DE102010063917A1 - Electrical prime mover i.e. permanently-moved synchronous machine, for use in motor car, has heat guide element heat-conductively connected with metal sheets and one of supporting disks, where heat is conducted from laminated core - Google Patents

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Abstract

The mover has a rotor (20) stationary fixed to a rotor shaft (40), and a stator surrounding the rotor. A housing surrounds the stator and the rotor. A heat guide element (27) is arranged in the rotor and extends through a laminated core (21) in an axial direction of the rotor. The heat guide element is heat-conductively connected with metal sheets and one of supporting disks (23, 24), where heat is conducted in the axial direction from the laminated core. The heat guide element is connected with the rotor shaft in an interference-fit manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsmaschine insbesondere für eine permanenterregte Synchronmaschine. Die Antriebsmaschine umfasst eine Rotorwelle, sowie einen zu der Rotorwelle ortsfest fixierten Rotor, der mehrere längs der Rotorwelle angeordnete Blechpakete umfasst, die zwischen zwei an der Rotorwelle befestigten Stützscheiben mit Druck beaufschlagt sind, wobei jedes Blechpaket aus einer Anzahl an elektrisch isolierend miteinander verbundenen Einzelblechen, die sich radial zu der Rotorwelle erstrecken, gebildet ist. Ferner umfasst die Antriebsmaschine einen den Rotor umgebenden Stator sowie ein Gehäuse, welches den Stator und den Rotor umgibt.The invention relates to an electric drive machine, in particular for a permanent-magnet synchronous machine. The drive machine comprises a rotor shaft, and a rotor fixedly fixed to the rotor shaft, which comprises a plurality of laminated cores arranged along the rotor shaft, which are pressurized between two support disks fastened to the rotor shaft, wherein each laminated core consists of a number of electrically insulating interconnected individual sheets, which extend radially to the rotor shaft is formed. Furthermore, the drive machine comprises a stator surrounding the rotor and a housing which surrounds the stator and the rotor.

An elektrische Antriebsmaschinen, die in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, werden hohe Anforderungen an die Fahrleistung und die Fahrbarkeit gestellt. Zur Erfüllung dieser Anforderungen und für eine hohe Zuverlässigkeit über die geforderte Lebensdauer müssen vor allem die Betriebstemperatur der Antriebsmaschine und die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Zu hohe Betriebstemperaturen können zu einer Schädigung der Antriebsmaschine führen.To electric drive machines that are used in electrically powered vehicles, high demands are placed on the driving performance and driveability. To meet these requirements and for a high level of reliability over the required service life, above all, the operating temperature of the drive machine and the ambient temperature must be taken into account. Too high operating temperatures can lead to damage to the drive machine.

Um das Eindringen von Schmutz in das Innere der Antriebsmaschine zu verhindern, sind Rotor und Stator in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse angeordnet. Dies hat jedoch zur Folge, dass Rotor und Stator nicht mehr direkt über eine Luftkühlung gekühlt werden können. Stattdessen erfolgt eine indirekte Kühlung über das Gehäuse von außen. Aufgrund der hohen Leistungsdichte im Rotor und einer hohen Verlustleistung entsteht im Inneren der Antriebsmaschine ein Wärmestau, welcher zur Vermeidung von Leistungseinbußen oder Schäden der Antriebsmaschine nach außen abgeführt werden muss.In order to prevent the ingress of dirt into the interior of the engine, rotor and stator are arranged in a hermetically sealed housing. However, this has the consequence that rotor and stator can no longer be cooled directly by air cooling. Instead, an indirect cooling via the housing takes place from the outside. Due to the high power density in the rotor and a high power loss creates a heat accumulation inside the engine, which must be dissipated to avoid power losses or damage the engine to the outside.

Als Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug werden insbesondere permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt. Eine solche, aus dem Stand der Technik bekannte, permanenterregte Synchronmaschine ist in Teilen schematisch in 1 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich ein auf der Rotorwelle 40 angeordnete Rotor 20 dargestellt. Ein den Rotor 20 umgebender Stator, welcher über einen Luftspalt vom Rotor 20 getrennt ist, ist nicht gezeigt. Ebenso nicht dargestellt ist ein den Rotor 20 und den Stator umgebendes Gehäuse, an welchem die Rotorwelle 40 an ihren gegenüberliegenden Lagerstellen 41, 42 gelagert ist. Da der Aufbau der Antriebsmaschine rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse 50 des Rotors ist, ist lediglich eine Hälfte des Rotors 20 dargestellt.As a prime mover for a motor vehicle permanent-magnet synchronous machines are used in particular. Such, known from the prior art, permanent magnet synchronous machine is in parts schematically in 1 shown. For clarity, only one is on the rotor shaft 40 arranged rotor 20 shown. A the rotor 20 surrounding stator, which via an air gap from the rotor 20 is disconnected is not shown. Also not shown is the rotor 20 and the stator surrounding housing, on which the rotor shaft 40 at their opposite bearings 41 . 42 is stored. Since the structure of the prime mover rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 50 of the rotor is only one half of the rotor 20 shown.

