DE102018130557A1 - Rotor shaft for a rotor of an electric motor - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Abstract

Rotorwelle für einen Rotor eines Elektromotors, wobei die Rotorwelle 1 entweder eine Hohlwelle ist, die mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle 1 erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe 5 und/oder Vertiefung 6 aufweist, um bei Rotation der Rotorwelle 1 ein Kühlfluid in Längsrichtung der Rotorwelle 1 zu befördern, oder eine Vollwelle ist, die mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle 1 erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe und/oder Vertiefung aufweist, um bei Rotation der Rotorwelle 1 ein Kühlfluid in Längsrichtung der Rotorwelle 1 zu befördern.Rotor shaft for a rotor of an electric motor, wherein the rotor shaft 1 is either a hollow shaft which has at least one helically extending rib 5 and / or recess 6 extending in the longitudinal direction of the rotor shaft 1, and a cooling fluid in the longitudinal direction of the rotor shaft when the rotor shaft 1 rotates 1 or a solid shaft, which has at least one helically extending rib and / or depression extending in the longitudinal direction of the rotor shaft 1, in order to convey a cooling fluid in the longitudinal direction of the rotor shaft 1 when the rotor shaft 1 rotates.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention relates to a rotor shaft for an electric motor with the features of claim 1.

Rotorwellen für Elektromotoren können als Hohlwellen oder Vollwellen ausgeführt sein. Die während des Betriebs des Elektromotors entstehende Wärme muss abgeführt werden, um die thermischen Belastungen an den Bauteilen des Elektromotors zu reduzieren. Eine passive Kühlung erfolgt über thermisch leitenden Kontakt mit weiteren Konstruktionsteilen, wie beispielsweise der Wellenlagerung des Elektromotors. Eine aktive Kühlung mittels Luft oder Flüssigkeit ist ebenfalls möglich. Rotorwellen können als fluidführende Hohlwellen von innen mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden.Rotor shafts for electric motors can be designed as hollow shafts or solid shafts. The heat generated during the operation of the electric motor must be dissipated in order to reduce the thermal loads on the components of the electric motor. Passive cooling takes place via thermally conductive contact with other structural parts, such as the shaft bearing of the electric motor. Active cooling using air or liquid is also possible. Rotor shafts can be cooled as a fluid-carrying hollow shaft from the inside with a coolant.

In der DE 10 2016 202 416 A1 wird beschrieben, dass Rotorwellen von innen gekühlt werden, indem ein sogenannter Kühlkörper verdrehfest mit der als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle verbunden wird. Zusätzlich kann die Rotorwelle Innenstege besitzen, um die Oberfläche zu vergrößern und um die Kühlung zu verbessern. Ein zusätzlicher Kühlkörper kann Rippen und Durchgangsöffnungen z. B. in Schraubenform aufweisen um das Kühlfluid durch die Drehung der Rotorwelle in Axialrichtung zu fördern. Die Kühlrippen können endseitig verbreitert sein, sodass möglichst viel Wärme von der Hohlwelle auf den Kühlkörper und damit auf das Kühlfluid übertragen wird.In the DE 10 2016 202 416 A1 describes that rotor shafts are cooled from the inside by connecting a so-called heat sink to the rotor shaft designed as a hollow shaft so that it cannot rotate. In addition, the rotor shaft can have inner webs in order to enlarge the surface and to improve the cooling. An additional heat sink can ribs and through openings z. B. in screw form to promote the cooling fluid by rotating the rotor shaft in the axial direction. The cooling fins can be widened at the end, so that as much heat as possible is transferred from the hollow shaft to the heat sink and thus to the cooling fluid.

Die Kombination aus einer Hohlwelle und einem Kühlkörper setzt eine präzise Fertigung voraus. Insbesondere bei stark strukturierten Bauteilen mit großer Oberfläche besteht die Gefahr, dass sich eine Unwucht durch den Kühlkörper ergibt, die nachträglich korrigiert werden muss. Die Fertigung ist vergleichsweise aufwendig.The combination of a hollow shaft and a heat sink requires precise manufacturing. Particularly in the case of highly structured components with a large surface area, there is a risk that the heat sink will cause an imbalance, which must be corrected subsequently. The production is comparatively complex.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rotorwelle für einen Elektromotor dahingehend weiterzuentwickeln, dass bei hoher Kühlleistung auf einen kühlfluidfördernden Kühlkörper verzichtet werden kann.Proceeding from this, the object of the invention is to further develop a rotor shaft for an electric motor in such a way that, with high cooling power, a cooling fluid-promoting cooling body can be dispensed with.

