DE102014106453A1 - Electric machine for use in the automotive sector - Google Patents

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Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine für den Einsatz im KFZ-Bereich, mit einer Gehäuseanordnung (4), in der ein Stator (6) und ein Rotor (8) angeordnet sind, wobei der Rotor (8) mit einer Rotorwelle (14) wirkverbunden ist, die in der Gehäuseanordnung (4) gelagert ist und wobei im Bereich der Rotorwelle (14) ein Hohlraum (10) vorgesehen ist, derart, dass Kühlluft durch den Rotor (8) strömt, wobei die Rotorwelle (14) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.The invention relates to an electric machine for use in the automotive sector, with a housing arrangement (4), in which a stator (6) and a rotor (8) are arranged, wherein the rotor (8) with a rotor shaft (14) is operatively connected , which is mounted in the housing assembly (4) and wherein in the region of the rotor shaft (14) has a cavity (10) is provided such that cooling air flows through the rotor (8), wherein the rotor shaft (14) made of a metallic material is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine für den Einsatz im KFZ-Bereich, mit einer Gehäuseanordnung, in der ein Stator und ein Rotor angeordnet sind, wobei der Rotor mit einer Rotorwelle wirkverbunden ist, die in der Gehäuseanordnung gelagert ist und wobei im Bereich der Rotorwelle ein Hohlraum vorgesehen ist, derart, dass Kühlluft durch den Rotor strömt. The invention relates to an electric machine for use in the automotive sector, with a housing arrangement in which a stator and a rotor are arranged, wherein the rotor is operatively connected to a rotor shaft which is mounted in the housing assembly and wherein in the region of the rotor shaft, a cavity is provided, such that cooling air flows through the rotor.

Derartige Elektromaschinen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Insbesondere vor dem Hintergrund der Entwicklung von Elektro- und Hybridfahrzeugen wächst der Bedarf an leistungsfähigen, starken Elektromaschinen. Die erhöhte Leistungsfähigkeit führt zwangsläufig dazu, dass derartige Elektromaschinen aktiv gekühlt werden müssen. Such electric machines are well known from the prior art. Especially against the background of the development of electric and hybrid vehicles, the demand for powerful, powerful electric machines is growing. The increased performance inevitably means that such electric machines must be actively cooled.

Hierzu ist es insbesondere aus der DE 10 2007 006 986 B3 bekannt, die Rotorwelle als Kunststoff-Hohlzylinder auszuführen, der in Radialrichtung verlaufende, zum Blechpaket gerichtete Kühlluftbohrungen aufweist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Wärmeaustausch nicht ausreichend für leistungsstarke Elektromaschinen im Fahrzeugbereich ist. Insbesondere ist die Kühlluftzirkulation in den Bohrungen nicht ausreichend. Zudem ist die Herstellung, insbesondere der Rotorwelle einer derartigen Elektromaschine, aufwendig und damit teuer. For this it is in particular from the DE 10 2007 006 986 B3 known to perform the rotor shaft as a plastic hollow cylinder, which has extending in the radial direction, directed to the laminated core cooling air holes. However, it has been shown that the heat exchange is not sufficient for high-performance electrical machines in the vehicle sector. In particular, the cooling air circulation in the holes is not sufficient. In addition, the production, in particular the rotor shaft of such an electric machine, consuming and therefore expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Elektromaschine bereitzustellen, die insbesondere auf einfache konstruktive und kostengünstige Weise eine effiziente und ausreichende Kühlung gewährleistet. The object of the invention is therefore to provide an electric machine, which ensures efficient and sufficient cooling in particular in a simple constructive and cost-effective manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rotorwelle aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Hierdurch ist es möglich, bei maximaler Kühlleistung eine größere Flexibilität bei der Konstruktion der Elektromaschine zu gewährleisten. This object is achieved in that the rotor shaft is made of a metallic material. This makes it possible to ensure greater flexibility in the construction of the electric machine with maximum cooling capacity.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Rotorwelle über Stützrippen mit dem Rotor verbunden ist, derart, dass zwischen Rotorwelle und Rotor der Hohlraum ausgebildet ist. Beispielsweise können die Stützrippen als Beschaufelung, für die Wirkung als Gebläse, ausgeführt sein. Die metallische Rotorwelle kann einen geringen Durchmesser aufweisen, wodurch auch bei kleinen Elektromaschinen ein ausreichend dimensionierter Hohlraum bereitstellbar ist. Alternativ kann die Rotorwelle den Hohlraum aufweisen und folglich als Hohlwelle ausgeführt sein. Hierdurch wird dann ein direkter, großflächiger Wärmeübergang zwischen Rotorwelle und Rotor geschaffen. In a particularly advantageous embodiment, the rotor shaft is connected via support ribs to the rotor, such that the cavity is formed between the rotor shaft and the rotor. For example, the support ribs can be designed as blading, for the effect as a fan. The metallic rotor shaft can have a small diameter, as a result of which a sufficiently dimensioned cavity can be provided even in the case of small electric machines. Alternatively, the rotor shaft may have the cavity and consequently be designed as a hollow shaft. As a result, a direct, large-scale heat transfer between the rotor shaft and rotor is then created.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, direkt auf der Rotorwelle Permanentmagnete anzuordnen, womit ein direkter Wärmefluss aus den Permanentmagneten in die Rotorwelle und dann in durchströmende Luft erfolgt. In einer anderen, vorteilhaften Ausführungsform kann der Rotor mindestens ein Blechpaket und damit in Wirkverbindung stehende Permanentmagnete aufweisen, wobei das mindestens eine Blechpaket über eine zur Rotorwelle gerichtete Innenfläche direkt auf der Rotorwelle angeordnet ist. It is advantageously proposed to arrange permanent magnets directly on the rotor shaft, whereby a direct heat flow from the permanent magnets into the rotor shaft and then into air flowing through takes place. In another advantageous embodiment, the rotor can have at least one laminated core and permanent magnets in operative connection with it, wherein the at least one laminated core is arranged directly on the rotor shaft via an inner surface directed towards the rotor shaft.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Permanentmagnete stoffschlüssig und/oder formschlüssig und mittels mindestens eines Halteorgans auf dem Blechpaket befestigt. In a particularly advantageous embodiment, the permanent magnets are cohesively and / or positively secured and secured by means of at least one holding member on the laminated core.