An der Rotorwelle 40 sind beispielhaft sechs Blechpakete 21 angeordnet. Jedes der Blechpakete 21 besteht aus einer Anzahl an Einzelblechen 22 (nur für ein Blechpaket dargestellt). Die Einzelbleche 22 sind jeweils voneinander elektrisch über eine in der Figur nicht näher dargestellte Isolationsschicht getrennt, wodurch auch die thermische Wärmeleitfähigkeit zwischen den Blechen behindert wird. Die Blechpakete 21 sind üblicherweise über eine Presspassung mit der Rotorwelle 40 verbunden. An den gegenüberliegenden Enden der hintereinander angeordneten Blechpakete 21 sind sog. Stützscheiben 23, 24 vorgesehen. Diese sind ebenfalls über eine Presspassung mit der Rotorwelle 40 verbunden und beaufschlagen die hintereinander angeordneten Blechpakete 21 mit einer Kraft in Axialrichtung der Rotorwelle 40. Die Axialrichtung der Rotorwelle stimmt dabei mit der x-Achse des in 1 eingezeichneten Koordinatensystems (= Drehachse der Rotorwelle 40) überein. Die Stützscheiben 23, 24 sind üblicherweise aus Aluminium gebildet und weisen auf ihrer von den Blechpakten 21 abgewandten Hauptflächen eine Verrippung für eine verbesserte Wärmeabfuhr auf. In einem von der Rotorwelle 40 abgewandten Bereich der Blechpakete 21 sind verteilt über den Umfang der Blechpakete 21 Magnete 30 vergraben. Im Bereich der vergrabenen Magnete 30 eines jeweiligen Blechpakets 21 wird ein sog. magnetisch aktiver Bereich 25 des Rotors ausgebildet. In einem magnetisch passiven Bereich 26 des Rotors, welcher in jeweiligen Blechpaketen 21 der Rotorwelle 40 zugewandt ist, können Taschen (Kavitäten) ausgebildet sein, um das Gewicht des Rotors zu reduzieren.At the rotor shaft 40 are exemplary six laminated cores 21 arranged. Each of the laminated cores 21 consists of a number of individual sheets 22 (shown only for a laminated core). The individual sheets 22 are each electrically separated from one another via an insulating layer not shown in the figure, whereby the thermal thermal conductivity between the sheets is hindered. The laminated cores 21 are usually via a press fit with the rotor shaft 40 connected. At the opposite ends of the successively arranged laminated cores 21 are so-called support disks 23 . 24 intended. These are also via a press fit with the rotor shaft 40 connected and act on the successively arranged laminated cores 21 with a force in the axial direction of the rotor shaft 40 , The axial direction of the rotor shaft coincides with the x-axis of the in 1 drawn coordinate system (= axis of rotation of the rotor shaft 40 ) match. The support disks 23 . 24 are usually made of aluminum and point to their of the metal sheets 21 facing away from main surfaces ribbing for improved heat dissipation. In one of the rotor shaft 40 remote area of the laminated cores 21 are distributed over the circumference of the laminated cores 21 magnets 30 buried. In the field of buried magnets 30 a respective laminated core 21 becomes a so-called magnetically active region 25 formed of the rotor. In a magnetically passive area 26 of the rotor, which in respective laminated cores 21 the rotor shaft 40 facing, pockets (cavities) may be formed to reduce the weight of the rotor.

Der schematischen Darstellung des auf der Rotorwelle 40 aufgebrachten Rotors 20 ist weiter ein Temperatur-Ort-Diagramm (T-s-Diagramm) überlagert. Aus diesem Temperatur-Ort-Diagramm geht die Wärmeverteilung im Inneren des Rotors 20 bei dessen Betrieb hervor. Die höchste Temperatur Tmax tritt in der Mitte des Rotors, d. h. zwischen dem dritten und vierten Blechpaket 21 von links, auf. Die Kühlung des Rotors erfolgt über den radialen Wärmeübertritt über den Luftspalt zum Stator sowie durch axiale Wärmeleitung durch die Blechpakete 21 und Rotorwelle 40 zu den Stützscheiben 23, 24. Dies ist schematisch für eines der Blechpakete 21 mit dem Bezugszeichen 100 illustriert. Von den Stützscheiben 23 wird die Wärme über die Luft im Motorinneren an das von außen gekühlte Gehäuse abgegeben.The schematic representation of the on the rotor shaft 40 applied rotor 20 is further superimposed on a temperature-location diagram (Ts-diagram). From this temperature-location diagram, the heat distribution goes inside the rotor 20 during its operation. The highest temperature Tmax occurs in the middle of the rotor, ie between the third and fourth laminated core 21 from the left, up. The cooling of the rotor via the radial heat transfer via the air gap to the stator and by axial heat conduction through the laminated cores 21 and rotor shaft 40 to the support discs 23 . 24 , This is schematically for one of the laminated cores 21 with the reference number 100 illustrated. From the support disks 23 The heat is released via the air in the engine inside to the externally cooled housing.