Diese Aufgabe ist bei einer Rotorwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a rotor shaft with the features of patent claim 1.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

Die Rotorwelle ist in einer ersten Variante eine Hohlwelle, die mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe und/oder Vertiefung aufweist, um bei Rotation der Rotorwelle ein Kühlfluid in Längsrichtung der Rotorwelle zu befördern. Diese Ausführungsform einer Rotorwelle verzichtet gänzlich auf ein zusätzliches Kühlelement. Die Rippen und/oder Vertiefungen verlaufen wendelförmig. Durch die Wendelform wird das Kühlfluid in Axialrichtung gefördert, sodass eine externe Pumpe zum Transport des Kühlfluids entweder entfallen kann oder zumindest unterstützt wird. Bei der erfindungsgemäßen Rotorwelle bewirken die wendelförmig verlaufenden Rippen und/oder Vertiefungen eine Vergrößerung der Kühlfläche, eine axiale Förderbewegung des Kühlfluids ohne die Anzahl der zu montierenden Bauteile zu erhöhen. Es entfällt der Montageaufwand zwischen einer Hohlwelle und einem Kühlkörper. Das Gewicht der Rotorwelle ist insgesamt durch den Wegfall des Kühlkörpers geringer. Es müssen geringere Massen bewegt werden. Die Massenträgheit der Rotorwelle ist insgesamt geringer.In a first variant, the rotor shaft is a hollow shaft which has at least one helically extending rib and / or depression which extends in the longitudinal direction of the rotor shaft in order to convey a cooling fluid in the longitudinal direction of the rotor shaft when the rotor shaft rotates. This embodiment of a rotor shaft completely dispenses with an additional cooling element. The ribs and / or depressions run helically. The helical shape of the cooling fluid is conveyed in the axial direction, so that an external pump for transporting the cooling fluid can either be omitted or at least supported. In the rotor shaft according to the invention, the helically running ribs and / or depressions cause the cooling surface to be enlarged and the cooling fluid to be conveyed axially without increasing the number of components to be assembled. There is no need for assembly between a hollow shaft and a heat sink. The weight of the rotor shaft is lower due to the omission of the heat sink. Smaller masses have to be moved. The inertia of the rotor shaft is lower overall.