In vorteilhafter Weise ist das Halteorgan eine Bandage aus einem faserverstärkten Kunststoff. Hierdurch wird ein sehr kompakter und besonders einfach herzustellender Rotor geschaffen. Alternativ können auch metallische Werkstoffe, beispielsweise Ti-Legierungen bzw. nicht-magnetische Edelstähle verwendet werden. In vorteilhafter Weise sind die Permanentmagnete auf das Blechpaket aufgeklebt, wobei Pollücken zwischen den Permanentmagneten mit Klebstoff gefüllt sind. Dadurch, dass eine Dicke der Permanentmagnete 2–5% einer Länge des Rotors und/oder geringer als 10 mm beträgt, wird eine sehr kompakte Elektromaschine bereitgestellt, wobei die durch die Permanentmagnete verursachten Massenträgheitsmomente begrenzt sind. Advantageously, the holding member is a bandage made of a fiber-reinforced plastic. This creates a very compact and very easy to manufacture rotor. Alternatively, it is also possible to use metallic materials, for example Ti alloys or non-magnetic stainless steels. Advantageously, the permanent magnets are glued to the laminated core, with pole gaps between the permanent magnets are filled with adhesive. Characterized in that a thickness of the permanent magnets is 2-5% of a length of the rotor and / or less than 10 mm, a very compact electric machine is provided, wherein the forces caused by the permanent magnets mass moments of inertia are limited.

Dadurch, dass mindestens ein Kühlluftgebläse zur Unterstützung der Kühlluftführung durch die Rotorwelle vorgesehen ist, wird der Volumenstrom an Kühlluft wesentlich erhöht. Hier können insbesondere Axialgebläse zum Einsatz kommen, deren Wirkung durch ein Radialgebläse noch verstärkt werden kann. Characterized in that at least one cooling air blower is provided to support the cooling air flow through the rotor shaft, the volume flow of cooling air is substantially increased. Axial blowers in particular can be used here, the effect of which can still be increased by a radial fan.

In vorteilhafter Weise ist der Rotor als Innenrotor ausgeführt. Advantageously, the rotor is designed as an inner rotor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt die einzige Figur eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Elektromaschine. The invention will be explained in more detail with reference to a drawing, in which case the single figure shows a sectional view of an electric machine according to the invention.