Überschreitet die maximal im Inneren auftretende Temperatur Tmax eine bestimmte Temperaturschwelle bei gleichzeitig hohen Strömen durch das Blechpaket, so kann eine Entmagnetisierung der in diesem Blechpaket 21 vergrabenen Magneten 30 erfolgen. Es ist deshalb erforderlich, die Temperatur an jeder beliebigen Stelle innerhalb der Blechpakete 21 unterhalb des Temperaturschwellwerts zu halten. Je nach Art und Hersteller der Permanentmagnete liegt diese Temperaturschwelle typischerweise bei ca. 150°C. Die Temperaturschwelle bestimmt damit die maximal mögliche Leistungsabgabe.Exceeds the maximum occurring inside temperature Tmax a certain temperature threshold at the same time high currents through the laminated core, so can a demagnetization in this laminated core 21 buried magnets 30 respectively. It is therefore necessary to have the temperature at any point within the laminations 21 keep below the temperature threshold. Depending on the type and manufacturer of the permanent magnets, this temperature threshold is typically included about 150 ° C. The temperature threshold thus determines the maximum possible power output.

Es besteht deshalb der Wunsch, die Blechpakete 21 des Rotors 20 einer permanenterregten Synchronmaschine derart zu kühlen, dass eine möglichst gleichförmige Temperaturverteilung über die benachbarten Blechpakete 21 gegeben ist. Hierdurch bedingt könnte die maximale Leistungsabgabe erhöht werden.There is therefore the desire, the laminated cores 21 of the rotor 20 a permanent magnet synchronous machine to cool such that a uniform temperature distribution over the adjacent laminated cores 21 given is. As a result, the maximum power output could be increased.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Antriebsmaschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, anzugeben, welche eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Blechpakete zur Leistungsmaximierung. erlaubt.It is therefore an object of the present invention to provide an electric drive machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine, which has a more uniform temperature distribution within the laminated cores for maximizing the power. allowed.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Antriebsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.This object is achieved by an electric drive machine with the features of claim 1. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.

Die Erfindung schafft eine elektrische Antriebsmaschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine. Diese umfasst eine Rotorwelle sowie einen zu der Rotorwelle ortsfest fixierten Rotor, der mehrere, längs der Rotorwelle angeordnete Blechpakete umfasst, die zwischen zwei an der Rotorwelle befestigten Stützscheiben mit Druck beaufschlagt sind, wobei jedes Blechpaket aus einer Anzahl an elektrisch isolierend miteinander verbundenen Einzelblechen, die sich radial zu der Rotorwelle erstrecken, gebildet ist. Ferner umfasst die Antriebsmaschine einen den Rotor umgebenden Stator sowie ein Gehäuse, das den Stator und den Rotor umgibt. Erfindungsgemäß ist in dem Rotor ein Wärmeleitelement angeordnet, das sich durch die Blechpakete in axialer Richtung des Rotors erstreckt, wobei das Wärmeleitelement Wärme leitend mit den Einzelblechen und zumindest einer der Stützscheiben verbunden ist, wodurch Wärme in axialer Richtung aus den Blechpaketen geleitet wird.The invention provides an electric drive machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine. This comprises a rotor shaft and a rotor fixedly fixed to the rotor shaft, which comprises a plurality of laminated along the rotor shaft laminated cores, which are pressurized between two fixed to the rotor shaft support plates, wherein each laminated core of a number of electrically insulating interconnected individual sheets, the extending radially to the rotor shaft is formed. Furthermore, the drive machine comprises a stator surrounding the rotor and a housing which surrounds the stator and the rotor. According to the invention, a heat-conducting element is arranged in the rotor, which extends through the laminated cores in the axial direction of the rotor, wherein the heat-conducting element is heat-conductively connected to the individual sheets and at least one of the support disks, whereby heat is conducted in the axial direction from the laminated cores.

Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Wärmeleitelements wird der Blechschnitt des Rotors reduziert. Über das Wärmeleitelement kann in axialer Richtung längs zur Rotorwelle verbessert Wärme abtransportiert werden, wodurch sich ein gleichmäßigerer Temperaturverlauf über sämtliche, längs hintereinander angeordnete Blechpakete ergibt. Im Ergebnis kann hierdurch eine elektrische Antriebsmaschine bereitgestellt werden, welche im Vergleich zu einer herkömmlichen Antriebsmaschine gemäß dem Stand der Technik eine höhere Leistungsabgabe aufweist. Bei im Vergleich zum Stand der Technik gleicher abgerufener Leistung wird durch das erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeleitelement die maximal auftretende Rotortemperatur reduziert.By providing the heat-conducting element according to the invention, the sheet-metal section of the rotor is reduced. Heat can be transported away in an improved manner in the axial direction along the rotor shaft via the heat-conducting element, resulting in a more uniform temperature profile over all the laminated cores arranged one behind the other. As a result, an electric drive machine can be provided thereby having a higher output as compared with a conventional drive machine according to the related art. When compared to the prior art same retrieved power is reduced by the inventively provided heat conducting the maximum occurring rotor temperature.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weisen die Blechpakete jeweils einen magnetisch aktiven Bereich und einen magnetisch passiven Bereich auf, wobei das Wärmeleitelement in dem magnetisch passiven Bereich der Blechpakete angeordnet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass durch das Wärmeleitelement kein Einfluss auf die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der elektrischen Antriebsmaschine ausgeübt wird.In an expedient embodiment, the laminated cores each have a magnetically active region and a magnetically passive region, wherein the heat-conducting element is arranged in the magnetically passive region of the laminated cores. This ensures that no influence on the electrical and magnetic properties of the electric drive machine is exerted by the heat-conducting element.

