DE102019111931A1

DE102019111931A1 - Electric machine with rotor bars through which an external cooling medium can flow directly

Info

Publication number: DE102019111931A1
Application number: DE102019111931.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Hartmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) zum vollständigen oder zumindest teilweisen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) fest aufgenommenen Stator (3) und einem radial innerhalb des Stators (3) angeordneten sowie in Bezug auf eine zentrale Drehachse (4) drehbar gelagerten Rotor (5), wobei der Rotor (5) ein Rotorblechpaket (6) sowie einen, in einer Ausnehmung (7) des Rotorblechpakets (6) aufgenommenen Läuferstab (8) aufweist, wobei ein erstes axiales Ende (9a) des Läuferstabs (8) durch einen ersten Kurzschlussring (10a) kontaktiert ist und ein, dem ersten axialen Ende (9a) gegenüberliegendes, zweites axiales Ende (9b) des Läuferstabs (8) durch einen zweiten Kurzschlussring (10b) kontaktiert ist, und wobei der Läuferstab (8) unmittelbar einen Kühlmittelleitkanal (11) ausbildet, der zu dem ersten axialen Ende (9a) hin mit einem Kühlmittelzulauf (12) des Rotors (5) und zu dem zweiten axialen Ende (9b) hin mit einem Kühlmittelablauf (13) des Rotors (5) weiter verbunden ist.The invention relates to an electrical machine (1) for the complete or at least partial electrical drive of a motor vehicle, with a housing (2), a stator (3) fixedly received in the housing (2) and a stator (3) arranged radially inside the stator (3) with respect to a central axis of rotation (4) rotatably mounted rotor (5), wherein the rotor (5) has a rotor core (6) and a rotor bar (8) received in a recess (7) of the rotor core (6), wherein a first axial end (9a) of the rotor bar (8) is contacted by a first short-circuit ring (10a) and a second axial end (9b) of the rotor bar (8) opposite the first axial end (9a) by a second short-circuit ring (10b) is contacted, and wherein the rotor rod (8) directly forms a coolant duct (11), which to the first axial end (9a) with a coolant inlet (12) of the rotor (5) and to the second axial end (9b) with a coolant telexpiration (13) of the rotor (5) is further connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum vollständigen oder zumindest teilweisen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, wie ein Pkw, Lkw, Bus oder sonstiges Nutzfahrzeug. Die elektrische Maschine weist ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse fest aufgenommenen Stator und einen radial innerhalb des Stators angeordneten sowie in Bezug auf eine zentrale Drehachse drehbar gelagerten Rotor auf.The invention relates to an electrical machine for the complete or at least partial electrical drive of a motor vehicle, such as a car, truck, bus or other utility vehicle. The electrical machine has a housing, a stator which is fixedly received in the housing and a rotor which is arranged radially inside the stator and rotatably mounted with respect to a central axis of rotation.

Im Bereich der E-Mobilität besteht derzeit der Trend, die Leistung der entsprechenden Traktionsmaschinen möglichst hoch auszubilden. Da die elektrischen Maschinen vorzugsweise immer kompakter auszugestalten sind (aufgrund von Bauraum- und Materialeinsparungen), nimmt die Leistungsdichte weiter zu. Dies führt wiederum dazu, dass eine im Betrieb entstehende Abwärme mit zusätzlichen Hilfseinrichtungen abzuführen ist.In the field of e-mobility there is currently the trend to train the performance of the corresponding traction machines as high as possible. Since the electrical machines are preferably designed to be more and more compact (due to savings in installation space and material), the power density continues to increase. This in turn means that waste heat generated during operation has to be dissipated with additional auxiliary equipment.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst hohe Leistungsdichte aufweist und mit möglichst kompakten sowie effizienten Mitteln gekühlt wird.It is therefore the object of the present invention to provide an electrical machine which has the highest possible power density and is cooled with the most compact and efficient means possible.

Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine elektrische Maschine zum vollständigen oder zumindest teilweisen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die elektrische Maschine ist mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse fest aufgenommenen Stator und einem radial innerhalb des Stators angeordneten sowie in Bezug auf eine zentrale Drehachse drehbar gelagerten Rotor ausgestattet, wobei der Rotor ein Rotorblechpaket sowie einen, in einer Ausnehmung des Rotorblechpakets aufgenommenen Läuferstab aufweist. Ein erstes axiales Ende des Läuferstabs ist durch einen ersten Kurzschlussring kontaktiert und ein, dem ersten axialen Ende gegenüberliegendes, zweites axiales Ende des Läuferstabs ist durch einen zweiten Kurzschlussring kontaktiert. Der Läuferstab bildet unmittelbar einen Kühlmittelleitkanal aus, der zu dem ersten axialen Ende hin mit einem Kühlmittelzulauf des Rotors und zu dem zweiten axialen Ende hin mit einem Kühlmittelablauf / -rücklauf des Rotors weiter verbunden ist.According to the invention, this is achieved by the subject matter of claim 1. Accordingly, an electrical machine is provided for the complete or at least partial electrical drive of a motor vehicle. The electrical machine is equipped with a housing, a stator firmly received in the housing and a rotor arranged radially inside the stator and rotatably mounted with respect to a central axis of rotation, the rotor having a rotor core and a rotor bar received in a recess of the rotor core . A first axial end of the rotor bar is contacted by a first short-circuit ring and a second axial end of the rotor bar opposite the first axial end is contacted by a second short-circuit ring. The rotor bar directly forms a coolant guide channel which is further connected to the first axial end with a coolant inlet of the rotor and to the second axial end with a coolant outlet / return of the rotor.

Dadurch wird eine elektrische Maschine zur Verfügung gestellt, deren Rotor unmittelbar im Betrieb durch ein entsprechendes Kühlmedium durchströmbar ist. Eine vorzugsweise extern vorgesehene Kühleinrichtung kann dadurch eine am Rotor entstehende Abwärme direkt und effektiv abführen. Besonders leistungsfähige elektrische Maschinen sind dadurch realisierbar.As a result, an electrical machine is made available whose rotor can be flown through by a corresponding cooling medium directly during operation. A cooling device, preferably provided externally, can thereby directly and effectively dissipate waste heat generated on the rotor. Particularly powerful electrical machines can thus be implemented.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.Further advantageous embodiments are claimed with the subclaims and explained in more detail below.

Sind die Kurzschlussringe jeweils mit einer, an den Kühlmittelleitkanal stirnseitig des Rotorblechpaketes anschließenden, als axiales Durchgangsloch umgesetzten Kühlmittelpassage versehen, wird das entsprechende Kühlsystem in seinem Aufbau besonders einfach gehalten.If the short-circuit rings are each provided with a coolant passage implemented as an axial through hole, adjoining the coolant duct on the face of the laminated rotor core, the corresponding cooling system is kept particularly simple in its structure.

Auch ist es von Vorteil, wenn ein den Kühlmittelleitkanal mit aufweisendes Kanalsystem mehrere von dem Läuferstab aus in radialer Richtung nach innen verlaufende, durch ein rotorfestes Umleitblech gebildete Verbindungskanäle aufweist. Das Kanalsystem wird dadurch besonders geschickt in radialer Richtung nach innen, benachbart zum Rotorblechpaket, verlagert, wodurch der weitere Aufbau des Kanalsystems besonders kompakt realisiert ist.It is also advantageous if a channel system with the coolant guide channel has a plurality of connection channels formed by a deflector plate fixed to the rotor and extending inward in the radial direction from the rotor bar. The channel system is thereby particularly skilfully shifted inward in the radial direction, adjacent to the laminated rotor core, whereby the further structure of the channel system is implemented in a particularly compact manner.

In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Kanalsystem eine das Rotorblechpaket aufnehmende Rotorwelle radial durchdringt und teilweise radial innerhalb der Rotorwelle umgesetzt ist.In this context, it is also advantageous if the channel system radially penetrates a rotor shaft receiving the rotor core and is partially implemented radially within the rotor shaft.

Zudem ist es zweckmäßig, wenn das den Kühlmittelkanal mit aufweisende Kanalsystem, das teilweise innerhalb der das Rotorblechpaket aufnehmenden Rotorwelle ausgebildet ist, durch eine innerhalb der Rotorwelle angeordnete Verteilerhülse, die zum Abtrennen des Kühlmittelzulaufs relativ zu dem Kühlmittelablauf angeordnet ist, aufweist. Dadurch ist auch eine Drehdurchführung des Kühlmittels bauraumsparend realisiert.In addition, it is expedient if the channel system which has the coolant channel and which is partially formed within the rotor shaft receiving the laminated rotor core, has a distributor sleeve arranged inside the rotor shaft, which is arranged to separate the coolant inlet relative to the coolant outlet. As a result, a rotary leadthrough for the coolant is also implemented in a space-saving manner.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Maschine als eine Drehstrom-Asynchronmaschine umgesetzt ist. Dadurch ergibt sich eine hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine.It is also advantageous if the electrical machine is implemented as a three-phase asynchronous machine. This results in a high efficiency of the electrical machine.

