DE102017218351A1 - Rotor hollow shaft with integrated pump element - Google Patents

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Holger Fröhlich
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle (12) für einen Rotor (10) einer elektrischen Maschine (64), umfassend einen beidseitig von einem ersten Stirnflansch (22) und einem zweiten Stirnflansch (24) abgeschlossenen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger (16), der einen Wellenhohlraum (26) umgibt, wobei in dem ersten Stirnflansch (22) eine Einlassöffnung (30) ausgebildet ist, und ein innerhalb des Wellenhohlraums (26) angeordnetes Pumpenelement (14), das mit der Einlassöffnung (30) fluidtechnisch verbunden ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Pumpenelement (14) ein Kühlmedium (32) über die Einlassöffnung (30) ansaugbar und über eine Austrittsöffnung (52) des Pumpenelements (14) gegen eine innere Mantelfläche (34) des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers (16) beförderbar ist.

Figure DE102017218351A1_0000
The invention relates to a rotor hollow shaft (12) for a rotor (10) of an electrical machine (64), comprising a cylinder-shaped laminated core carrier (16) which is closed on both sides by a first end flange (22) and a second end flange (24). 26), wherein in the first end flange (22) an inlet opening (30) is formed, and within the wave cavity (26) arranged pump element (14), which is fluidly connected to the inlet opening (30) and arranged and formed in that a cooling medium (32) can be sucked in via the inlet opening (30) and can be conveyed via an outlet opening (52) of the pump element (14) against an inner lateral surface (34) of the cylindrically shaped laminated core carrier (16).
Figure DE102017218351A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle mit einem integrierten Pumpenelement zur Kühlung eines Rotors und/oder Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Antriebseinrichtung bzw. eines Motors und/oder Generators. Zudem betrifft die Erfindung einen Rotor, der die mit wenigstens einem Blechpaket bestückte erfindungsgemäße Rotorhohlwelle umfasst. Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine, aufweisend den erfindungsgemäßen Rotor.The invention relates to a hollow rotor shaft with an integrated pump element for cooling a rotor and / or stator of an electrical machine, in particular a drive device or an engine and / or generator. In addition, the invention relates to a rotor comprising the rotor hollow shaft equipped with at least one laminated core according to the invention. Furthermore, the invention relates to an electric machine with the rotor according to the invention. Furthermore, the invention relates to a method for cooling an electric machine, comprising the rotor according to the invention.

Antriebseinrichtungen, insbesondere Hybrid-Antriebseinrichtungen, werden eingesetzt, um Kraftfahrzeuge anzutreiben, wobei Hybrid-Antriebseinrichtungen typischerweise eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine aufweisen. Die dabei als Motor und Generator fungierende elektrische Maschine weist eine Welle mit einem an der Welle angeordneten Rotor und einen den Rotor umgebenden ortsfest angeordneten Stator auf. Der Stator und der Rotor sind innerhalb eines Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet.Drive devices, in particular hybrid drive devices, are used to drive motor vehicles, wherein hybrid drive devices typically include an internal combustion engine and an electric machine. The case acting as a motor and generator electric machine has a shaft with a rotor arranged on the shaft and a rotor surrounding fixedly arranged stator. The stator and the rotor are disposed within a housing of the electric machine.

In der elektrischen Maschine, insbesondere in dessen Stator und/oder Rotor, entsteht Abwärme, sodass eine Kühlung der elektrischen Maschine erforderlich ist. Um die elektrische Maschine zu kühlen, ist es üblich, ein Kühlmedium in Form von Luft oder gegebenenfalls Wasser zur Kühlung der elektrischen Maschine einzusetzen und dieses Kühlmedium durch zumindest einen Bereich der Maschine zu leiten. Nachteilig hierbei ist die eingeschränkte Kühlung der elektrischen Maschine, da nur bestimmte Bereiche vom Kühlmedium durchströmt werden.In the electric machine, in particular in its stator and / or rotor, waste heat is generated, so that cooling of the electric machine is required. In order to cool the electric machine, it is customary to use a cooling medium in the form of air or optionally water for cooling the electric machine and to guide this cooling medium through at least one region of the machine. The disadvantage here is the limited cooling of the electric machine, since only certain areas are flowed through by the cooling medium.

Weiterhin ist aus der DE 10 2014 107 845 A1 eine Rotorhohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, bei der der Rotorhohlwelle eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Demnach ist vorgesehen, dass die Rotorhohlwelle einen beidseitig von Stirnflanschen abgeschlossenen Zylindermantel aufweist, der einen Wellenhohlraum umgibt, wobei an den Stirnflanschen jeweils ein Wellenzapfen ausgebildet ist und wobei in einem der Wellenzapfen ein Einlass vorgesehen ist, über den eine Kühlflüssigkeit in den Wellenhohlraum und an die Innenfläche des Zylindermantels gelangt. Im Wellenhohlraum ist ein Verteilelement angeordnet, das die über den Einlass eintretende Kühlflüssigkeit aufnimmt, über eine rotationssymmetrische Ableitfläche in Richtung der Innenfläche des Zylindermantels führt und über einen Mündungsbereich auf die Innenfläche abgibt. Nachteilig bei diesem Konzept ist, dass von außen aktiv Kühlflüssigkeit dem Wellenhohlraum zugeführt werden muss und, dass bedingt durch die rotationssymmetrische Ableitfläche innerhalb des Wellenhohlraums keine gleichmäßige Kühlung des Wellenhohlraums in axialer Richtung des Wellenhohlraums erzielbar ist.Furthermore, from the DE 10 2014 107 845 A1 a rotor hollow shaft for a rotor of an electric machine, in which the rotor hollow shaft, a cooling liquid is supplied. Accordingly, it is provided that the hollow rotor shaft has a sealed on both sides of end flanges cylinder jacket surrounding a shaft cavity, wherein on the end flanges in each case a shaft journal is formed and wherein in one of the shaft journal an inlet is provided, via which a cooling liquid into the shaft cavity and the Inner surface of the cylinder jacket arrives. In the wave cavity, a distribution element is arranged, which receives the coolant entering via the inlet, leads via a rotationally symmetrical discharge surface in the direction of the inner surface of the cylinder jacket and discharges onto the inner surface via an orifice region. A disadvantage of this concept is that active cooling liquid must be supplied to the shaft cavity from the outside and that, due to the rotationally symmetrical discharge surface within the wave cavity, no uniform cooling of the wave cavity in the axial direction of the wave cavity can be achieved.

Es besteht ein regelmäßiges Bedürfnis die Kühlung von elektrischen Maschinen zu optimieren, um einerseits eine gleichmäßige Kühlung innerhalb des Rotors zu erzielen, wodurch Kontaktspannungen der Rotorlagerung reduziert werden können und, um andererseits den Bauraum der elektrischen Maschine zu reduzieren.There is a regular need to optimize the cooling of electrical machines, on the one hand to achieve a uniform cooling within the rotor, whereby contact voltages of the rotor bearing can be reduced and, on the other hand, to reduce the space of the electric machine.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotorhohlwelle für eine elektrische Maschine bereitzustellen, mit der eine gleichmäßige Kühlung eines Rotors und/oder Stators erzielbar ist und, mit Hilfe derer der Bauraum einer elektrischen Maschine reduzierbar ist.It is the object of the present invention to provide a rotor hollow shaft for an electric machine, with which a uniform cooling of a rotor and / or stator can be achieved and, by means of which the space of an electric machine can be reduced.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann. Dabei können alle Kombinationen wie auch vereinzelte Kombinationen zwischen den Merkmalen der Rotorhohlwelle, des Rotors, der elektrischen Maschine und/oder des Verfahrens zusammen genutzt werden. Weiterhin ist es jeweils auch vorgesehen und möglich, einzelne oder mehrere Merkmale der Rotorhohlwelle, des Rotors, der elektrischen Maschine und/oder des Verfahrens beliebig zu kombinieren.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims, the description and the drawings, wherein each feature, both individually and in combination, may constitute an aspect of the invention. In this case, all combinations as well as isolated combinations between the features of the hollow rotor shaft, the rotor, the electric machine and / or the method can be used together. Furthermore, it is also provided and possible to combine any one or more features of the hollow rotor shaft, the rotor, the electric machine and / or the method as desired.