Gemäß einer ersten Alternative der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine ist der Rotor über das Wärmeleitelement mit der Rotorwelle fixiert. Dabei kann das Wärmeleitelement im Querschnitt eine zylindrische Grundform aufweisen. Durch diese Ausgestaltungsvariante wird der Rotorblechschnitt auf ein Minimum reduziert, wobei im Rotorblechschnitt im extremsten Fall lediglich der äußere, magnetisch aktive Bereich erhalten bleibt. Umgekehrt bedeutet dies, dass das Wärmeleitelement einen maximierten Querschnitt aufweist, wodurch die Wärme sehr schnell von den Blechpaketen des Rotors zu den Stützscheiben abgeführt werden kann. Ein einteiliges, zylindrisches Wärmeleitelement weist aufgrund seiner hohen Genauigkeit hinsichtlich Koaxialität Vorteile beim Rundlauf des Rotors auf.According to a first alternative of the drive machine according to the invention, the rotor is fixed on the heat conduction member with the rotor shaft. In this case, the heat-conducting element may have a cylindrical basic shape in cross-section. By this embodiment variant of the rotor lamination cut is reduced to a minimum, wherein in the rotor lamination cut in the most extreme case, only the outer, magnetically active region is maintained. Conversely, this means that the heat conducting element has a maximized cross section, whereby the heat can be removed very quickly from the laminated core of the rotor to the support disks. A one-piece, cylindrical heat conducting element has advantages in concentricity of the rotor due to its high accuracy in terms of coaxiality.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Wärmeleitelement über eine Presspassung mit der Rotorwelle verbunden und/oder es ist der Rotor mit dem Wärmeleitelement über eine Presspassung verbunden. Durch die Presspassungen wird sichergestellt, dass einerseits ein maximales Drehmoment auf die Welle übertragbar ist. Andererseits wird hierdurch auch sichergestellt, dass der Wärmeübergang zwischen den miteinander verbundenen Komponenten optimal ist.In a further embodiment, the heat-conducting element is connected to the rotor shaft via a press fit and / or the rotor is connected to the heat-conducting element via a press fit. The interference fits ensure that on the one hand a maximum torque can be transmitted to the shaft. On the other hand, this also ensures that the heat transfer between the interconnected components is optimal.

Das Wärmeleitelement kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Hohlstruktur aufweisen. Beispielsweise kann das Wärmeleitelement mit einer Anzahl an sich axial erstreckenden Aussparungen versehen sein. Die Aussparungen können wiederum mit einem gewichtsreduzierten, jedoch mit einem Wärme leitenden Material ausgefüllt sein. Als solche Materialien kommen beispielsweise ein Alu-Schaum oder ein Harz in Betracht. Ein Vorteil des Vorsehens einer Hohlstruktur in dem Wärmeleitelement besteht darin, dass der Rotor insgesamt ein geringeres Gewicht aufweist.The heat-conducting element may have a hollow structure according to another embodiment. For example, the heat-conducting element may be provided with a number of axially extending recesses. The recesses may in turn be filled with a weight-reduced, but with a heat-conducting material. As such materials, for example, an aluminum foam or a resin into consideration. An advantage of providing a hollow structure in the heat conducting element is that the rotor as a whole has a lower weight.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Wärmeleitelement einteilig ausgebildet. Hierdurch ist eine optimierte Wärmeableitung von den Blechpaketen zu den Stützscheiben sichergestellt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind das Wärmeleitelement und eine der beiden Stützscheiben einteilig ausgebildet. Auch diese Maßnahme dient dazu, den Wärmeflusspfad von den thermisch belasteten Blechpaketen in Richtung der Stützscheiben zu optimieren, da eine geringere Anzahl an Komponentenübergängen vorliegt. Jeder Komponentenübergang stellt für den Wärmefluss einen Widerstand dar, welcher den Wärmefluss behindert.According to a further advantageous embodiment, the heat-conducting element is integrally formed. This ensures optimized heat dissipation from the laminated cores to the support disks. In a further advantageous embodiment, the heat-conducting element and one of the two support disks are integrally formed. This measure also serves the heat flow path of the thermally loaded laminated cores in the direction of Optimizing support discs, since there is a smaller number of component transitions. Each component transition is a resistance to heat flow that hinders heat flow.