In einer alternativen Ausgestaltung handelt es sich bei der Rotorwelle um eine Vollwelle. Sie besitzt mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe und/oder Vertiefung. Wie auch bei der Hohlwelle soll die mindestens eine wendelförmig verlaufende Rippe und/oder Vertiefung bei Rotation der Rotorwelle ein Kühlfluid in Längsrichtung der Rotorwelle befördern. Es ergeben sich bei der Vollwelle im Ergebnis dieselben Vorteile wie bei der Hohlwelle, nämlich dass die Montage verschiedener Bauteile, insbesondere eines zusätzlichen Kühlkörpers entfällt. Die außenseitigen Rippen und/oder Vertiefungen lassen sich vergleichsweise einfach herstellen und erfüllen nicht nur die Funktion, die Oberfläche für den Wärmeaustausch zu vergrößern, sondern auch die Funktion, gleichzeitig das Kühlfluid zu fördern. Das gewendelte Profil kann eingängig oder mehrgängig sein. Bei einem mehrgängigen Profil kann das Kühlfluid am Eintrittsende gleichzeitig in mehrere Vertiefungen bzw. zwischen mehrere Rippen fließen.In an alternative embodiment, the rotor shaft is a solid shaft. It has at least one helically extending rib and / or depression extending in the longitudinal direction of the rotor shaft. As with the hollow shaft, the at least one helically running rib and / or depression should convey a cooling fluid in the longitudinal direction of the rotor shaft when the rotor shaft rotates. The result of the full shaft as a result of the same advantages as that of the hollow shaft, namely that there is no need to install different components, in particular an additional heat sink. The outside ribs and / or depressions can be produced comparatively easily and not only fulfill the function of increasing the surface for the heat exchange, but also the function of simultaneously conveying the cooling fluid. The spiral profile can be catchy or multi-course. In the case of a multi-course profile, the cooling fluid can flow simultaneously into several depressions or between several ribs at the inlet end.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzt die als Hohlwelle ausgestaltete Rotorwelle nicht nur innenseitig mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe und/oder Vertiefung, sondern auch außenseitig auf ihrer zylindrischen Mantelfläche. Die Hohlwelle schafft Strömungswege auf ihrer Innenseite und auch auf ihrer Außenseite in Bezug auf die Mantelfläche. Vorzugsweise sind die Rippen und/oder Vertiefungen innen und außen jeweils wendelförmig. Die Kontur der Rippen und/oder Vertiefungen kann innenseitig von der Außenseite abweichen. Beispielsweise können innenseitig Rippen und außenseitig Vertiefungen angeordnet sein. Je nach Auslegung des Elektromotors kann es auch ausreichend sein, lediglich auf einer der Mantelflächen einen wendelförmigen Verlauf der Rippen und/oder Vertiefungen zu realisieren, während auf der gegenüberliegenden Seite, d. h. innen oder außen die Rippen und/oder Vertiefungen parallel zur Längsrichtung verlaufen.In an advantageous embodiment of the invention, the rotor shaft designed as a hollow shaft not only has on the inside at least one helically extending rib and / or depression extending in the longitudinal direction of the rotor shaft, but also on the outside on its cylindrical outer surface. The hollow shaft creates flow paths on its inside and also on its outside in relation to the outer surface. The ribs and / or depressions are preferably helical on the inside and outside. The contour of the ribs and / or depressions can deviate from the inside on the inside. For example, ribs can be arranged on the inside and depressions can be arranged on the outside. Depending on the design of the electric motor, it may also be sufficient to implement a helical course of the ribs and / or depressions only on one of the lateral surfaces, while on the opposite side, ie inside or outside Ribs and / or depressions run parallel to the longitudinal direction.

Zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche kann in der als Hohlwelle ausgestalteten Rotorwelle ein Kern angeordnet sein. Er kann sich in Längsrichtung von einem Eintrittsende der Rotorwelle bis zu einem Austrittsende der Rotorwelle erstrecken. Das Eintrittsende ist das Ende, an dem das Kühlfluid in die Hohlwelle eintritt. Das Kühlfluid tritt an dem Austrittsende wieder aus der Hohlwelle aus. Dabei überstreicht das Kühlfluid den Kern, sodass ein Wärmeübergang zwischen dem Kern und dem Kühlfluid erfolgt, um zusätzlich Wärme aus dem Elektromotor abzuführen.A core can be arranged in the rotor shaft designed as a hollow shaft in order to enlarge the heat exchanger surface. It can extend in the longitudinal direction from an inlet end of the rotor shaft to an outlet end of the rotor shaft. The entry end is the end at which the cooling fluid enters the hollow shaft. The cooling fluid exits the hollow shaft at the outlet end. The cooling fluid sweeps over the core so that heat is transferred between the core and the cooling fluid in order to additionally remove heat from the electric motor.

In einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die als Hohlwelle ausgestaltete Rotorwelle eine von Kühlfluid durchströmbare Querschnittsfläche, welche sich zu dem Austrittsende der Rotorwelle hin verkleinert. Hierdurch kann die Strömungsgeschwindigkeit zum Austrittsende hin vergrößert und das Kühlfluid beschleunigt werden, damit das erwärmte Kühlfluid den Bereich des Elektromotors möglichst schnell verlässt und die entsprechende Wärmemenge abführt. Insbesondere ist die Rotorwelle mit einem konisch gestalteten Übergangsbereich versehen, in welchem die durchströmbare Querschnittsfläche abnimmt. Der konisch gestaltete Übergangsbereich vermeidet Querschnittssprünge und Staueffekte in dem Fluidstrom des Kühlfluids.In a development of the invention, the rotor shaft designed as a hollow shaft has a cross-sectional area through which cooling fluid can flow, which decreases in size towards the outlet end of the rotor shaft. As a result, the flow velocity can be increased towards the outlet end and the cooling fluid can be accelerated so that the heated cooling fluid leaves the area of the electric motor as quickly as possible and dissipates the corresponding amount of heat. In particular, the rotor shaft is provided with a conically shaped transition area, in which the cross-sectional area through which flow can decrease. The conical transition area avoids cross-sectional jumps and jamming effects in the fluid flow of the cooling fluid.