Die einzige Figur zeigt in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Elektromaschine 2, die insbesondere geeignet ist für den Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Hierbei weist die Elektromaschine 2 eine Gehäuseanordnung 4 auf, in der auf bekannte Weise ein Stator 6 und ein Rotor 8 angeordnet sind. Der Rotor 8 kann Permanentmagnete aufweisen, die auf einem Blechpaket aufgeklebt sind. Ebenfalls nicht weiter dargestellte Pollücken in radialer Richtung können mit Klebstoff gefüllt sein. In radialer Richtung können die Permanentmagnete zudem noch durch eine Bandage gesichert sein. Die Permanentmagnete können hierbei eine Dicke besitzen, die geringer als 2–5% einer Länge des Rotors 8 ist und die ungefähr 5–10 mm beträgt. Hierdurch sind dann die Massenträgheitsmomente bei schneller Drehung des Rotors 8 durch die dargestellte Konstruktion beherrschbar. The single FIGURE shows a sectional view of an electric machine according to the invention 2 , which is particularly suitable for use in an electric or hybrid vehicle. In this case, the electric machine 2 a housing arrangement 4 on, in a known manner, a stator 6 and a rotor 8th are arranged. The rotor 8th may have permanent magnets which are glued on a laminated core. Also not further shown pole gaps in the radial direction may be filled with adhesive. In the radial direction, the permanent magnets can also be secured by a bandage. The permanent magnets can in this case a thickness which are less than 2-5% of a length of the rotor 8th is and which is about 5-10 mm. As a result, then the moments of inertia during rapid rotation of the rotor 8th controllable by the illustrated construction.

Das Blechpaket kann auf einer Rotorwelle 14 auf bekannte Weise angeordnet sein und den magnetischen Rückschluss gewährleisten. Der Rotor 8 ist folglich hier als Innenrotor ausgeführt. Zur weiter unten beschriebenen Kühlluftzirkulation besitzt das Gehäuse 4 Öffnungen 15, 17. The laminated core can be mounted on a rotor shaft 14 be arranged in a known manner and ensure the magnetic inference. The rotor 8th is therefore designed here as an inner rotor. For the cooling air circulation described below has the housing 4 openings 15 . 17 ,

Die Rotorwelle 14 ist auf bekannte Weise über Lager 16, 18 in der Gehäuseanordnung 4 gelagert. Der Rotor 8 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste Stirnwand 20 an einem ersten Ende 22 der Rotorwelle 14, eine Mantelfläche 24 und eine zweite Stirnwand 26 an einem zweiten Ende 28 der Rotorwelle 14 auf. Der Begriff Rotorwelle beschreibt hier den Bereich innerhalb des Rotors 8. The rotor shaft 14 is in a known way about bearings 16 . 18 in the housing arrangement 4 stored. The rotor 8th has in the present embodiment, a first end wall 20 at a first end 22 the rotor shaft 14 , a lateral surface 24 and a second end wall 26 at a second end 28 the rotor shaft 14 on. The term rotor shaft here describes the area within the rotor 8th ,

Die Rotorwelle ist über Stützrippen 30 mit dem Rotor 8 verbunden, derart, dass über die gesamte Länge der Rotorwelle 14 ein Hohlraum 10 gewährleistet ist. Des Weiteren ist die Rotorwelle aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Durch den Hohlraum 10 ist ein optimaler Wärmeübergang von der durch den Hohlraum 10 strömenden Kühlluft auf den Rotor 8 gegeben. Zudem ist es möglich, einen sehr hohen Volumenstrom an Kühlluft zu gewährleisten, wodurch ein effizienter Wärmeaustausch gewährleistet ist. The rotor shaft is via support ribs 30 with the rotor 8th connected, such that over the entire length of the rotor shaft 14 a cavity 10 is guaranteed. Furthermore, the rotor shaft is made of a metallic material. Through the cavity 10 is an optimal heat transfer from the through the cavity 10 flowing cooling air to the rotor 8th given. In addition, it is possible to ensure a very high volume flow of cooling air, whereby an efficient heat exchange is ensured.

Um eine kontrollierte Kühlluftzirkulation zu gewährleisten, kann die erste Stirnwand 20 an ihrem ersten Ende 22 eine Schaufeln 32 aufweisende Schaufelanordnung 33 besitzen, wodurch das erste Ende 22 als Gebläse ausgeführt ist, um Frischluft als Kühlluft durch den Hohlraum 10 in Richtung des zweiten Endes 28 zu führen, um so den Rotor 14 zu kühlen. Auch ist eine Mehrfachverwendung von Wuchtscheiben möglich, indem diese direkt als Gebläse ausgeführt werden. To ensure a controlled cooling air circulation, the first end wall can 20 at her first end 22 a shovel 32 having blade assembly 33 own, making the first end 22 designed as a blower to fresh air as cooling air through the cavity 10 towards the second end 28 so as to guide the rotor 14 to cool. Also, a multiple use of balancing disks is possible by these are performed directly as a fan.