In einer zweiten Alternative der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine ist das Wärmeleitelement in miteinander in Verbindung stehende Kavitäten der Blechpakete des Rotors eingebracht. Das Wärmeleitelement kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Wärmeleitelement kann z. B. aus einem Alu-Schaum oder einem Harz oder dergleichen gebildet sein, ebenso kann das Wärmeleitelement aus einem massiven Material bestehen. Eine Mehrzahl an Wärmeleitelementen kann über den Umfang des Rotors verteilt vorgesehen sein.In a second alternative of the drive machine according to the invention, the heat-conducting element is introduced into interconnected cavities of the laminated core of the rotor. The heat-conducting element can be formed in one or more parts. The heat-conducting element may, for. Example, be formed of an aluminum foam or a resin or the like, as well as the heat conducting element may consist of a solid material. A plurality of heat conducting elements may be provided distributed over the circumference of the rotor.

Prinzipiell kann das Wärmeleitelement aus jedem beliebigen, gut Wärme leitenden Material bestehen. Insbesondere in der ersten Alternative muss das Wärmeleitelement auch gute mechanische Festigkeit aufweist, da dieses zur Drehmomentübertragung auf die Rotorwelle herangezogen wird. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn das Wärmeleitelement aus Aluminium besteht. Aluminium weist eine gute Wärmeleitfähigkeit bei geringem Gewicht und hoher Festigkeit auf.In principle, the heat-conducting element can consist of any material which conducts heat well. In particular, in the first alternative, the heat-conducting element must also have good mechanical strength, since this is used for torque transmission to the rotor shaft. It is therefore expedient if the heat-conducting element consists of aluminum. Aluminum has a good thermal conductivity with low weight and high strength.

In einer weiteren konkreten Ausgestaltung umgibt das Gehäuse den Stator und den Rotor derart, dass das Gehäuseinnere gegenüber der Umgebung hermetisch verschlossen ist. Dies hat zur Folge, dass der Rotor nicht durch eine Luftkühlung gekühlt werden kann.In a further specific embodiment, the housing surrounds the stator and the rotor such that the housing interior is hermetically sealed from the environment. As a result, the rotor can not be cooled by air cooling.

Eine Kühlung ist alleine über eine Wärmeleitung auf die Stützscheiben und von diesen auf das Gehäuse möglich. Die verbesserte Ableitung der Wärme auf die Stützscheiben erleichtert eine Kühlung über das Gehäuse.Cooling is possible only via a heat conduction to the support disks and from these to the housing. The improved dissipation of heat to the support disks facilitates cooling over the housing.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the description of an embodiment in the drawing. Show it:

1 eine teilweise, schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten permanenterregten Synchronmaschine, und 1 a partial, schematic representation of a known from the prior art permanent magnet synchronous machine, and

2 eine teilweise, schematische Darstellung einer elektrischen Antriebsmaschine gemäß der Erfindung. 2 a partial, schematic representation of an electric drive machine according to the invention.

Der prinzipielle Aufbau einer permanenterregten Synchronmaschine, welche als Antriebsmaschine in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Eine schematische Darstellung einer permanenterregten Synchronmaschine wurde bereits in Verbindung mit 1 beschrieben. In der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsmaschine gemäß 2 sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei insbesondere auf Unterschiede zum Stand der Technik eingegangen wird.The basic structure of a permanent-magnet synchronous machine, which can be used as a drive machine in a motor vehicle, is known in principle to the person skilled in the art. A schematic representation of a permanent magnet synchronous machine has already been used in conjunction with 1 described. In the electric drive machine according to the invention described below 2 are the same features provided with the same reference numerals, with particular reference to differences from the prior art.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist wiederum ein den Rotor 20 umgebender Stator sowie ein den Rotor und den Stator umgebendes und hermetisch gegenüber der Umgebung abdichtendes Gehäuse weggelassen. Der Rotor 20 umfasst lediglich beispielhaft sechs längs der Rotorwelle 40 angeordnete Blechpakete 21. Jedes Blechpaket 21 ist aus einer Anzahl an elektrisch isolierend miteinander verbundenen Einzelblechen 22 gebildet. Die Einzelbleche 22, die in 2 nicht ersichtlich sind, erstrecken sich radial, d. h. orthogonal zur Längsachse (x-Achse des eingezeichneten Koordinatensystems) der Rotorwelle 40.For reasons of clarity, turn is the rotor 20 surrounding stator and a surrounding the rotor and the stator and hermetically sealed against the environment housing omitted. The rotor 20 merely illustratively comprises six along the rotor shaft 40 arranged laminated cores 21 , Each laminated core 21 is made of a number of electrically insulating interconnected individual sheets 22 educated. The individual sheets 22 , in the 2 are not visible, extend radially, ie orthogonal to the longitudinal axis (x-axis of the drawn coordinate system) of the rotor shaft 40 ,

Die sechs Blechpakete 21 sind zwischen zwei Stützscheiben 23, 24 angeordnet. Über die Stützscheiben 23, 24 können die Blechpakete 21, beispielsweise durch Schraubbolzen, die sich parallel zur Längsachse der Rotorwelle 40 erstrecken, auf Druck beansprucht werden.The six laminated cores 21 are between two support discs 23 . 24 arranged. About the support discs 23 . 24 can the laminated cores 21 , For example, by bolts, which are parallel to the longitudinal axis of the rotor shaft 40 extend, be subjected to pressure.