Auf typische Weise sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Läuferstäbe nach der zuvor beschriebenen Art aufgebaut und mit den Kurzschlussringen weiter verbunden.Typically, several rotor bars arranged distributed in the circumferential direction are constructed according to the type described above and are further connected to the short-circuit rings.

In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine Rotorkühlung für Drehstrom-Asynchronmaschinen mittels externem Kühlmittel über mehrere direkt durchströmte Läuferstäbe umgesetzt. Die elektrische Maschine weist ein Gehäuse mit einem Statorkühlmantel auf. Auch weist die elektrische Maschine einen Stator (aufweisend Bleche und Wicklungen), Lager sowie einen Rotor auf. Der Rotor weist weiterhin eine Rotorwelle mit Rotorblechen, hohl ausgebildeten Läuferstäben, die mit Kurzschlussringen zu ihren Stirnseiten hin verbunden sind, Endplatten / Abschlussplatten (Umleitbleche) und eine Hülse (Verteilerhülse) zum Verteilen des Kühlmittels auf. Die hohlen Läuferstäbe sind innerhalb eines Rotorblechpaketes (laminierten Blechpaketes), das durch die Rotorbleche ausgeformt ist, angeordnet. Die Kurzschlussringe sind zusammen mit den Abschlussplatten derart angeordnet / ausgestaltet, dass das Kühlmittel zu den einzelnen Läuferstäben hin strömen kann.In other words, according to the invention, rotor cooling for three-phase asynchronous machines is implemented by means of external coolant via several rotor bars through which there is direct flow. The electrical machine has a housing with a stator cooling jacket. The electrical machine also has a stator (comprising metal sheets and windings), bearings and a rotor. The rotor also has a rotor shaft with rotor laminations, hollow rotor bars which are connected to their end faces with short-circuit rings, end plates / closing plates (deflection plates) and a sleeve (distributor sleeve) for distribution of the coolant. The hollow rotor bars are arranged within a rotor core (laminated core), which is formed by the rotor sheets. The short-circuit rings are arranged / designed together with the end plates in such a way that the coolant can flow to the individual rotor bars.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail below with reference to figures.

Es zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgeführten elektrischen Maschine,
2 eine Seitendarstellung eines in 1 eingesetzten Rotors,
3 eine perspektivische Darstellung des teilweise explodierten Rotors nach 2, wobei eine in einer Rotorwelle des Rotors eingesetzte Verteilerhülse eines Kanalsystems besonders gut zu erkennen ist,
4 eine perspektivische Darstellung des Rotors,
5 eine weitere perspektivische Darstellung des Rotors, wobei nun ein zweites Ende des Rotors, das dem in 4 erkennbaren ersten Ende des Rotors abgewandt ist, gezeigt ist,
6 eine perspektivische Ansicht des teilweise explodierten Rotors, sowie
7 eine detaillierte Längsschnittdarstellung des Rotors, wobei ein im Betrieb den Rotor durchströmender Kühlmittelstrom veranschaulicht ist.

Show it:

1 a longitudinal sectional view of an electrical machine according to the invention designed according to a preferred embodiment,
2 a page representation of an in 1 used rotor,
3 a perspective view of the partially exploded rotor 2 , whereby a distributor sleeve of a duct system inserted in a rotor shaft of the rotor can be seen particularly well,
4th a perspective view of the rotor,
5 Another perspective view of the rotor, with a second end of the rotor, which is the same as in FIG 4th recognizable first end of the rotor facing away, is shown,
6th a perspective view of the partially exploded rotor, as well
7th a detailed longitudinal sectional view of the rotor, illustrating a coolant flow flowing through the rotor during operation.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are merely of a schematic nature and are used exclusively for understanding the invention. The same elements are provided with the same reference symbols.