Erfindungsgemäß ist eine Rotorhohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine vorgesehen, umfassend einen beidseitig von einem ersten Stirnflansch und einem zweiten Stirnflansch abgeschlossenen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger, der einen Wellenhohlraum umgibt, wobei in dem ersten Stirnflansch eine Einlassöffnung ausgebildet ist, und ein innerhalb des Wellenhohlraums angeordnetes Pumpenelement, das mit der Einlassöffnung fluidtechnisch verbunden ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Pumpenelement ein Kühlmedium über die Einlassöffnung ansaugbar und über eine Austrittsöffnung des Pumpenelements gegen eine innere Mantelfläche des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers beförderbar ist.According to the invention, a rotor hollow shaft is provided for a rotor of an electrical machine, comprising a cylindrical plate core carrier enclosed on both sides by a first end flange and a second end flange, which surrounds a shaft cavity, wherein an inlet opening is formed in the first end flange, and a pump element arranged inside the shaft cavity , which is fluidly connected to the inlet opening and is arranged and configured such that via the pump element, a cooling medium can be sucked in via the inlet opening and conveyed via an outlet opening of the pump element against an inner jacket surface of the cylinder-shaped laminated core carrier.

Es ist somit ein Aspekt der Erfindung, dass die Rotorhohlwelle einen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger aufweist, der beidseitig an den zueinander in axialer Richtung beabstandeten Endbereichen jeweils mit einem Stirnflansch abgeschlossen ist, so dass durch den zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger ein Wellenhohlraum ausgebildet wird. Auf den Blechpaketträger ist vorzugsweise in Längsrichtung des zylinderförmigen Blechpaketträgers wenigstens ein Blechpaket angeordnet, um den Rotor auszubilden.It is thus an aspect of the invention that the rotor hollow shaft has a cylindrical shaped laminated core, which is closed on both sides at the mutually axially spaced end portions each with an end flange, so that a wave cavity is formed by the cylindrically shaped laminated core. On the laminated core carrier is preferably in the longitudinal direction of the cylindrical Blechpaketträgers arranged at least one laminated core to form the rotor.

Innerhalb des ersten Stirnflanschs ist eine Einlassöffnung ausgebildet, über die ein Kühlmedium dem Wellenhohlraum zuführbar ist. Die Einlassöffnung ist vorzugsweise in Achsrichtung der Rotorachse ausgebildet.Within the first end flange, an inlet opening is formed, via which a cooling medium can be fed to the shaft cavity. The inlet opening is preferably formed in the axial direction of the rotor axis.

Weiterhin ist vorgesehen, dass innerhalb des Wellenhohlraums ein Pumpenelement angeordnet ist, das mit der Einlassöffnung fluidtechnisch verbunden ist. Das Pumpenelement ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das Pumpenelement ein Kühlmedium über die Einlassöffnung ansaugt und über eine Austrittsöffnung des Pumpenelements gegen eine innere Mantelfläche des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers befördert. Auf diese Weise wird über das innerhalb des Wellenhohlraums angeordnete Pumpenelement das Kühlmedium in den Wellenhohlraum angesaugt, so dass keine außerhalb des Rotors angeordnete Pumpeneinrichtung zur aktiven Beförderung des Kühlmediums in den Wellenhohlraum erforderlich ist. Somit kann der Bauraum der elektrischen Maschine durch die Ausbildung der Rotorhohlwelle mit dem integrierten Pumpenelement reduziert werden.It is further provided that a pump element is arranged within the shaft cavity, which is fluidly connected to the inlet opening. The pump element is arranged and designed such that the pump element sucks in a cooling medium via the inlet opening and conveys via an outlet opening of the pump element against an inner circumferential surface of the cylinder-shaped laminated core carrier. In this way, the cooling medium is sucked into the shaft cavity via the pump element arranged within the shaft cavity, so that no pump device arranged outside the rotor is required for the active transport of the cooling medium into the shaft cavity. Thus, the space of the electric machine can be reduced by the formation of the hollow rotor shaft with the integrated pump element.

Über die Austrittsöffnung des Pumpenelements wird das Kühlmedium an und/oder gegen die innere Mantelfläche befördert und/oder gespritzt. Auf dies Weise kann das Kühlmedium vorzugsweise auf Stellen innerhalb des Blechpaketträgers gerichtet werden, die sich besonders schnell erwärmen oder bei denen sich eine Erwärmung staut. Auf diese Weise kann über das Pumpenelement innerhalb des Wellenhohlraums eine gleichmäßige Kühlung des Rotors ermöglicht werden, um Kontaktspannungen der Rotorlagerung aufgrund eines zu großen Temperaturgradienten zwischen einem inneren Lagerring und einem äußeren Lagerung zu reduzieren. Via the outlet opening of the pump element, the cooling medium is conveyed to and / or against the inner circumferential surface and / or injected. In this way, the cooling medium can preferably be directed to locations within the laminated core, which heat up very quickly or where a warming accumulates. In this way, a uniform cooling of the rotor can be made possible via the pump element within the shaft cavity to reduce contact stresses of the rotor bearing due to an excessive temperature gradient between an inner bearing ring and an outer bearing.

Das Kühlmedium kann vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit sein. Vorzugsweise ist das Kühlmedium ein Öl, ein Ölschaum, ein Spritzöl und/oder ein Getriebeöl. Besonders bevorzugt ist das Kühlmedium elektrisch nicht leitend ausgebildet und/oder ein elektrisch nicht leitendes Öl.The cooling medium may preferably be a cooling liquid. Preferably, the cooling medium is an oil, an oil foam, a spray oil and / or a transmission oil. Particularly preferably, the cooling medium is electrically non-conductive and / or an electrically non-conductive oil.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Pumpenelement ein selbstansaugendes Pumpenelement, insbesondere eine Kreiselpumpe, ist. Das selbstansaugende Pumpenelement ist vorzugsweise derart mit dem ersten Stirnflansch gekoppelt, dass durch eine Rotation der Rotorhohlwelle über das Pumpenelement ein Unterdruck in dem Wellenhohlraum erzeugt wird, so dass das Pumpenelement über die Einlassöffnung das Kühlmedium ansaugt. Auf diese Weise kann alleine durch die Ausgestaltung und/oder Ausbildung des selbstansaugenden Pumpenelements das Kühlmedium über die Einlassöffnung in einfacher Weise angesaugt werden. Somit ist keine gesonderte Ansteuerung des Pumpenelements erforderlich, wodurch Kosten und/oder der Bauraum des Rotors reduziert werden können.A preferred development of the invention is that the pump element is a self-priming pump element, in particular a centrifugal pump. The self-priming pump element is preferably coupled to the first end flange such that a negative pressure in the shaft cavity is generated by a rotation of the hollow rotor shaft via the pump element, so that the pump element sucks the cooling medium via the inlet opening. In this way, solely by the configuration and / or design of the self-priming pump element, the cooling medium can be sucked in via the inlet opening in a simple manner. Thus, no separate control of the pump element is required, whereby costs and / or the installation space of the rotor can be reduced.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Pumpenelement ein Durchleitelement aufweist, das einen ersten Endabschnitt und einen zum ersten Endabschnitt in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Endabschnitt aufweist, der erste Endabschnitt mit der Einlassöffnung fluidtechnisch verbunden ist, und der zweite Endabschnitt verschlossen ist, wobei zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet ist, und auf dem Durchleitelement im Bereich der Durchlassöffnung ein Pumpenlaufrad angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Ausbildung einer Kreiselpumpe angegeben, die innerhalb des Wellenhohlraums angeordnet und mit dem ersten Stirnflansch verbunden und/oder in diesem eingespannt ist. Grundsätzlich kann es ausreichen, dass das Durchleitelement eine Durchlassöffnung aufweist. Für gewöhnlich ist vorgesehen, dass das Durchleitelement eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen aufweist, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind. Durch eine Rotation des Rotors wird das mit dem ersten Stirnflansch drehfest verbundene Durchleitelement und somit auch das auf dem Durchleitelement angeordnete Pumpenlaufrad in Rotation versetzt, wodurch das Pumpenlaufrad einen Unterdruck und/oder eine Sogwirkung erzeugt und somit das Kühlmedium über die wenigstens eine im Durchleitelement angeordnete Durchlassöffnung und die Einlassöffnung ansaugt.In an advantageous development of the invention, it is provided that the pump element has a passage element which has a first end section and a second end section spaced apart in the axial direction from the first end section, the first end section is fluidically connected to the inlet opening, and the second end section is closed wherein between the first end portion and the second end portion at least one passage opening is formed, and on the passage member in the region of the passage opening a pump impeller is arranged. In this way, the formation of a centrifugal pump is indicated, which is arranged within the shaft cavity and connected to the first end flange and / or clamped in this. In principle, it may be sufficient for the passage element to have a passage opening. It is usually provided that the passage element has a plurality of passage openings, which are arranged spaced from each other in the circumferential direction. By means of a rotation of the rotor, the throughflow element connected to the first end flange and thus also the pump impeller arranged on the passage element are set in rotation, whereby the pump impeller generates a negative pressure and / or a suction effect and thus the cooling medium via the at least one passage opening arranged in the passage element and sucks the inlet opening.

