignen sich für die Lagerung der Rotorwelle der elektrischen Maschine beson ders, da diese Lager besonders gute Laufeigenschaften im oberen Drehzahlbereich aufweisen.

Wenn im Rotorblechpaket zumindest ein Wärmerohr mit freiem Ende oder in Verbindung mit einem Kühlkörper angeordnet ist, kann der Rotor der elektrischen Maschine zusätzlich gekühlt werden. Der artige sog. „Heatpipes" sind metallene Gefäße länglicher Form, welche ein hermetisch gekapseltes Volumen enthalten, in dem ein Arbeitsmedium, z.B. Wasser oder Ammoniak, enthalten ist, welches das Volumen zu einem kleinen Teil in flüssigem, zum größeren Teil in gasförmigem Zustand ausfüllt. Unter Nutzung der Verdamp fungswärme des Mediums können große Wärmemengen auf kleiner Querschnittsfläche transportiert werden. Auf diese Weise kann der Rotor über das zumindest eine Wärmerohr gekühlt werden, in dem die Wärme zum freien Ende des Wärmerohrs transportiert wird und dort allenfalls von einem Kühlkörper abgeführt wird. Die Höhe der gehäuselosen elektrischen Traktionsmaschine liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60 mm und 300 mm, die Breite zwischen 60 mm und 300 mm und die Länge zwischen 110 mm und 1000 mm beträgt. Derartige Dimensionen eignen sich insbeson dere für die Anwendung der elektrischen Maschine als Antriebsmo tor bei Niederflurschienenfahrzeugen.

Die Rotorwelle weist vorzugsweise einen Durchmesser von 20 mm bis 100 mm und eine Länge zwischen 100 mm und 980 mm auf. Diese Dimensionen eignen sich insbesondere für einen Antriebsmotor bei Schienenfahrzeugen, insbesondere Niederflurfahrzeugen.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnun gen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer erfindungs gemäßen gehäuselosen elektrischen Traktionsmaschine;

Fig. 2 eine weitere perspektivische Ansicht einer erfindungsge mäßen gehäuselosen elektrischen Traktionsmaschine;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der gehäuselo sen elektrischen Traktionsmaschine gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Schnitt durch die gehäuselose elektrische Traktions maschine gemäß Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV- IV; Fig. 5 ein Schnitt durch die gehäuselose elektrische Traktions maschine gemäß Fig. 4 entlang der Schnittlinie V - V;

Fig. 6a bis 6c verschiedene Formen von Grundplatten zur Bildung der Kühlkästen in Draufsicht und Seitenansicht; und Fig. 7 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer mit einem Getriebe verbundenen gehäuselosen elektrischen Traktions maschine.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung einer er findungsgemäßen gehäuselosen elektrischen Traktionsmaschine 1. Die als Innenläufer ausgeführte elektrische Traktionsmaschine 1 besteht aus einem Stator 2, der aus einem entsprechenden Stator blechpaket 3 aufgebaut ist, und einem beweglichen Teil, dem Ro tor 5, der aus einer Rotorwelle 4 und einem darauf befestigten Rotorblechpaket 6 aufgebaut ist. Das Statorblechpaket 3 des Sta tors 2 ist zwischen zwei außenliegenden Pressplatten 7 und 8 an- geordnet. Außerhalb der Pressplatten 7 und 8 befindet sich je weils ein Lagerschild 29 und 30, welches entsprechende Lager 24 (strichliert eingezeichnet) für die Lagerung der Rotorwelle 4 aufweisen. Die elektrische Traktionsmaschine 1 kann auch nur ein Lager 24 in einem Lagerschild 29 oder 30 beinhalten und das zweite Lager für die Rotorwelle 4 kann auch in einer Kupplung 21 oder einem Getriebe 22 (siehe Fig. 7) integriert sein.

Erfindungsgemäß ist entlang eines Teils des Umfangs des Stator blechpakets 3 und vom Statorblechpaket 3 beabstandet zwischen den Pressplatten 7 und 8 zumindest eine als Zugleiste zwischen den Pressplatten 7 und 8 ausgebildete Abdeckung 9 zur Bildung eines Kühlkastens 10 angeordnet. Im dargestellten Ausführungs beispiel sind zwei Kühlkästen 10 durch zwei als Zugleisten aus gebildete Abdeckungen 9 gebildet. Im Zwischenraum 11 zwischen dem Statorblechpaket 3 und der jeweiligen Abdeckung 9 jedes Kühlkastens 10 kann ein Kühlfluid K geführt werden, um die in der elektrischen Traktionsmaschine 1 erzeugte Wärme abführen zu können.

Fig. 2 zeigt eine weitere perspektivische Prinzipdarstellung ei ner erfindungsgemäßen gehäuselosen elektrischen Traktionsmaschi ne 1. Erfindungsgemäß resultiert eine elektrische Traktionsmaschine 1, welche eine gegenüber der Breite b verrin gerte Höhe h aufweist. Über entsprechende Einlässe 13 und Aus lässe 14 in der Pressplatte 7 und/oder 8 kann das Kühlfluid K in den Kühlkasten 10 und aus dem Kühlkasten 10 heraus gefördert werden. Beispielsweise befindet sich je Kühlkasten 10 ein Ein lass 13 für das Kühlfluid K und ein Auslass 14 für das Kühlfluid K in der Pressplatte 7 oder 8. In der gegenüberliegenden Press platte 8 oder 7 können Öffnungen 15 für das Kühlfluid K angeord net sein, wo das Kühlfluid K aus dem Kühlkasten 10 geführt und wieder in diesen hinein geleitet wird. Entsprechende Umlenkein richtungen 16 dienen der Umleitung des Kühlfluids K außerhalb der Pressplatte 8 bzw. 7.

In Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Darstellung der gehäu selosen elektrischen Traktionsmaschine 1 gemäß Fig. 2 gezeigt. Hier ist der aus Rotorwelle 4 und Rotorblechpaket 6 bestehende Rotor 5 der elektrischen Traktionsmaschine 1 dargestellt. Über die Öffnung 15 gelangt das Kühlfluid K aus dem Kühlkasten 10 in die Umlenkeinrichtung 16, wo das Kühlfluid K über eine weitere Öffnung 15 wieder in den Kühlkasten 10 geführt wird (siehe auch Fig. 5). In der Rotorwelle 4 kann ein Wärmerohr 26 angeordnet sein, dessen freies Ende mit einem Kühlkörper 27 verbunden sein kann. Die Länge l _w der Rotorwelle 4 kann zwischen 100 mm und 980 mm betragen. Die Länge 1 der gesamten elektrischen Maschine bei spielsweise zwischen 110 mm und 1000 mm. An der Nichtantriebs seite NA der elektrischen Traktionsmaschine 1 kann ein Drehgeber (nicht dargestellt) angeordnet sein, der zur Regelung der Umdre hungszahl verwendet werden kann. Eine Zahnscheibe, welche die Signale für einen solchen Drehgeber erzeugt, könnte als Kühlkör per 27 für das Wärmerohr 26 verwendet werden.

Fig. 4 zeigt das Schnittbild durch die gehäuselose elektrische Traktionsmaschine 1 gemäß Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV - IV. Aus diesem Schnittbild ist ein Kühlkasten 10 mit dem Einlass 13, Auslass 14 und einem Steg 12 ersichtlich. Über eine Wärme leitfolie 20 wird die Wärme des Statorblechpakets 3 und die Grundplatte 17 an das Kühlfluid K im Kühlkasten 10 abgegeben und entsprechend abgeführt. Die Abdeckung 9 zur Bildung des Kühlkas tens 10 ist gleichzeitig als Zugleiste zwischen den Pressplatten 7, 8 der elektrischen Traktionsmaschine 1 ausgebildet. Im darge stellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Kühlkasten 10 über einen Umfangswinkel a von etwas weniger als 90°. Der Ab stand a zwischen Abdeckung 9 und Statorblechpaket 3 beträgt vor zugsweise 6 mm bis 60 mm. Der Durchmesser d der Rotorwelle 4 beträgt beispielsweise 20 mm bis 100 mm.

Fig. 5 zeigt das Schnittbild durch die gehäuselose elektrische Traktionsmaschine 1 gemäß Fig. 4 entlang der Schnittlinie V - V. Das Kühlfluid K gelangt über den Einlass 13 in einen Teilraum des Kühlkastens 10, der durch den Steg 12 vom weiteren Teilraum abgetrennt ist. Über eine Öffnung 15 in der Pressplatte 8 ge langt das Kühlfluid K auch in den Bereich außerhalb des Kühlkas tens 10, um dort beispielsweise die Wickelköpfe zusätzlich kühlen zu können. Über eine Umlenkeinrichtung 16, welche in Form eines an der Pressplatte 8 angeordneten und mit dieser ver schweißten deckelartigen Konstruktion gebildet ist, wird das Kühlfluid K über eine weitere Öffnung 15 in der Pressplatte 8 in den unteren Teil des Kühlkastens 10 geführt und über den Auslass 14 in der Pressplatte 7 aus der elektrischen Traktionsmaschine 1 geleitet .

Fig. 6a bis 6c zeigen verschiedene Formen von Grundplatten 17 zur Bildung der Kühlkästen 10 in Draufsicht und Seitenansicht. Die Fig. 6a, 6b und 6c zeigen verschiedene Ausführungsformen ei ner Grundplatte 17, die auf die Oberseite des Statorblechpakets 3 angeordnet und mit dieser beispielsweise stoffschlüssig ver bunden, insbesondere verschweißt wird. Gemäß Fig. 6a ist die Grundplatte 17 vollflächig ausgebildet. Gemäß Fig. 6b sind in der Grundplatte 17 Öffnungen 18 in beliebiger Form vorgesehen. Bei der Variante gemäß Fig. 6c befinden sich in der Grundplatte 17 Öffnungen 18 in Form von Langlöchern 19. Bei der Verbindung der Grundplatte 17 mit der Oberfläche des Statorblechpakets 3 erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise am Umfang der Grundplatte und am Umfang der Öffnungen 18 bzw. Langlöchern 19. Anstelle einer stoffschlüssigen Verbindung kann die Grund platte 17 mit dem Statorblechpaket 3 auch zumindest teilweise formschlüssig verbunden werden.

Schließlich ist in Fig. 7 eine perspektivische Prinzipdarstel lung einer mit einem Getriebe 22 verbundenen gehäuselosen elek trischen Traktionsmaschine 1 wiedergegeben. An der Antriebsseite A der Rotorwelle 4 kann eine Kupplung 21 zur Verbindung mit ei nem Getriebe 22 vorgesehen sein. Die Kupplung 21 kann beispiels weise durch eine Bogenzahnkupplung 23 realisiert werden.