Die als Vollwelle ausgestaltete Hohlwelle muss nicht zwingend einen kreisrunden, zylindrischen Querschnitt haben sie kann auch einen unrunden, mehrkantigen Querschnitt besitzen.The hollow shaft designed as a solid shaft does not necessarily have to have a circular, cylindrical cross section; it can also have a non-round, polygonal cross section.

Die Rotorwelle ist insbesondere durch ein Rohrziehverfahren hergestellt, bei welchem ein geeigneter Dorn in dem zu ziehenden Rohr angeordnet wird, um die gewünschte Innenprofilierung herzustellen, die zu einer Oberflächenvergrößerung durch das Ausbilden von Stegen bzw. Vertiefungen und gleichzeitig zu einem wendelförmigen Verlauf der Innenprofilierung führt. Durch die Verwendung entsprechender Matrizen ist auch eine Außenprofilierung herstellbar. Die Erfindung schließt ein, dass die entsprechenden Profilierungen insbesondere im Außenbereich durch materialabhebende Bearbeitung hergestellt sind.The rotor shaft is produced in particular by a tube drawing process in which a suitable mandrel is arranged in the tube to be drawn in order to produce the desired internal profile, which leads to an increase in surface area by the formation of webs or depressions and at the same time to a helical profile of the internal profile. An external profile can also be produced by using appropriate matrices. The invention includes that the corresponding profiles are produced in particular in the outside area by machining.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in rein schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

  • 1 eine erste Ausführungsform einer Rotorwelle einer Seitenansicht;
  • 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
  • 3 die Rotorwelle der 1 in perspektivischer Darstellung;
  • 4 eine weitere Ausführungsform einer Rotorwelle in einer Seitenansicht;
  • 5 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß 4;
  • 6 eine perspektivische Darstellung der Schnittdarstellung der 5;
  • 7 eine weitere Ausführungsform einer Rotorwelle in einer Seitenansicht;
  • 8 die Rotorwelle der 7 im Längsschnitt entlang der Linie C-C und
  • 9 die Schnittdarstellung der 8 in perspektivischer Darstellung.
The invention is explained below with reference to exemplary embodiments shown in purely schematic drawings. It shows:
  • 1 a first embodiment of a rotor shaft a side view;
  • 2nd a cut along the line AA in 1 ;
  • 3rd the rotor shaft of the 1 in perspective;
  • 4th a further embodiment of a rotor shaft in a side view;
  • 5 a cut along the line BB according to 4th ;
  • 6 a perspective view of the sectional view of the 5 ;
  • 7 a further embodiment of a rotor shaft in a side view;
  • 8th the rotor shaft of the 7 in longitudinal section along the line CC and
  • 9 the sectional view of the 8th in perspective.

Das Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Rotorwelle 1. Die Rotorwelle 1 befindet sich in der Einbaulage innerhalb eines nicht dargestellten Rotors. Die Rotorwelle 1 ist eine Hohlwelle (2).The embodiment of the 1 to 3rd shows a first embodiment of a rotor shaft 1 . The rotor shaft 1 is in the installed position within a rotor, not shown. The rotor shaft 1 is a hollow shaft ( 2nd ).

Die Rotorwelle 1 besitzt außenseitig eine Reihe von wendelförmig um die Rotorwelle 1 herumlaufenden Vertiefungen 2. Die perspektivische Darstellung der 2 zeigt, dass die Wendelform mehrgängig ist. Es gibt mehrere identisch konfigurierte Vertiefungen 2 in der Außenseite 3. Die Vertiefungen 2 sind gleichmäßig über den Außenumfang verteilt angeordnet. Alle Vertiefungen verlaufen in parallelem Abstand zueinander. Aus der Schnittdarstellung der 2 wird deutlich, dass die Vertiefungen 2 im Querschnitt trapezförmig sind. Die Vertiefungen 2 verbreitern sich zur Außenseite 3 der Hohlwelle, d. h., dass die Vertiefungen im Bereich ihrer tiefsten Stellen etwas schmaler sind als an der Außenseite 3.The rotor shaft 1 has a series of helical on the outside around the rotor shaft 1 indentations running around 2nd . The perspective view of the 2nd shows that the spiral shape is multi-start. There are several wells that are configured identically 2nd in the outside 3rd . The wells 2nd are evenly distributed over the outer circumference. All wells are parallel to each other. From the sectional view of the 2nd it becomes clear that the recesses 2nd are trapezoidal in cross section. The wells 2nd widen to the outside 3rd the hollow shaft, which means that the depressions in the area of their deepest points are somewhat narrower than on the outside 3rd .