In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Pumpenlaufrad wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete Laufradscheiben und eine Mehrzahl von zwischen den Laufradscheiben angeordneten Laufradschauffeln aufweist, wobei die Laufradscheiben drehfest auf dem Durchleitelement angeordnet sind. Die Laufradschauffeln können einen geradlinigen aber auch einen in Umfangsrichtung leicht gekrümmten Verlauf aufweisen. In der Regel sind die Laufradschauffeln in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet angeordnet.In this connection, a preferred development of the invention provides that the pump impeller has at least two impeller disks arranged at a distance from each other and a plurality of impeller blades arranged between the impeller disks, the impeller disks being arranged in a rotationally fixed manner on the pass-through element. The impeller blades may have a rectilinear but also a slightly curved course in the circumferential direction. In general, the impeller blades are circumferentially spaced from each other at regular intervals.

Grundsätzlich kann es ausreichen, dass das Pumpenelement ausschließlich mit dem ersten Stirnflansch verbunden ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der zweite Endabschnitt des Durchleitelements bis zum zweiten Stirnflansch geführt und in diesem angeordnet und/oder mit diesem drehfest verbunden ist. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des Durchleitelements und die Lagesicherheit des auf dem Durchleitelement angeordneten Pumpenlaufrads erhöht werden.In principle, it may be sufficient for the pump element to be connected exclusively to the first end flange. An advantageous development of the invention is that the second end portion of the pass-through element is guided to the second end flange and arranged in this and / or rotatably connected thereto. In this way, the rigidity of the passage element and the Position security of the arranged on the passage element pump impeller can be increased.

In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass zwischen der wenigsten einen Durchlassöffnung und dem zweiten Endabschnitt ein Wandelement innerhalb des Durchleitelements angeordnet und/oder ausgebildet ist. Der durch das Pumpenlaufrad erzeugbare Unterdruck kann somit über das Wandelement derart in dem Durchleitelement konzentriert werden, dass über die Einlassöffnung das Kühlmedium angesaugt wird.In this context, a preferred development of the invention resides in the fact that between the at least one passage opening and the second end section a wall element is arranged and / or formed within the passage element. The negative pressure which can be generated by the pump impeller can thus be concentrated in the passage element via the wall element in such a way that the cooling medium is sucked in via the inlet opening.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Pumpenelement und/oder das Pumpenlaufrad an einer beliebigen Stelle in Achsrichtung des Rotors innerhalb des Wellenhohlraums angeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Pumpenelement und/oder das Pumpenlaufrad in axialer Richtung des Wellenhohlraums mittig im Wellenhohlraum angeordnet ist. Für gewöhnlich staut sich die Wärme des auf dem Blechpaketträger angeordneten Blechpakets in Folge des magnetischen Felds zwischen dem Rotor und dem Stator und einer Rotation des Rotors relativ zum Stator in der Mitte des wenigstens einen Blechpakets, während in den Randbereichen die Wärme schneller abfließen oder einfacher gekühlt werden kann. Die Austrittsöffnung des Pumpenelements ist in radialer Richtung in Richtung des Hotspots der Blechpakete ausgerichtet, so dass über das Pumpenelement der Blechpaketträger und somit das auf dem Blechpaketträger angeordnete Blechpaket wirksam gekühlt werden kann.In principle, it can be provided that the pump element and / or the pump impeller is arranged at any point in the axial direction of the rotor within the shaft cavity. An advantageous development of the invention provides that the pump element and / or the pump impeller is arranged centrally in the shaft cavity in the axial direction of the shaft cavity. Usually, the heat accumulates on the laminated core carrier laminated core due to the magnetic field between the rotor and the stator and a rotation of the rotor relative to the stator in the middle of at least one laminated core, while in the edge regions, the heat flows faster or cooled more easily can be. The outlet opening of the pump element is aligned in the radial direction in the direction of the hotspot of the laminated cores, so that can be effectively cooled via the pump element of the laminated core and thus arranged on the laminated core carrier laminated core.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der erste Stirnflansch auf einer dem Wellenhohlraum abgewandten Seite einen ersten Wellenzapfen und/oder der zweite Stirnflansch auf einer dem Wellenhohlraum abgewandten Seite einen zweiten Wellenzapfen aufweist. Die jeweiligen Wellenzapfen sind in Achsrichtung des Wellenhohlraums ausgerichtet und dienen einer Lagerung der Rotorhohlwelle in einem Wellenlager. In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Einlassöffnung durch den ersten Wellenzapfen geführt ist.An advantageous development of the invention is that the first end flange on a side facing away from the shaft cavity has a first shaft journal and / or the second end flange on a side facing away from the shaft cavity a second shaft journal. The respective shaft journals are aligned in the axial direction of the shaft cavity and serve to support the rotor hollow shaft in a shaft bearing. In this context, a preferred embodiment of the invention provides that the inlet opening is guided by the first shaft journal.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Stirnflansch und/oder der zweite Stirnflansch wenigstens eine Ausnehmung aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein an der inneren Mantelfläche des zylinderförmigen Blechpaketträgers verlaufendes Kühlmedium über die Ausnehmung aus dem Wellenhohlraum austreten kann. Auf diese Weise kann das Kühlmedium vorzugsweise gegen eine Wicklung des den Rotor und/oder die Rotorhohlwelle umgebenden Stators befördert und/oder gespritzt werden, um die Wicklung, insbesondere die Wicklungsköpfe, des Stators zumindest teilweise zu kühlen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the first end flange and / or the second end flange has at least one recess which is arranged and designed such that a running on the inner circumferential surface of the cylindrical laminated core carrier cooling medium can escape via the recess from the shaft cavity , In this way, the cooling medium can preferably be conveyed and / or sprayed against a winding of the stator surrounding the rotor and / or the hollow rotor shaft in order to at least partially cool the winding, in particular the winding heads, of the stator.

