DE102017218351A1 - Rotor hollow shaft with integrated pump element - Google Patents
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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. 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).
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
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.
- - 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.
-
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
Innerhalb des ersten Stirnflanschs
Innerhalb des Wellenhohlraums
Auf diese Weise wird über das innerhalb des Wellenhohlraums
Das über das Pumpenelement
Auf dies Weise kann das Kühlmedium
Aufgrund der Zentrifugalkraft des um die Rotorachse
Das aus dem Wellenhohlraum
In
Auf diese Weise wird die Ausbildung einer Kreiselpumpe angegeben, die innerhalb des Wellenhohlraums
Durch eine Rotation des Rotors
In den
Die Austrittsöffnungen
Zwischen der wenigsten einen Durchlassöffnung
Das Pumpenelement
Der erste Stirnflansch
In
Infolge einer Rotation des Rotors
Das auf die innere Mantelfläche
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
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