In einem magnetisch aktiven Bereich 25 sind in einer dem Fachmann bekannten Weise Magnete 30 vergraben. In jedem der Blechpakete 21 sind Magnete über den Umfang des Rotors 20 verteilt angeordnet. In einem magnetisch passiven Bereich 26 der Blechpakete 21 ersetzt in erfindungsgemäßer Weise ein Wärmeleitelement 27 das Material der Blechpakete 21. Das Wärmeleitelement 27, das beispielhaft konzentrisch zu der Rotorwelle 40 angeordnet und mit dieser über ihren gesamten Umfang über eine Presspassung verbunden ist, erstreckt sich somit in axialer Richtung des Rotors und ist Wärme leitend mit den Einzelblechen der Blechpakete 21 und zumindest einer der Stützscheiben 23, 24 verbunden. Vorzugsweise besteht eine Wärme leitende Verbindung zu beiden Stützscheiben 23, 24. Um eine gute Wärmeübertragung von den Einzelblechen der Blechpakete 21 auf das Wärmeleitelement 27 sicherzustellen, sind die Blechpakete 21 und das Wärmeleitelement 27 bevorzugt über eine Presspassung miteinander verbunden.In a magnetically active area 25 are magnets in a manner known to those skilled in the art 30 buried. In each of the laminated cores 21 are magnets over the circumference of the rotor 20 arranged distributed. In a magnetically passive area 26 the laminated cores 21 replaced in accordance with the invention a heat conducting element 27 the material of the laminated cores 21 , The heat-conducting element 27 , the example concentric to the rotor shaft 40 arranged and connected to this over its entire circumference via a press fit, thus extending in the axial direction of the rotor and is heat-conducting with the individual sheets of laminated cores 21 and at least one of the support discs 23 . 24 connected. Preferably, there is a heat conductive connection to both support disks 23 . 24 , For a good heat transfer from the individual sheets of laminated cores 21 on the heat conducting element 27 ensure are the laminated cores 21 and the heat-conducting element 27 preferably connected to one another via a press fit.

Der aus einem gut Wärme leitenden Material, insbesondere Aluminium, bestehende Körper des Wärmeleitelements 27 ermöglicht es, in dem magnetisch passiven Bereich 26 der Blechpakete 21 Wärme aus der Mitte des Rotors in axialer Richtung zu den Stützscheiben 23, 24 abzuführen. Die Stützscheiben 23, 24, die ebenfalls aus einem gut Wärme leitenden Material, bevorzugt Aluminium, gebildet sind, weisen eine in der Figur nicht ersichtliche Verrippung auf. Hierdurch kann die an die Stützscheiben 23, 24 übertragene Wärme über einen mit Luft gefüllten Hohlraum des Gehäuses an das von außen gekühlte Gehäuse selbst abgeführt werden.The made of a good heat conductive material, in particular aluminum, existing body of the heat conducting element 27 allows it to be in the magnetically passive area 26 the laminated cores 21 Heat from the center of the rotor in the axial direction to the support disks 23 . 24 dissipate. The support disks 23 . 24 , which are also made of a good heat conducting material, preferably aluminum, have a not visible in the figure ribbing. This allows the to the support discs 23 . 24 transferred heat can be dissipated via an air-filled cavity of the housing to the externally cooled housing itself.

Das Vorsehen des Wärmeleitelements 27, über das die Blechpakete 21 mit der Rotorwelle 40 verbunden sind, führt zu einer Reduktion des Rotorblechschnitts auf ein notwendiges Minimum, wodurch der magnetisch aktive Bereich 25 der Blechpakete 21 erhalten bleibt, der magnetisch passive Bereich 26 jedoch um den in Längsrichtung wirksamen Querschnitt des Wärmeleitelements 27 reduziert wird. Da das Wärmeleitelement 27 in axialer Richtung der Rotorwelle im Gegensatz zu den Blechpaketen 21 eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann die insbesondere von den mittleren Blechpaketen (in der Figur das dritte und vierte Blechpaket von links oder rechts) verbessert an die Stützscheiben 23, 24 abgeführt werden.The provision of the heat-conducting element 27 about which the laminated cores 21 with the rotor shaft 40 connected, leads to a reduction of the rotor sheet section to a necessary minimum, whereby the magnetically active area 25 the laminated cores 21 is preserved, the magnetically passive area 26 but around the longitudinally effective cross-section of the heat conducting element 27 is reduced. As the heat-conducting element 27 in the axial direction of the rotor shaft in contrast to the laminated cores 21 has a very high thermal conductivity, in particular from the middle laminated cores (in the figure, the third and fourth laminated core from the left or right) improved to the support discs 23 . 24 be dissipated.

Im Ergebnis führt das Vorhandensein des Wärmeleitelements in dem magnetisch passiven Bereich des Rotors zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Wärme innerhalb der Blechpakete 21. Hierdurch ist die maximal mögliche Leistungsabgabe der elektrischen Antriebsmaschine gegenüber herkömmlichen Antriebsmaschinen ohne Wärmeleitelement erhöht.As a result, the presence of the heat conducting element in the magnetically passive region of the rotor results in a more uniform distribution of heat within the lamination packets 21 , As a result, the maximum possible power output of the electric drive machine over conventional drive machines without heat-conducting element is increased.