In diesem Zusammenhang liegt eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass die wenigstens eine Ausnehmung an einer äußeren Umfangsfläche des ersten Stirnflanschs und/oder des zweiten Stirnflanschs angeordnet und/oder ausgebildet ist. Die Ausnehmung ist somit eine Vertiefung, die sich ausgehend vom äußeren Umfang in radialer Richtung nach innen erstreckt. Vorzugsweise sind mehrere in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Ausnehmungen vorgesehen.In this context, an advantageous development is that the at least one recess is arranged and / or formed on an outer peripheral surface of the first end flange and / or the second end flange. The recess is thus a recess which extends from the outer circumference in the radial direction inwards. Preferably, a plurality of circumferentially spaced-apart recesses are provided.

Grundsätzlich kann es ausreichen, dass die wenigstens eine Ausnehmung in dem ersten Stirnflansch und/oder dem zweiten Stirnflansch angeordnet und/oder ausgebildet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zylinderförmig ausgebildete Blechpaketträger auf einem dem ersten Stirnflansch zugewandten ersten Endbereich und/oder auf einem dem zweiten Stirnflansch zugewandten zweiten Endbereich wenigstens eine in radialer Richtung ausgebildete Öffnung aufweist, so dass ein an der inneren Mantelfläche des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers verlaufendes Kühlmedium über die Öffnung aus dem Wellenhohlraum austreten kann. Auf diese Weise wird eine alternative Möglichkeit bereitgestellt, dass Kühlmedium aus dem Wellenhohlraum über die Öffnung in Richtung der Wicklungen eines den Rotor umgebenden Stators zu befördern. Auf diese Weise können die Wicklungen des Stators effizient gekühlt werden.In principle, it may be sufficient for the at least one recess to be arranged and / or formed in the first end flange and / or the second end flange. An advantageous development of the invention provides that the cylinder-shaped laminated core has on a first end flange facing the first end portion and / or on a second end flange facing the second end portion at least one opening formed in the radial direction, so that on the inner circumferential surface of the cylindrical trained laminated core carrier extending cooling medium can escape via the opening of the shaft cavity. In this way, an alternative possibility is provided to convey the cooling medium from the shaft cavity via the opening in the direction of the windings of a rotor surrounding the stator. In this way, the windings of the stator can be efficiently cooled.

Die Erfindung betrifft zudem einen Rotor, aufweisend die mit wenigstens einem Blechpakete bestückte erfindungsgemäße Rotorhohlwelle.The invention also relates to a rotor, comprising the rotor hollow shaft according to the invention equipped with at least one laminated core.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit dem erfindungsgemäßen Rotor.Furthermore, the invention relates to an electric machine, in particular for a drive train of a motor vehicle, with the rotor according to the invention.

Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Rotorhohlwelle zum Kühlen eines Stators und/oder eines Rotors einer elektrischen Maschine.Furthermore, the invention relates to a use of the hollow rotor shaft according to the invention for cooling a stator and / or a rotor of an electric machine.

Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine, aufweisend den erfindungsgemäßen Rotor, umfassend die Schritte:

  • - Ansaugen eines Kühlmediums über das innerhalb des Wellenhohlraums angeordnete Pumpenelement;
  • - Beförderung des von dem Pumpenelement angesaugten Kühlmediums über die Austrittsöffnung des Pumpenelements an die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers, wobei das Kühlmedium gegen die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers prallt.
The invention also relates to a method for cooling an electric machine, comprising the rotor according to the invention, comprising the steps:
  • - Suction of a cooling medium via the arranged within the shaft cavity pump element;
  • - Carriage of the sucked by the pump element cooling medium on the Outlet opening of the pump element to the inner circumferential surface of the laminated core, wherein the cooling medium impinges against the inner circumferential surface of the laminated core carrier.

Es ist somit ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass das Kühlmedium über das innerhalb des Wellenhohlraums angeordnete Pumpenelement angesaugt wird. Auf diese Weise ist keine Pumpe außerhalb des Rotors erforderlich, die das Kühlmedium aktiv in den Wellenhohlraum pumpt. Somit kann der Bauraum der elektrischen Maschine reduziert werden.It is thus an essential aspect of the invention that the cooling medium is sucked in via the pump element arranged within the shaft cavity. In this way, no pump outside the rotor is required, which actively pumps the cooling medium into the shaft cavity. Thus, the space of the electric machine can be reduced.

Das Pumpenelement befördert das angesaugte Kühlmedium über eine Austrittsöffnung des Pumpenelements und/oder über die Laufradschauffeln des Pumpenlaufrads radial nach außen gegen die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers. Das Kühlmedium prallt gegen die innere Mantelfläche, wodurch der Blechpaketträger und ein auf dem Blechpaketträger angeordnetes Blechpaket durch eine Prallkühlung gekühlt werden können.The pump element conveys the sucked cooling medium via an outlet opening of the pump element and / or via the impeller blades of the pump impeller radially outward against the inner circumferential surface of the laminated core. The cooling medium bounces against the inner circumferential surface, whereby the laminated core carrier and a laminated core arranged on the laminated core carrier can be cooled by impingement cooling.

Abschließend sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das gegen die innere Mantelfläche beförderte Kühlmedium über wenigstens eine in dem ersten Stirnflansch und/oder dem zweiten Stirnflansch angeordnete Ausnehmung aus dem Wellenhohlraum entweicht und gegen Wicklungsköpfe eines den Rotor zumindest teilweise umgebenden Stators gespritzt wird. Auf diese Weise kann das Kühlmedium aus dem Wellenhohlraum derart abgeführt werden, dass es zudem die Wicklungsköpfe des Stators kühlt, wodurch eine effiziente Kühlung des Stators bewirkt werden kann.Finally, a preferred development of the invention that the conveyed against the inner circumferential surface cooling medium escapes via at least one arranged in the first end flange and / or the second end flange recess from the shaft cavity and is injected against winding heads of the rotor at least partially surrounding stator. In this way, the cooling medium can be removed from the shaft cavity such that it also cools the winding heads of the stator, whereby an efficient cooling of the stator can be effected.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen, Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Der Anmelder behält sich vor, einzelne oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Figuren näher erläutert.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the dependent claims and the following embodiments. The embodiments are not limiting, but rather to be understood as exemplary, they should enable the skilled person to carry out the invention. The Applicant reserves the right to make individual or several of the features disclosed in the exemplary embodiments the subject matter of patent claims or to include such features in existing claims. The embodiments are explained in more detail with reference to figures.

In diesen zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Rotor mit einer Rotorhohlwelle, die ein integriertes Pumpenelement aufweist,
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Rotor, wobei das Pumpenelement als Kreiselpumpe mit einem Pumpenlaufrad ausgebildet ist,
  • 3a einen Längsschnitt durch das Pumpenlaufrad,
  • 3b eine Ansicht des Pumpenlaufrads,
  • 3c einen Querschnitt durch das Pumpenlaufrad,
  • 4 einen Längsschnitt durch den Rotor,
  • 5a eine Ansicht der Rotorhohlwelle,
  • 5b eine Ansicht des Durchleitelements mit dem ersten Stirnflansch und dem zweiten Stirnflansch,
  • 6 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine.
In these show:
  • 1 1 is a schematic sectional view through a rotor with a hollow rotor shaft, which has an integrated pump element,
  • 2 3 is a schematic sectional view through the rotor, the pump element being designed as a centrifugal pump with a pump impeller,
  • 3a a longitudinal section through the pump impeller,
  • 3b a view of the pump impeller,
  • 3c a cross section through the pump impeller,
  • 4 a longitudinal section through the rotor,
  • 5a a view of the hollow rotor shaft,
  • 5b a view of the passage element with the first end flange and the second end flange,
  • 6 a longitudinal section through an electric machine.