Durch die besagten Vertiefungen 2 strömt im Betriebszustand ein Kühlfluid 4. Da sich der Rotor des Elektromotors dreht, wird das Kühlfluid 4 innerhalb der wendelförmigen Vertiefungen 2 zu einem Austrittsende gefördert, sodass das Kühlfluid 4 die Rotorwelle 1 im Bereich der Vertiefungen 2 kühlt.Through the said wells 2nd a cooling fluid flows in the operating state 4th . As the rotor of the electric motor turns, the cooling fluid 4th inside the helical depressions 2nd conveyed to an exit end so that the cooling fluid 4th the rotor shaft 1 in the area of the wells 2nd cools.

Die Bereiche zwischen zwei Vertiefungen 2 können als wendelförmig verlaufende Rippen 5 bezeichnet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Bereich der Rippen 5 breiter als der Bereich der Vertiefungen. Das zeigt die Schnittdarstellung der 2. Die Rippen 5 tragen außenseitig den nicht näher dargestellten Rotor des Elektromotors.The areas between two wells 2nd can be as helical ribs 5 be designated. In the embodiment of the 1 is the area of the ribs 5 wider than the area of the depressions. This shows the sectional view of the 2nd . Ribs 5 carry the outside of the rotor of the electric motor, not shown.

Die dargestellte Rotorwelle 1 kann auch innenseitig von dem Kühlfluid 4 gekühlt werden. Der Pfeil P1 (2 und 3) zeigt die Strömungsrichtung des Kühlfluid 4 in das Innere der Hohlwelle. Die Rotorwelle 1 ist innenseitig glatt. An den mit Vertiefungen 2 bzw. Rippen 5 versehenen mittleren Bereich der Rotorwelle 1 schließen sich endseitig Lagersitze 6, 7 und weitere im Durchmesser abgestufte Funktionsflächen an. Die Rotorwelle 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 wird daher zumindest teilweise, nämlich im Bereich der Vertiefungen 2 zwischen den Rippen 5 von dem Kühlfluid 4 gekühlt. Die Außenseiten 3 der Rippen 5 sind die im Durchmesser größten Bereiche. Sie stehen im Kontakt mit dem Rotor.The rotor shaft shown 1 can also be inside of the cooling fluid 4th be cooled. The arrow P1 ( 2nd and 3rd ) shows the direction of flow of the cooling fluid 4th inside the hollow shaft. The rotor shaft 1 is smooth on the inside. On the with wells 2nd or ribs 5 provided middle area the rotor shaft 1 bearing seats close at the end 6 , 7 and other functional surfaces graded in diameter. The rotor shaft 1 according to the embodiment of 1 is therefore at least partially, namely in the area of the depressions 2nd between the ribs 5 of the cooling fluid 4th chilled. The outside 3rd the ribs 5 are the largest areas in diameter. They are in contact with the rotor.

Das Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 dadurch, dass die dort dargestellte Rotorwelle 1 außenseitig glatt und innenseitig profiliert ist. Für im Wesentlichen gleiche Komponenten werden nachfolgend die bisher eingeführten Bezugszeichen weiterhin verwendet.The embodiment of the 4th to 6 differs from the embodiment of the 1 to 3rd in that the rotor shaft shown there 1 is smooth on the outside and profiled on the inside. The reference numerals previously introduced will continue to be used below for essentially identical components.

Die Rotorwelle 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 besitzt keine außenseitigen Vertiefungen bzw. Rippen 5, sondern innenseitige Vertiefungen 8 bzw. Rippen 9, wie es die 5 und 6 zeigen. Aus der Schnittdarstellung gemäß 6 ist zu erkennen, dass die Vertiefungen 8 ebenfalls mehrgängig angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sechs Vertiefungen 8 gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet.The rotor shaft 1 according to the embodiment of 4th to 6 has no recesses or ribs on the outside 5 , but deepening inside 8th or ribs 9 like it 5 and 6 demonstrate. From the sectional view according to 6 it can be seen that the recesses 8th are also arranged in multiple courses. In this embodiment there are six wells 8th evenly distributed over the circumference.