Das Wärmeleitelement 27 kann, wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß 2 gezeigt ist, eine Hohlraumstruktur aufweisen. Die Hohlraumstruktur ist im Ausführungsbeispiel durch eine Anzahl an sich axial erstreckenden Aussparungen 28 gebildet. Hierdurch kann das Gewicht des Wärmeleitelements 27 reduziert werden. Ebenso ist es möglich, die Hohlraumstruktur durch ein leichteres, jedoch gut Wärme leitendes Material zu ersetzen. Solche Materialien könnten beispielsweise ein Aluminium-Schaum oder ein Harz sein.The heat-conducting element 27 can, as in the embodiment according to 2 is shown to have a cavity structure. The cavity structure is in the embodiment by a number of axially extending recesses 28 educated. This allows the weight of the heat conducting element 27 be reduced. It is also possible to replace the cavity structure with a lighter, but good heat conducting material. Such materials could be, for example, an aluminum foam or a resin.

Im Ausführungsbeispiel der 2 weist die Rotorwelle 40 einen Bauch, d. h. einen vergrößerten Durchmesser gegenüber den Lagerstellen 41, 42, auf. Aufgrund des vergrößerten Durchmessers im Bereich der Blechpakete 21 kann ein erhöhtes Drehmoment übertragen werden. Diese Ausgestaltung ist für die Realisierung der erfindungsgemäßen Wärmeleitstruktur vorteilhaft, jedoch nicht zwingend.In the embodiment of 2 has the rotor shaft 40 a belly, ie an enlarged diameter relative to the bearings 41 . 42 , on. Due to the increased diameter in the area of the laminated cores 21 can be transmitted an increased torque. This embodiment is advantageous for the realization of the heat conduction structure according to the invention, but not mandatory.

Das Wärmeleitelement 27 kann gemäß einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Ausgestaltung mit einer der beiden Stützscheiben 23, 24 einteilig ausgebildet sein, wodurch ein verbesserter Wärmeübergang zu dieser Stützscheibe gegeben ist. Die andere Stützscheibe und das Wärmeleitelement 27 können dann über eine Presspassung mechanisch und Wärme leitend miteinander verbunden sein.The heat-conducting element 27 can according to another, not shown in the figure embodiment with one of the two support discs 23 . 24 be formed in one piece, whereby an improved heat transfer is given to this support disk. The other support disk and the heat-conducting element 27 can then be mechanically and heat conductively connected to each other via an interference fit.

In einer weiteren, figürlich nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante braucht das Wärmeleitelement 27 auch nicht als eigenständiger Zylinder ausgebildet sein, welcher zwischen der Rotorwelle 40 und den Blechpaketen 21 angeordnet ist. Vielmehr könnten ein oder mehrere Wärmeleitelemente 27 in miteinander in Verbindung stehende Kavitäten der Blechpakete 21 des Rotors 20 eingebracht sein. Hierdurch würden die Einzelbleche 22 jeweiliger Blechpakete 21 über eine Presspassung mit der Rotorwelle 40 mechanisch verbunden sein, wie dies bei bekannten Antriebsmaschinen der Fall ist. Im Gegensatz zur gezeigten Ausführungsvariante kann der Querschnitt der Wärmeleitelemente jedoch nicht derart groß ausgeführt werden. Darüber hinaus wäre es aus fertigungstechnischen Grün den nur schwer möglich, massives Material für die Wärmeleitelemente zu verwenden.In another embodiment, not shown figuratively, the heat-conducting element needs 27 also not be designed as a separate cylinder, which between the rotor shaft 40 and the laminated cores 21 is arranged. Rather, one or more heat-conducting elements could 27 in interconnecting cavities of the laminated cores 21 of the rotor 20 be introduced. This would be the individual sheets 22 respective laminated cores 21 via a press fit with the rotor shaft 40 be mechanically connected, as is the case with known drive machines. In contrast to the embodiment shown, however, the cross section of the heat-conducting elements can not be made so large. In addition, it would be difficult to use solid material for the heat-conducting elements for manufacturing technology green.

Stattdessen muss auf Materialien wie einen Aluminium-Schaum oder ein Harz zurückgegriffen werden, welche problemlos in die Kavitäten der Blechpakete 21 eingebracht werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsmaschinen wird auch durch eine derartige Ausgestaltungsvariante die Wärmeabfuhr von den in der Mitte angeordneten Blechpaketen in Richtung der Stützelemente 23, 24 verbessert.Instead, it is necessary to resort to materials such as aluminum foam or a resin, which easily penetrate into the cavities of the laminated cores 21 can be introduced. In comparison with conventional drive machines known from the prior art, the heat dissipation from the laminated cores arranged in the middle in the direction of the support elements is also achieved by such a design variant 23 . 24 improved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrische AntriebsmaschineElectric drive machine
1010
Statorstator
2020
Rotorrotor
2121
Blechpaketlaminated core
2222
EinzelblechSingle sheet
2323
Stützscheibesupport disc
2424
Stützscheibesupport disc
2525
magnetisch aktiver Bereich des Rotorsmagnetically active area of the rotor
2626
magnetisch passiver Bereich des Rotorsmagnetically passive area of the rotor
2727
Wärmeleitelementthermally conductive element
2828
Hohlraumcavity
3030
vergrabener Magnetburied magnet
4040
Rotorwellerotor shaft
4141
Lagerstelledepository
4242
Lagerstelledepository
100100
Wärmeflussheat flow
TT
Temperaturtemperature
Tmax T max
Temperaturtemperature
ss
Ortplace