In 1 ist eine Schnittdarstellung eines Rotors 10 gezeigt, der eine Rotorhohlwelle 12 mit einem integrierten Pumpenelement 14 umfasst. Die Rotorhohlwelle 12 weist einen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger 16 auf, der beidseitig an den zueinander in axialer Richtung beabstandeten Endbereichen 18, 20 jeweils mit einem Stirnflansch 22, 24 abgeschlossen ist, so dass durch den zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger 16 ein Wellenhohlraum 26 ausgebildet wird. Auf den Blechpaketträger 16 ist in Längsrichtung des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers 16 wenigstens ein Blechpaket 28 angeordnet, um den Rotor 10 auszubilden.In 1 is a sectional view of a rotor 10 shown a rotor hollow shaft 12 with an integrated pump element 14 includes. The rotor hollow shaft 12 has a cylindrical shaped laminated core carrier 16 on, on both sides of each other in the axial direction spaced end portions 18 . 20 each with a front flange 22 . 24 is completed, so that by the cylinder-shaped laminated core 16 a wave cavity 26 is trained. On the laminated box carrier 16 is in the longitudinal direction of the cylinder-shaped laminated core carrier 16 at least one laminated core 28 arranged to the rotor 10 train.

Innerhalb des ersten Stirnflanschs 22 ist eine Einlassöffnung 30 ausgebildet, über die ein Kühlmedium 32 dem Wellenhohlraum 26 zuführbar ist.Within the first end flange 22 is an inlet opening 30 formed over which a cooling medium 32 the wave cavity 26 can be fed.

Innerhalb des Wellenhohlraums 26 ist das Pumpenelement 14 angeordnet, wobei das Pumpenelement 14 mit der Einlassöffnung 30 fluidtechnisch verbunden ist. Das Pumpenelement 14 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das Pumpenelement 14 das Kühlmedium 32 über die Einlassöffnung 30 ansaugt und gegen eine innere Mantelfläche 34 des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers 16 befördert.Inside the wave cavity 26 is the pump element 14 arranged, wherein the pump element 14 with the inlet opening 30 fluidly connected. The pump element 14 is arranged and configured such that the pump element 14 the cooling medium 32 over the inlet opening 30 sucks and against an inner surface 34 the cylinder-shaped laminated core carrier 16 promoted.

Auf diese Weise wird über das innerhalb des Wellenhohlraums 26 angeordnete Pumpenelement 14 das Kühlmedium 32 in den Wellenhohlraum 26 angesaugt, so dass keine außerhalb des Rotors 10 angeordnete und/oder ausgebildete Pumpeneinrichtung zur aktiven Beförderung des Kühlmediums 32 in den Wellenhohlraum 26 erforderlich ist. Auf diese Weise kann der Bauraum einer den Rotor 10 aufweisenden elektrischen Maschine durch die Ausbildung der Rotorhohlwelle 12 mit dem integrierten Pumpenelement 14 reduziert werden.In this way, over that within the wave cavity 26 arranged pump element 14 the cooling medium 32 into the wave cavity 26 sucked so that no outside of the rotor 10 arranged and / or formed pump means for actively conveying the cooling medium 32 into the wave cavity 26 is required. In this way, the space of a the rotor 10 having electric machine by the formation of the hollow rotor shaft 12 with the integrated pump element 14 be reduced.

Das über das Pumpenelement 14 beförderte Kühlmedium 32 prallt gegen die innere Mantelfläche 34 des Blechpaketträgers 16, wobei das Kühlmedium 32 im Wesentlichen senkrecht auf die innere Mantelfläche 34 trifft und einen sogenannten „wall-jet“ erzeugt. Dies bedeutet, dass der Fluidstrom des Kühlmediums 32 vom Aufprallort in radialer Richtung und/oder in radialer Weise über die innere Mantelfläche 34 geführt wird. Um das Zentrum des Aufprallortes lassen sich sehr hohe Wärmeübertragungsraten erzielen, die mit zunehmenden radialen Abstand vom Zentrum des Aufprallortes abnehmen.That via the pump element 14 conveyed cooling medium 32 bounces against the inner surface 34 of the laminated core carrier 16 , wherein the cooling medium 32 essentially perpendicular to the inner lateral surface 34 meets and produces a so-called "wall-jet". This means that the fluid flow of the cooling medium 32 from the impact location in the radial direction and / or in a radial manner over the inner circumferential surface 34 to be led. Very high heat transfer rates can be achieved around the center of the impact location, which decrease with increasing radial distance from the center of the impact location.

Auf dies Weise kann das Kühlmedium 32 vorzugsweise auf Stellen innerhalb des Blechpaketträgers 16 gerichtet werden, die sich besonders schnell erwärmen oder bei denen sich eine Erwärmung staut. Auf diese Weise kann über das Pumpenelement 14 innerhalb des Wellenhohlraums 26 eine gleichmäßige Kühlung des Rotors 10 ermöglicht werden, um Kontaktspannungen der Rotorlagerung aufgrund eines zu großen Temperaturgradienten zwischen einem inneren Lagerring und einem äußeren Lagerung zu reduzieren.In this way, the cooling medium 32 preferably on locations within the laminated core carrier 16 be directed, which heat up very quickly or where a warming accumulates. In this way, via the pump element 14 within the wave cavity 26 a uniform cooling of the rotor 10 be allowed to reduce contact stresses of the rotor bearing due to a large temperature gradient between an inner bearing ring and an outer bearing.

Aufgrund der Zentrifugalkraft des um die Rotorachse 36 der Rotorhohlwelle 12 rotierenden Rotors 10 wird das Kühlmedium 32 an die innere Mantelfläche 34 gepresst und in Richtung der Endbereiche 18, 20 des Blechpaketträgers 16 geführt. In dem auf den Endbereichen 18, 20 angeordneten ersten Stirnflansch 22 und dem zweiten Stirnflansch 24 sind an einer Umfangsfläche der jeweiligen Stirnflansche Ausnehmungen 38 angeordnet. Auf diese Weise kann das Kühlmedium 32 über die Ausnehmungen 38 aus dem Wellenhohlraum 26 austreten und vorzugsweise gegen Wicklungen eines den Rotor 10 umgebenden Stators (nicht dargestellt) prallen, um diese zu kühlen.Due to the centrifugal force of the around the rotor axis 36 the rotor hollow shaft 12 rotating rotor 10 becomes the cooling medium 32 to the inner lateral surface 34 pressed and towards the end areas 18 . 20 of the laminated core carrier 16 guided. In the on the end areas 18 . 20 arranged first end flange 22 and the second end flange 24 are recesses on a peripheral surface of the respective end flanges 38 arranged. In this way, the cooling medium 32 about the recesses 38 from the wave cavity 26 emerge and preferably against windings of the rotor 10 surrounding stator (not shown) to cool them.

Das aus dem Wellenhohlraum 26 über die Ausnehmungen 38 austretende Kühlmedium 32 wird einem Kühlkreislauf 40 zugeführt, um dies erneut dem Pumpenelement 14 zuführen zu können bzw. damit dies erneut über das Pumpenelement 14 ansaugbar ist.That from the wave cavity 26 about the recesses 38 escaping cooling medium 32 becomes a cooling circuit 40 fed to the pump element again 14 to be able to perform or so again on the pump element 14 is sucked.