Zwischen den jeweiligen Vertiefungen 8 befinden sich Rippen 9. Die Schnittdarstellung der 5 zeigt, dass alle die Vertiefungen 8 denselben trapezförmigen Querschnitt haben. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der innenseitige Flächenanteil der Vertiefungen 8 an einer Innenseite 10 der Rotorwelle 1 kleiner als der Flächenanteil der Rippen 9. Der Längsschnitt gemäß 5 zeigt, dass die Rippen 9 in dieser Schnittebene breiter sind als die Vertiefungen 8.Between the respective wells 8th there are ribs 9 . The sectional view of the 5 shows all the wells 8th have the same trapezoidal cross-section. In this exemplary embodiment, too, the inner surface portion of the depressions 8th on an inside 10th the rotor shaft 1 smaller than the area of the ribs 9 . The longitudinal section according to 5 shows the ribs 9 are wider than the depressions in this sectional plane 8th .

Der wendelförmigen Verlauf der Vertiefungen 8 bzw. der Rippen 9 führt bei einer Drehung der Rotorwelle 1 zu einem Fluidtransport eines Kühlfluids 4, das in diesem Fall die Rotorwelle 1 nicht außenseitig umströmt, sondern die Rotorwelle 1 innenseitig durchströmt. Der Pfeil P2 verdeutlicht, dass das Kühlfluid 4 bei diesem Ausführungsbeispiel von der Bildebene links kommend in die Rotorwelle 1 eintritt. Die Strömungsrichtung wird durch die Drehrichtung der Rotorwelle 1 vorgegeben.The spiral course of the depressions 8th or the ribs 9 leads when the rotor shaft rotates 1 for fluid transport of a cooling fluid 4th which in this case is the rotor shaft 1 not flow around the outside, but the rotor shaft 1 flowed through on the inside. The arrow P2 clarifies that the cooling fluid 4th in this embodiment, coming from the image plane on the left into the rotor shaft 1 entry. The direction of flow is determined by the direction of rotation of the rotor shaft 1 given.

Ein weiterer Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist, dass sich der wendelförmig gestaltete Bereich über die gesamte Länge der Rotorwelle 1 erstreckt. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 sind aufgrund der endseitigen Lagersitze 6, 7 außenseitigen Vertiefungen 2 bzw. Rippen 5 nicht auf der ganzen Länge der Rotorwelle 1 angeordnet. Zugleich sind die äußeren Rippen 5 aufgrund ihres Verlaufs an der Außenseite 3 länger als die Rippen 9 an der Innenseite 10. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 tragen allerdings auch die Rippen 5 selbst und nicht nur die Vertiefungen 9 dazu bei, die Rotorwelle zu kühlen, weil in diesem Fall auch die Rippen 9 mit ihren Innenseiten 10 in Kontakt mit dem Kühlfluid 4 stehen.Another difference compared to the embodiment of the 1 to 3rd is that the helically shaped area extends over the entire length of the rotor shaft 1 extends. In the embodiment of the 1 are due to the end bearing seats 6 , 7 outside recesses 2nd or ribs 5 not along the entire length of the rotor shaft 1 arranged. At the same time are the outer ribs 5 because of their course on the outside 3rd longer than the ribs 9 on the inside 10th . In the embodiment of the 4th to 6 but also carry the ribs 5 itself and not just the wells 9 help cool the rotor shaft, because in this case the ribs too 9 with their insides 10th in contact with the cooling fluid 4th stand.

Das Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der 4 bis 6. Auf die bislang eingeführten Bezugszeichen wird weiterhin zurückgegriffen.The embodiment of the 7 to 9 is a development of the embodiment of 4th to 6 . The reference symbols introduced so far are still used.