Claims (10)

Elektrische Antriebsmaschine (1), insbesondere permanenterregte Synchronmaschine, umfassend – eine Rotorwelle (40); – einen zu der Rotorwelle (40) ortsfest fixierten Rotor (20), der mehrere, längs der Rotorwelle (40) angeordnete Blechpakete (21) umfasst, die zwischen zwei an der Rotorwelle (40) befestigten Stützscheiben (23, 24) mit Druck beaufschlagt sind, wobei jedes Blechpaket (21) aus einer Anzahl an elektrisch isolierend miteinander verbundenen Einzelblechen (22), die sich radial zu der Rotorwelle (40) erstrecken, gebildet ist; – einen den Rotor (20) umgebenden Stator (10); – ein Gehäuse (40), das den Stator (10) und den Rotor (20) umgibt; dadurch gekennzeichnet, dass – in dem Rotor (20) ein Wärmeleitelement (27) angeordnet ist, das sich durch die Blechpakete (21) in axialer Richtung des Rotors (20) erstreckt, wobei das Wärmeleitelement Wärme leitend mit den Einzelblechen (22) und zumindest einer der Stützscheiben (23, 24) verbunden ist, wodurch Wärme in axialer Richtung aus den Blechpaketen (21) geleitet wird.Electric drive machine ( 1 ), in particular permanent magnet synchronous machine, comprising - a rotor shaft ( 40 ); - one to the rotor shaft ( 40 ) fixedly fixed rotor ( 20 ), which several, along the rotor shaft ( 40 ) laminated cores ( 21 ), which between two on the rotor shaft ( 40 ) attached support discs ( 23 . 24 ) are pressurized, wherein each laminated core ( 21 ) of a number of electrical Insulating interconnected individual sheets ( 22 ) extending radially to the rotor shaft ( 40 ) is formed; - one the rotor ( 20 ) surrounding stator ( 10 ); - a housing ( 40 ), which is the stator ( 10 ) and the rotor ( 20 ) surrounds; characterized in that - in the rotor ( 20 ) a heat conducting element ( 27 ) arranged through the laminated cores ( 21 ) in the axial direction of the rotor ( 20 ), wherein the heat-conducting element conducts heat with the individual sheets ( 22 ) and at least one of the support discs ( 23 . 24 ), whereby heat in the axial direction from the laminated cores ( 21 ). Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpakete (21) jeweils einen magnetisch aktiven Bereich (25) und einen magnetisch passiven Bereich (26) aufweisen, wobei das Wärmeleitelement (27) in dem magnetisch passiven Bereich (26) der Blechpakete (21) angeordnet ist.Drive machine according to claim 1, characterized in that the laminated cores ( 21 ) each have a magnetically active region ( 25 ) and a magnetically passive region ( 26 ), wherein the heat-conducting element ( 27 ) in the magnetically passive region ( 26 ) of the laminated cores ( 21 ) is arranged. Antriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) über das Wärmeleitelement (27) mit der Rotorwelle (40) fixiert ist.Drive machine according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 20 ) via the heat-conducting element ( 27 ) with the rotor shaft ( 40 ) is fixed. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wärmeleitelement (27) über eine Presspassung mit der Rotorwelle (40) verbunden ist, und/oder – der Rotor (20) mit dem Wärmeleitelement (27) über eine Presspassung verbunden ist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that - the heat-conducting element ( 27 ) via a press fit with the rotor shaft ( 40 ), and / or - the rotor ( 20 ) with the heat-conducting element ( 27 ) is connected via a press fit. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (27) eine Hohlstruktur aufweist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element ( 27 ) has a hollow structure. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (27) einteilig ist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element ( 27 ) is one-piece. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (27) und eine der beiden Stützscheiben (23, 24) einteilig ausgebildet sind.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element ( 27 ) and one of the two support disks ( 23 , 24) are formed in one piece. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Wärmeleitelemente (27) in miteinander in Verbindung stehende Kavitäten der Blechpakete (21) des Rotors eingebracht sind.Drive machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that respective heat-conducting elements ( 27 ) in interconnected cavities of the laminated cores ( 21 ) of the rotor are introduced. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (27) aus Aluminium besteht.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element ( 27 ) consists of aluminum. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (40) den Stator (10) und den Rotor (20) derart umgibt, dass das Gehäuseinnere gegenüber der Umgebung hermetisch verschlossen ist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 40 ) the stator ( 10 ) and the rotor ( 20 ) surrounds such that the housing interior is hermetically sealed from the environment.
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