In 2 ist der aus 1 bekannte Rotor 10 gezeigt, wobei das Pumpenelement 14 als selbstansaugende Kreiselpumpe ausgebildet ist. Das Pumpenelement 14 weist ein Durchleitelement 42 auf, das einen ersten Endabschnitt 44 und einen zum ersten Endabschnitt 44 in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Endabschnitt 46 aufweist. Der erste Endabschnitt 44 ist mit der Einlassöffnung 30 fluidtechnisch verbunden, so dass das Kühlmedium 32 über die Einlassöffnung 30 und den ersten Endabschnitt 44 in das Durchleitelement 42 einführbar ist. Der zweite Endabschnitt 46 ist geschlossen. Zwischen dem ersten Endabschnitt 44 und dem zweiten Endabschnitt 46 ist wenigstens eine Durchlassöffnung 48 ausgebildet ist, und auf dem Durchleitelement 42 ist im Bereich der Durchlassöffnung 48 ein Pumpenlaufrad 50 angeordnet.In 2 is the off 1 known rotor 10 shown, wherein the pump element 14 is designed as a self-priming centrifugal pump. The pump element 14 has a passage element 42 on, that has a first end section 44 and one to the first end portion 44 spaced in the axial direction arranged second end portion 46 having. The first end section 44 is with the inlet opening 30 fluidly connected, so that the cooling medium 32 over the inlet opening 30 and the first end portion 44 in the passage 42 is insertable. The second end section 46 is closed. Between the first end section 44 and the second end portion 46 is at least one passage opening 48 is formed, and on the passage element 42 is in the area of the passage opening 48 a pump impeller 50 arranged.

Auf diese Weise wird die Ausbildung einer Kreiselpumpe angegeben, die innerhalb des Wellenhohlraums 26 angeordnet ist und mit dem ersten Stirnflansch 22 drehfest verbunden und/oder in diesem eingespannt ist. Grundsätzlich kann es ausreichen, dass das Durchleitelement 42 nur eine Durchlassöffnung 48 aufweist. Für gewöhnlich ist vorgesehen, dass das Durchleitelement 42 eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen 48 aufweist, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind.In this way, the formation of a centrifugal pump is indicated, which is within the wave cavity 26 is arranged and with the first end flange 22 rotatably connected and / or clamped in this. In principle, it may be sufficient for the passage element 42 only one passage opening 48 having. It is usually provided that the passage element 42 a plurality of passage openings 48 has, which are arranged spaced from each other in the circumferential direction.

Durch eine Rotation des Rotors 10 wird das mit dem ersten Stirnflansch 22 drehfest verbundene Durchleitelement 42 und somit auch das auf dem Durchleitelement 42 angeordnete Pumpenlaufrad 50 in Rotation versetzt, wodurch das Pumpenlaufrad 50 einen Unterdruck und/oder eine Sogwirkung erzeugt und somit das Kühlmedium 32 über die im Durchleitelement 42 angeordnete Durchlassöffnung 48 und die Einlassöffnung 30 ansaugt. Über die Zentrifugalkraft wird das Kühlmedium 32 an den äußeren Rand des Pumpenlaufrads gepresst und entweicht über die Austrittsöffnung 52.By a rotation of the rotor 10 this will be with the first end flange 22 rotatably connected passage element 42 and thus also on the passage element 42 arranged pump impeller 50 rotated, causing the pump impeller 50 generates a negative pressure and / or a suction effect and thus the cooling medium 32 over in the passage element 42 arranged passage opening 48 and the inlet opening 30 sucks. About the centrifugal force is the cooling medium 32 pressed against the outer edge of the pump impeller and escapes through the outlet opening 52 ,

In den 3a, 3b und 3c ist das als Kreiselpumpe ausgebildete Pumpenelement 14 im Detail dargestellt. Nachstehend wird auf die 3a, 3b und 3c gleichzeitig Bezug genommen. Das Pumpenlaufrad 50 weist zwei zueinander beabstandet angeordnete Laufradscheiben 54 und eine Mehrzahl von zwischen den Laufradscheiben 54 angeordneten Laufradschauffeln 56 auf, wobei die Laufradscheiben 54 drehfest auf dem Durchleitelement 42 angeordnet sind. Die Laufradschauffeln 56 weisen einen in Umfangsrichtung leicht gekrümmten bzw. bogenförmigen Verlauf auf. In the 3a . 3b and 3c is designed as a centrifugal pump pump element 14 shown in detail. Below is on the 3a . 3b and 3c simultaneously referred to. The pump impeller 50 has two mutually spaced impeller disks 54 and a plurality of between the impeller disks 54 arranged impeller blades 56 on, with the impeller discs 54 rotationally fixed on the passage element 42 are arranged. The impeller shovels 56 have a slightly curved or arcuate course in the circumferential direction.

Die Austrittsöffnungen 52 des Pumpenelements 14 sind am äußeren Rand des Pumpenlaufrads 50 zwischen den jeweiligen Laufradschauffeln 56 und den Laufradscheiben 54 ausgebildet.The outlet openings 52 of the pump element 14 are on the outer edge of the pump impeller 50 between the respective impeller blades 56 and the impeller disks 54 educated.

4 zeigt den aus 2 bekannten Rotor 10. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Rotor 10 ist in 4 das Durchleitelement 42 mit dem zweiten Endabschnitt 46 bis zum zweiten Stirnflansch 24 geführt und in diesem gelagert bzw. mit diesem drehfest verbunden. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des Durchleitelements 42 und die Lagesicherheit des auf dem Durchleitelement 42 angeordneten Pumpenlaufrads 50 erhöht werden. 4 shows that off 2 known rotor 10 , Unlike the in 2 shown rotor 10 is in 4 the passage element 42 with the second end portion 46 to the second end flange 24 guided and stored in this or rotatably connected to this. In this way, the rigidity of the passage element 42 and the positional safety of the on the passage element 42 arranged pump impeller 50 increase.

Zwischen der wenigsten einen Durchlassöffnung 48 und dem zweiten Endabschnitt 46 ist ein Wandelement 58 innerhalb des Durchleitelements 42 angeordnet. Der durch das Pumpenlaufrad 50 erzeugbare Unterdruck kann somit über das Wandelement 58 derart innerhalb des Durchleitelements 42 konzentriert werden, dass über die Einlassöffnung 30 das Kühlmedium 32 ansaugbar ist.Between the least one passage opening 48 and the second end portion 46 is a wall element 58 within the passage element 42 arranged. The through the pump impeller 50 producible negative pressure can thus on the wall element 58 such within the passage element 42 be concentrated that over the inlet opening 30 the cooling medium 32 is sucked.

Das Pumpenelement 14 bzw. das Pumpenlaufrad 50 ist in axialer Richtung des Wellenhohlraums 26 mittig im Wellenhohlraum 26 angeordnet. Für gewöhnlich staut sich die Wärme in dem auf dem Blechpaketträger 16 angeordneten Blechpaket 28 in Folge einer Rotation des Rotors 10 relativ zum Stator (nicht dargestellt) in der Mitte des Blechpakets, während in den Randbereichen des Blechpakets 28 die Wärme schneller abfließen oder einfacher gekühlt werden kann. Das Pumpenlaufrad 50 bzw. die Austrittsöffnungen 52 des Pumpenlaufrads 50 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in radialer Richtung in Richtung des Hotspots des Blechpakets 28 ausgerichtet, so dass über das Pumpenelement 14 der Blechpaketträger 16 und somit das auf dem Blechpaketträger 16 angeordnete Blechpaket 28 wirksam gekühlt werden kann. The pump element 14 or the pump impeller 50 is in the axial direction of the shaft cavity 26 in the center of the wave cavity 26 arranged. Usually, the heat accumulates in the on the laminated core 16 arranged laminated core 28 in consequence of a rotation of the rotor 10 relative to the stator (not shown) in the middle of the laminated core, while in the edge regions of the laminated core 28 the heat can flow off faster or be cooled more easily. The pump impeller 50 or the outlet openings 52 the pump impeller 50 are in the present embodiment in the radial direction in the direction of the hotspot of the laminated core 28 aligned so that over the pump element 14 the laminated core carrier 16 and thus on the laminated core 16 arranged laminated core 28 can be effectively cooled.