Der Unterschied gegenüber dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist anhand der Schnittdarstellung der 8 und 9 zu erkennen. Äußerlich ist die Rotorwelle 1 gemäß 7 identisch zu der Rotorwelle 1 gemäß 4. Die 8 zeigt, dass innerhalb der Rotorwelle 1 dieselbe Konturierung vorgesehen ist wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel. Es gibt auch hier die wendelförmigen verlaufenden Vertiefungen 8 und Rippen 9, die im Kontakt mit einem Kühlfluid 4 stehen, das in der Bildebene links durch den Pfeil P2 angedeutet ist und an diesem Eintrittsende 13 in die als Hohlwelle ausgestaltete Rotorwelle 1 einströmen soll. Am gegenüberliegenden Austrittsende 14 soll das Kühlfluid 4 wieder austreten.The difference compared to the previous embodiment is based on the sectional view of the 8th and 9 to recognize. The rotor shaft is external 1 according to 7 identical to the rotor shaft 1 according to 4th . The 8th shows that inside the rotor shaft 1 the same contouring is provided as in the previous embodiment. There are also the helical recesses here 8th and ribs 9 that are in contact with a cooling fluid 4th stand, in the image plane on the left by the arrow P2 is indicated and at this entry end 13 into the rotor shaft designed as a hollow shaft 1 should flow in. At the opposite exit end 14 should the cooling fluid 4th exit again.

Die 8 zeigt, dass in dem mit Rippen 9 und Vertiefungen 8 versehenen Längskanal 11 ein Kern 12 angeordnet ist. Der Kern 12 besitzt einen kreisrunden Querschnitt. Seine Außenfläche ist glatt. Sein Außendurchmesser nimmt von dem Eintrittsende 13 für das Kühlfluid 4 zu dem Austrittsende 14 für das Kühlfluid 4 ab. Dadurch ändert sich die durchströmbare Querschnittsfläche. Sie nimmt zum Austrittsende 14 hin ab. Der Ringspalt zwischen dem Einsatz 13 und den Innenseiten 10 wird schmaler, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids 4 am Austrittsende 14 höher ist als am Eintrittsende 13. Dadurch kann das Kühlfluid 4 stark beschleunigt werden und die Pumpwirkung der Rotorwelle 1 erhöht werden.The 8th shows that in that with ribs 9 and recesses 8th provided longitudinal channel 11 a core 12 is arranged. The core 12 has a circular cross-section. Its outer surface is smooth. Its outside diameter increases from the entry end 13 for the cooling fluid 4th to the exit end 14 for the cooling fluid 4th from. This changes the cross-sectional area that can be flowed through. It takes to the exit end 14 down. The ring gap between the insert 13 and the inside 10th becomes narrower so that the flow rate of the cooling fluid 4th at the exit end 14 is higher than at the end of entry 13 . This allows the cooling fluid 4th be greatly accelerated and the pumping action of the rotor shaft 1 increase.

Der Kern 12 kann ferner dazu genutzt werden, Wärme auf das Kühlfluid 4 zu übertragen bzw. Wärme aus der Rotorwelle 1 abzuleiten. Hierzu kann der Kern 12 in nicht näher dargestellter Weise thermisch leitend mit der Rotorwelle 1 in Verbindung stehen.The core 12 can also be used to apply heat to the cooling fluid 4th to transfer or heat from the rotor shaft 1 to derive. The core can do this 12 in a manner not shown thermally conductive with the rotor shaft 1 stay in contact.

Die Rotorwellen 1 der Ausführungsbeispiele in den 1 bis 9 wurde insbesondere durch ein Rohrziehverfahren hergestellt. Durch anschließende äußere spannabhebende Bearbeitungen können zusätzliche Funktionsflächen ausgebildet werden. Die Rotorwelle 1 kann in den Rotor eingepresst sein. Die an der Rotorwelle 6, 7 ausgebildeten Lagersitze sind bei diesen Ausführungsbeispiel materialeinheitlich einstückiger Bestandteil der Rotorwelle 1. Die Rotorwelle 1 ist kostengünstig herstellbar und bewirkt eine intensive Wärmeabfuhr aus dem Rotor des Elektromotors bzw. hat eine hohe Pumpleistung, um das Kühlfluid 4 in die gewünschte Richtung zu fördern.The rotor shafts 1 of the embodiments in the 1 to 9 was especially produced using a tube drawing process. Additional functional surfaces can be formed by subsequent external machining operations. The rotor shaft 1 can be pressed into the rotor. The one on the rotor shaft 6 , 7 formed bearing seats are integral part of the rotor shaft material in this embodiment 1 . The rotor shaft 1 is inexpensive to manufacture and effect an intensive heat dissipation from the rotor of the electric motor or has a high pump capacity to the cooling fluid 4th to promote in the desired direction.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 -1 -
RotorwelleRotor shaft
2 -2 -
Vertiefungdeepening
3 -3 -
AußenseiteOutside
4 -4 -
KühlfluidCooling fluid
5 -5 -
Ripperib
6 -6 -
LagersitzeBearing seats
7 -7 -
LagersitzeBearing seats
8 -8th -
VertiefungenIndentations
9 -9 -
Ripperib
10 -10 -
Innenseite von 1 Inside of 1
11 -11 -
LängskanalLongitudinal channel
12 -12 -
Kerncore
13 -13 -
EintrittsendeEnd of entry
14 -14 -
Austrittsende Exit end
P1 -P1 -
Pfeilarrow
P2 -P2 -
Pfeilarrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102016202416 A1 [0003]DE 102016202416 A1 [0003]