Um den Volumenstrom noch weiter zu erhöhen, kann das zweite Ende 28 an der Stirnwand 26 eine Schaufeln 34 aufweisende Schaufelanordnung 35 besitzen, so dass das zweite Ende 28 ebenfalls als Gebläse ausgeführt ist. Es wird also die in Richtung des zweiten Endes 28 strömende Kühlluft angesaugt und durch die Schaufelanordnung 35 über die Öffnung 17 an die Umgebung abgeblasen. To increase the flow even further, the second end 28 on the front wall 26 a shovel 34 having blade assembly 35 own, leaving the second end 28 also designed as a blower. So it's going to be in the direction of the second end 28 aspirated cooling air and through the blade assembly 35 over the opening 17 blown off to the environment.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007006986 B3 [0003] DE 102007006986 B3 [0003]

Claims (9)

Elektromaschine für den Einsatz im KFZ-Bereich, mit einer Gehäuseanordnung (4), in der ein Stator (6) und ein Rotor (8) angeordnet sind, wobei der Rotor (8) mit einer Rotorwelle (14) wirkverbunden ist, die in der Gehäuseanordnung (4) gelagert ist und wobei im Bereich der Rotorwelle (14) ein Hohlraum (10) vorgesehen ist, derart, dass Kühlluft durch den Rotor (8) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Electric machine for use in the automotive sector, with a housing arrangement ( 4 ), in which a stator ( 6 ) and a rotor ( 8th ) are arranged, wherein the rotor ( 8th ) with a rotor shaft ( 14 ) operatively connected in the housing arrangement ( 4 ) and wherein in the region of the rotor shaft ( 14 ) a cavity ( 10 ) is provided, such that cooling air through the rotor ( 8th ) flows, characterized in that the rotor shaft ( 14 ) is made of a metallic material. Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) über Stützrippen (30) mit dem Rotor (8) verbunden ist, derart, dass zwischen Rotorwelle (14) und Rotor (8) der Hohlraum (10) ausgebildet ist. Electric machine according to claim 1, characterized in that the rotor shaft ( 14 ) via support ribs ( 30 ) with the rotor ( 8th ), such that between the rotor shaft ( 14 ) and rotor ( 8th ) the cavity ( 10 ) is trained. Elektromaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) den Hohlraum (10) aufweist und folglich als Hohlwelle ausgeführt ist. Electric machine according to claim 1, characterized in that the rotor shaft ( 14 ) the cavity ( 10 ) and is thus designed as a hollow shaft. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) mindestens ein Blechpaket und damit in Wirkverbindung stehende Permanentmagnete aufweist, wobei das mindestens eine Blechpaket über eine zur Rotorwelle (14) gerichtete Innenfläche direkt auf der Rotorwelle (14) angeordnet ist. Electric machine according to one of claims 1-3, characterized in that the rotor ( 8th ) has at least one laminated core and thus in operative connection standing permanent magnets, wherein the at least one laminated core over one to the rotor shaft ( 14 ) directed inner surface directly on the rotor shaft ( 14 ) is arranged. Elektromaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete stoffschlüssig und/oder formschlüssig und mittels mindestens eines Halteorgans auf dem Blechpaket befestigt sind. Electric machine according to claim 4, characterized in that the permanent magnets are cohesively and / or positively secured by means of at least one holding member on the laminated core. Elektromaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteorgan eine Bandage aus einem faserverstärkten Kunststoff ist. Electric machine according to claim 5, characterized in that the holding member is a bandage made of a fiber-reinforced plastic. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete auf das Blechpaket aufgeklebt sind, wobei Pollücken zwischen den Permanentmagneten mit Klebstoff gefüllt sind. Electric machine according to one of claims 4-6, characterized in that the permanent magnets are glued to the laminated core, with pole gaps between the permanent magnets are filled with adhesive. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Permanentmagnete 2–5% einer Länge des Rotors (8) und/oder geringer als 5–10 mm beträgt. Electric machine according to one of claims 4-7, characterized in that a thickness of the permanent magnets 2-5% of a length of the rotor ( 8th ) and / or less than 5-10 mm. Elektromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlluftgebläse (33, 35) zur Unterstützung der Kühlluftführung durch den Hohlraum (10) vorgesehen ist. Electric machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one cooling air blower ( 33 . 35 ) to support the cooling air flow through the cavity ( 10 ) is provided.
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