Der erste Stirnflansch 22 weist auf einer dem Wellenhohlraum 26 abgewandten Seite einen ersten Wellenzapfen 60 und/oder der zweite Stirnflansch 24 weist auf einer dem Wellenhohlraum 26 abgewandten Seite einen zweiten Wellenzapfen 62 auf. Der erste Wellenzapfen 60 und der zweite Wellenzapfen 62 sind jeweils in Achsrichtung des Wellenhohlraums 26 ausgerichtet und dienen einer Lagerung der Rotorhohlwelle 12 in einem Wellenlager. Die Einlassöffnung 30 ist durch den ersten Wellenzapfen 60 geführt.The first end flange 22 points to a wave cavity 26 side facing away from a first shaft journal 60 and / or the second end flange 24 points to a wave cavity 26 side facing away from a second shaft journal 62 on. The first shaft journal 60 and the second shaft journal 62 are each in the axial direction of the shaft cavity 26 aligned and serve to support the rotor hollow shaft 12 in a shaft bearing. The inlet opening 30 is through the first shaft journal 60 guided.

In 5a ist eine Ansicht der Rotorhohlwelle 12 gezeigt und die 5b veranschaulicht eine Ansicht des Durchleitelements 42 mit den Stirnflanschen 22, 24. Nachfolgend wird auf die 5a und 5b gleichzeitig Bezug genommen. Der erste Stirnflansch 22 und der zweite Stirnflansch 24 weisen jeweils an einer äußeren Umfangsfläche mehrere in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Ausnehmung 38 auf. Die Ausnehmungen 38 bewirken, dass an den Endbereichen 18, 20 des Blechpaketträgers 16 zwischen der inneren Mantelfläche 34 und den Stirnflanschen 22, 24 im Bereich der Ausnehmungen 38 ein Spalt ausgebildet wird, über den das an die innere Mantelfläche 34 beförderte Kühlmedium 32 aus dem Wellenhohlraum 26 austreten kann. Auf diese Weise kann das Kühlmedium 32 vorzugsweise gegen eine Wicklung des den Rotor 10 umgebenden Stators (nicht dargestellt) befördert und/oder gespritzt werden, um die Wicklungen des Stators zumindest teilweise zu kühlen.In 5a is a view of the rotor hollow shaft 12 shown and the 5b illustrates a view of the passage element 42 with the end flanges 22 . 24 , Below is on the 5a and 5b simultaneously referred to. The first end flange 22 and the second end flange 24 each have on an outer peripheral surface a plurality of circumferentially spaced-apart arranged recess 38 on. The recesses 38 cause that at the end areas 18 . 20 of the laminated core carrier 16 between the inner lateral surface 34 and the end flanges 22 . 24 in the area of the recesses 38 a gap is formed, via which the to the inner circumferential surface 34 conveyed cooling medium 32 from the wave cavity 26 can escape. In this way, the cooling medium 32 preferably against a winding of the rotor 10 surrounding stator (not shown) and / or sprayed to at least partially cool the windings of the stator.

6 zeigt eine elektrische Maschine 64, die in einem Gehäuse 66 ein Getriebe 68 und einen Elektromotor 70 aufweist, wobei der Elektromotor 70 den Rotor 10 und einen den Rotor 10 zumindest abschnittsweise umgebenden Stator 72 umfasst. Der Rotor 10 ist über Wellenlager 74, die an den ersten Wellenzapfen 60 und den zweiten Wellenzapfen 62 angreifen, im den Gehäuse 66 relativ zum Stator 72 um die Rotorachse 36 rotierbar gelagert. Der zweite Wellenzapfen 62 ist mit einer Getriebeeingangswelle 76 gekoppelt, so dass eine Drehbewegung des Rotors 10 auf das Getriebe 68 übertragbar ist. 6 shows an electric machine 64 in a housing 66 a gearbox 68 and an electric motor 70 having, wherein the electric motor 70 the rotor 10 and one the rotor 10 at least partially surrounding stator 72 includes. The rotor 10 is about shaft bearings 74 attached to the first shaft journal 60 and the second shaft journal 62 attack, in the case 66 relative to the stator 72 around the rotor axis 36 rotatably mounted. The second shaft journal 62 is with a transmission input shaft 76 coupled, allowing a rotational movement of the rotor 10 on the gearbox 68 is transferable.

Infolge einer Rotation des Rotors 10 wird das Kühlmedium 32, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Getriebeöl ist, über die in dem ersten Wellenzapfen 60 und dem ersten Stirnflansch 22 angeordnete Einlassöffnung 30 von dem in dem Wellenhohlraum 26 angeordneten selbstansaugenden Pumpenelement 14, die als Kreiselpumpe ausgebildet ist, angesaugt und über die Austrittsöffnung 52 des Pumpenelements 14 und/oder über die Laufradschauffeln 56 des Pumpenlaufrads 50 radial nach außen gegen die innere Mantelfläche 34 des Blechpaketträgers 16 befördert. Das Kühlmedium 32 prallt gegen die innere Mantelfläche 34, wodurch der Blechpaketträger 16 und das auf dem Blechpaketträger 16 angeordnete Blechpaket 28 durch eine Prallkühlung gekühlt werden.As a result of a rotation of the rotor 10 becomes the cooling medium 32 which in the present embodiment is a transmission oil, via which in the first shaft journal 60 and the first end flange 22 arranged inlet opening 30 from that in the wave cavity 26 arranged self-priming pump element 14 , which is designed as a centrifugal pump, sucked in and over the outlet opening 52 of the pump element 14 and / or over the impeller blades 56 the pump impeller 50 radially outward against the inner circumferential surface 34 of the laminated core carrier 16 promoted. The cooling medium 32 bounces against the inner surface 34 , causing the laminated core carrier 16 and on the laminated core 16 arranged laminated core 28 be cooled by an impingement cooling.

Das auf die innere Mantelfläche 34 beförderte Kühlmedium 32 entweicht aus dem Wellenhohlraum 26 über die in dem ersten Stirnflansch 22 und dem zweiten Stirnflansch 24 angeordneten Ausnehmungen 38. Infolge der Zentrifugalkraft des rotierenden Rotors 10 wird das Kühlmedium 32 derart aus den Ausnehmungen 38 herausgeschleudert, dass es auf die Wicklungsköpfe 78 des Stators 72 trifft, wodurch diese ebenfalls gekühlt werden. Anschließend wird das Kühlmedium 32 einem Umlaufkühlkreis zugeführt, so dass es zur erneuten Kühlung verwendet werden kann.That on the inner surface 34 conveyed cooling medium 32 escapes from the wave cavity 26 over in the first end flange 22 and the second end flange 24 arranged recesses 38 , Due to the centrifugal force of the rotating rotor 10 becomes the cooling medium 32 such from the recesses 38 flung it out on the winding heads 78 of the stator 72 meets, whereby these are also cooled. Subsequently, the cooling medium 32 supplied to a circulation cooling circuit so that it can be used for re-cooling.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Rotorrotor
1212
RotorhohlwelleRotor hollow shaft
1414
Pumpenelementpump element
1616
BlechpaketträgerLaminated core carrier
1818
Erster EndbereichFirst end area
2020
Zweiter EndbereichSecond end area
2222
Erster StirnflanschFirst end flange
2424
Zweier StirnflanschTwo front flange
2626
Wellenhohlraumwave cavity
2828
Blechpaketlaminated core
3030
Einlassöffnunginlet port
3232
Kühlmediumcooling medium
3434
Innere MantelflächeInner jacket surface
3636
Achseaxis
3838
Ausnehmungrecess
4040
KühlkreislaufCooling circuit
42 42
DurchleitelementDurchleitelement
4444
Erster EndabschnittFirst end section
4646
Zweiter EndabschnittSecond end section
4848
DurchlassöffnungPort
5050
Pumpenlaufradpump impeller
5252
Austrittsöffnungoutlet opening
5454
Laufradscheibewheel disc
5656
LaufradschauffelLaufradschauffel
5858
Wandelementwall element
6060
Erster WellenzapfenFirst shaft journal
6262
Zweiter WellenzapfenSecond shaft journal
6464
Elektrische MaschineElectric machine
6666
Gehäusecasing
6868
Getriebetransmission
7070
Motorengine
7272
Statorstator
7474
Wellenlagershaft bearing
7676
GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
7878
Wicklungskopfwinding head