Claims (7)

Rotorwelle für einen Rotor eines Elektromotors, wobei die Rotorwelle (1) a) eine Hohlwelle ist, die mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle (1) erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe (5, 9) und/oder Vertiefung (8) aufweist, um bei Rotation der Rotorwelle (1) ein Kühlfluid (4) in Längsrichtung der Rotorwelle (1) zu befördern, oder b) eine Vollwelle ist, die mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle (1) erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe (5) und/oder Vertiefung (8) aufweist, um bei Rotation der Rotorwelle (1) ein Kühlfluid (4) in Längsrichtung der Rotorwelle (1) zu befördern.Rotor shaft for a rotor of an electric motor, the rotor shaft (1) a) is a hollow shaft which has at least one helically extending rib (5, 9) and / or depression (8) extending in the longitudinal direction of the rotor shaft (1) in order to hold a cooling fluid (4) in when the rotor shaft (1) rotates To convey longitudinal direction of the rotor shaft (1), or b) is a solid shaft which has at least one helically extending rib (5) and / or depression (8) extending in the longitudinal direction of the rotor shaft (1) in order to cool the cooling fluid (4) in the longitudinal direction when the rotor shaft (1) rotates To transport the rotor shaft (1). Rotorwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hohlwelle ausgestalte Rotorwelle (1) mindestens eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle (1) erstreckende, wendelförmig verlaufende Rippe (5, 9) und/oder Vertiefung (8) innenseitig und außenseitig auf ihrer zylindrischen Mantelfläche aufweist.Rotor shaft after Claim 1 , characterized in that the rotor shaft (1), designed as a hollow shaft, has at least one helically extending rib (5, 9) and / or depression (8) extending in the longitudinal direction of the rotor shaft (1) on the inside and outside of its cylindrical outer surface. Rotorwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der als Hohlwelle ausgestalteten Rotorwelle (1) ein Kern (12) angeordnet ist, welcher sich in Längsrichtung der Rotorwelle (1) von einem Eintrittsende (13) der Rotorwelle (1) bis zu einem Austrittsende (14) der Rotorwelle (1) erstreckt.Rotor shaft after Claim 1 or 2nd , characterized in that a core (12) is arranged in the rotor shaft (1) which is designed as a hollow shaft and which extends in the longitudinal direction of the rotor shaft (1) from an inlet end (13) of the rotor shaft (1) to an outlet end (14) of the Rotor shaft (1) extends. Rotorwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hohlwelle ausgestaltete Rotorwelle (1) eine von Kühlfluid durchströmbare Querschnittsfläche besitzt, welche sich zu dem Austrittsende (14) der Rotorwelle (1) hin verkleinert.Rotor shaft according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the rotor shaft (1), which is designed as a hollow shaft, has a cross-sectional area through which cooling fluid can flow and which decreases in size towards the outlet end (14) of the rotor shaft (1). Rotorwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen konisch gestalteten Übergangsbereich besitzt, in welchem die durchströmbare Querschnittsfläche abnimmt.Rotor shaft after Claim 4 , characterized in that the rotor shaft (1) has a conically shaped transition area in which the cross-sectional area through which flow can decrease. Rotorwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen unrunden, mehrkantigen Querschnitt besitzt.Rotor shaft according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the rotor shaft (1) has a non-circular, polygonal cross section. Rotorwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein Rohrziehverfahren hergestellt ist.Rotor shaft according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that it is produced by a tube drawing process.
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