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014107845 A1 [0004]DE 102014107845 A1 [0004]

Claims (12)

Rotorhohlwelle (12) für einen Rotor (10) einer elektrischen Maschine (64), umfassend - einen beidseitig von einem ersten Stirnflansch (22) und einem zweiten Stirnflansch (24) abgeschlossenen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger (16), der einen Wellenhohlraum (26) umgibt, wobei in dem ersten Stirnflansch (22) eine Einlassöffnung (30) ausgebildet ist, und - ein innerhalb des Wellenhohlraums (26) angeordnetes Pumpenelement (14), das mit der Einlassöffnung (30) fluidtechnisch verbunden ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Pumpenelement (14) ein Kühlmedium (32) über die Einlassöffnung (30) ansaugbar und über eine Austrittsöffnung (52) des Pumpenelements (14) gegen eine innere Mantelfläche (34) des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers (16) beförderbar ist.A rotor hollow shaft (12) for a rotor (10) of an electric machine (64) - On both sides of a first end flange (22) and a second end flange (24) closed cylindrical formed Blechpaketträger (16) surrounding a shaft cavity (26), wherein in the first end flange (22) an inlet opening (30) is formed, and - A within the shaft cavity (26) arranged pump element (14) which is fluidly connected to the inlet opening (30) and arranged and designed such that on the pump element (14) a cooling medium (32) via the inlet opening (30) sucked and via an outlet opening (52) of the pump element (14) against an inner circumferential surface (34) of the cylindrically shaped laminated core (16) is conveyed. Rotorhohlwelle (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (14) ein selbstansaugendes Pumpenelement, insbesondere eine Kreiselpumpe, ist.Rotor hollow shaft (12) after Claim 1 , characterized in that the pump element (14) is a self-priming pump element, in particular a centrifugal pump. Rotorhohlwelle (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (14) - ein Durchleitelement (42) aufweist, das einen ersten Endabschnitt (44) und einen zum ersten Endabschnitt (44) in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Endabschnitt (46) aufweist, - der erste Endabschnitt (44) mit der Einlassöffnung (30) fluidtechnisch verbunden ist, und - der zweite Endabschnitt (46) verschlossen ist, wobei - zwischen dem ersten Endabschnitt (44) und dem zweiten Endabschnitt (46) wenigstens eine Durchlassöffnung (48) ausgebildet ist, und - auf dem Durchleitelement (42) im Bereich der Durchlassöffnung (48) ein Pumpenlaufrad (50) angeordnet ist.Rotor hollow shaft (12) after Claim 1 or 2 characterized in that the pump member (14) comprises a passage member (42) having a first end portion (44) and a second end portion (46) spaced axially from the first end portion (44), the first end portion (46); 44) is fluidly connected to the inlet opening (30), and - the second end section (46) is closed, wherein - at least one passage opening (48) is formed between the first end section (44) and the second end section (46), and on the passage element (42) in the region of the passage opening (48) a pump impeller (50) is arranged. Rotorhohlwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endabschnitt (46) des Durchleitelements (42) bis zum zweiten Stirnflansch (24) geführt und in diesem gelagert und/oder mit diesem drehfest verbunden ist.Rotor hollow shaft after Claim 3 , characterized in that the second end portion (46) of the passage element (42) to the second end flange (24) out and stored in this and / or rotatably connected thereto. Rotorhohlwelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (50) wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete Laufradscheiben (54) und eine Mehrzahl von zwischen den Laufradscheiben (54) angeordneten Laufradschauffeln (56) aufweist, wobei die Laufradscheiben (54) drehfest auf dem Durchleitelement (42) angeordnet sind.Rotor hollow shaft after Claim 3 or 4 characterized in that the impeller (50) comprises at least two impeller disks (54) spaced apart from each other and a plurality of impeller blades (56) disposed between the impeller disks (54), the impeller disks (54) being non-rotatably mounted on the passage member (42) are. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stirnflansch (22) auf einer dem Wellenhohlraum (26) abgewandten Seite einen ersten Wellenzapfen (60) und/oder der zweite Stirnflansch (24) auf einer dem Wellenhohlraum (26) abgewandten Seite einen zweiten Wellenzapfen (62) aufweist.Rotor hollow shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the first end flange (22) on a side facing away from the shaft cavity (26) a first shaft journal (60) and / or the second end flange (24) on a side facing away from the shaft cavity (26) a second shaft journal (62). Rotorhohlwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (30) durch den ersten Wellenzapfen (60) geführt ist.Rotor hollow shaft after Claim 6 , characterized in that the inlet opening (30) is guided by the first shaft journal (60). Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stirnflansch (22) und/oder der zweite Stirnflansch (24) wenigstens eine Ausnehmung (38) aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein an der inneren Mantelfläche (34) des zylinderförmigen Blechpaketträgers (16) verlaufendes Kühlmedium (32) über die Ausnehmung (38) aus dem Wellenhohlraum (26) austreten kann.Rotor hollow shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the first end flange (22) and / or the second end flange (24) has at least one recess (38) which is arranged and formed such that a on the inner circumferential surface (34) of the cylindrical laminated core (16) extending cooling medium (32) via the recess (38) from the shaft cavity (26) can escape. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmig ausgebildete Blechpaketträger (16) auf einem dem ersten Stirnflansch (22) zugewandten ersten Endbereich (18) und/oder auf einem dem zweiten Stirnflansch (24) zugewandten zweiten Endbereich (20) wenigstens eine in radialer Richtung ausgebildete Öffnung aufweist, so dass ein an der inneren Mantelfläche (34) des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers (16) verlaufendes Kühlmedium (32) über die Öffnung aus dem Wellenhohlraum (26) austreten kann.Rotor hollow shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder-shaped laminated core (16) on a first end flange (22) facing first end portion (18) and / or on a second end flange (24) facing the second end portion (20) at least has an opening formed in the radial direction, so that on the inner circumferential surface (34) of the cylindrically shaped laminated core (16) extending cooling medium (32) via the opening from the shaft cavity (26) can escape. Rotor (10), aufweisend eine mit wenigstens einem Blechpaket (28) bestückte Rotorhohlwelle (12) nach einem der vorherigen Ansprüche.Rotor (10), comprising a with at least one laminated core (28) equipped rotor hollow shaft (12) according to one of the preceding claims. Elektrische Maschine (64), insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Rotor (10) nach Anspruch (10).Electric machine (64), in particular for a drive train of a motor vehicle, comprising a rotor (10) according to claim (10). Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine (64), aufweisend einen Rotor (10) nach Anspruch 10, umfassend die Schritte: - Ansaugen eines Kühlmediums (32) über das innerhalb des Wellenhohlraums (26) angeordnete Pumpenelement (14); - Beförderung des von dem Pumpenelement (14) angesaugten Kühlmediums (32) über die Austrittsöffnung (52) des Pumpenelements (14) an die innere Mantelfläche (34) des Blechpaketträgers (16), wobei das Kühlmedium (32) gegen die innere Mantelfläche (34) des Blechpaketträgers (16) prallt.A method of cooling an electric machine (64), comprising a rotor (10) Claim 10 comprising the steps of: - aspirating a cooling medium (32) over the pumping element (14) disposed within the wave cavity (26); - Transport of the sucked by the pump element (14) cooling medium (32) via the outlet opening (52) of the pump element (14) to the inner circumferential surface (34) of the laminated core (16), wherein the cooling medium (32) against the inner circumferential surface (34 ) of the laminated core (16) bounces.
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