Wie in Verbindung mit 1 gut zu erkennen, weist die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist einen so genannten Statorkühlmantel 20 auf. Der Statorkühlmantel 20 dient im Betrieb zum Kühlen eines in dem Gehäuse 2 aufgenommenen Stators 3. Der Statorkühlmantel 20 ist durch eine hohl ausgebildete Außenwand des Gehäuses 2 realisiert. Durch den Statorkühlmantel 20 wird auf typische Weise im Betrieb der elektrischen Maschine 1 ein Kühlmedium geleitet. Unmittelbar auf einer radialen Innenseite des Statorkühlmantels 20 ist der Stator 3 (mit Blechen inklusive Wicklungen) angeordnet.How in connection with 1 The electrical machine according to the invention can be clearly seen 1 a housing 2 on. The case 2 has a so-called stator cooling jacket 20th on. The stator cooling jacket 20th serves to cool one in the housing during operation 2 recorded stator 3 . The stator cooling jacket 20th is through a hollow outer wall of the housing 2 realized. Through the stator cooling jacket 20th is typical in the operation of the electrical machine 1 a cooling medium passed. Immediately on a radial inside of the stator cooling jacket 20th is the stator 3 (with sheets including windings) arranged.

Wiederum radial innerhalb des Stators 3 ist ein Rotor 5 um eine zentrale Drehachse 4 drehbar gelagert. Eine den Rotor 5 unmittelbar aufnehmende Rotorwelle 18 ist hierzu über zwei in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnete Lager 22a, 22b in Form von Wälzlagern, nämlich Kugellagern, relativ zu dem Gehäuse 2 gelagert. Neben der Rotorwelle 18 weist der Rotor 5 mehrere scheibenförmige Rotorbleche 21 auf, die zu einem Rotorblechpaket 6 kombiniert angeordnet, nämlich übereinander gestapelt, sind. Das Rotorblechpaket 6 ist auf einer radialen Außenseite der Rotorwelle 18 unmittelbar befestigt.Again radially inside the stator 3 is a rotor 5 around a central axis of rotation 4th rotatably mounted. One the rotor 5 directly receiving rotor shaft 18th is for this purpose via two axially offset bearings 22a , 22b in the form of roller bearings, namely ball bearings, relative to the housing 2 stored. Next to the rotor shaft 18th points the rotor 5 several disc-shaped rotor laminations 21st on that to a rotor core 6th arranged combined, namely stacked on top of each other. The rotor core 6th is on a radial outside of the rotor shaft 18th attached directly.

Der nähere Aufbau des Rotors 5 geht auch besonders gut in Verbindung mit den 2 bis 6 hervor. Der Rotor 5 weist erfindungsgemäß mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Läuferstäbe 8 auf, welche Läuferstäbe 8 jeweils hohl umgesetzt sind. Die rohrförmig ausgebildeten Läuferstäbe 8 sind jeweils in einer radialen Ausnehmung 7 des Rotorblechpaketes 6 eingesetzt. Die Läuferstäbe 8 sind entlang der Drehachse 4 verlaufend angeordnet. Jeder Läuferstab 8 ist aufgrund seiner rohrförmigen Ausbildung zu seinen beiden einander axial entgegengesetzten Enden 9a, 9b zur Umgebung hin geöffnet. Ein erster Kurzschlussring 10a ist zu einer ersten axialen Seite / zu dem ersten axialen Ende 9a angeordnet; ein zweiter Kurzschlussring 10b ist zu einer zweiten axialen Seite / einem dem ersten Ende 9a gegenüberliegenden zweiten axialen Ende 9b hin angeordnet. Der jeweilige Kurzschlussring 10a, 10b kontaktiert jeden Läuferstab 8 und ist mit diesem verbunden / an diesem befestigt. Damit schließt der jeweilige Kurzschlussring 10a, 10b die Läuferstäbe 8, wie sie in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, untereinander kurz.The detailed structure of the rotor 5 also works particularly well in conjunction with the 2 to 6th emerged. The rotor 5 has according to the invention several rotor bars distributed in the circumferential direction 8th on which rotor bars 8th are each implemented hollow. The tubular rotor bars 8th are each in a radial recess 7th of the rotor core 6th used. The runner bars 8th are along the axis of rotation 4th arranged running. Every baton 8th is due to its tubular design to its two axially opposite ends 9a , 9b open to the environment. A first short-circuit ring 10a is to a first axial side / to the first axial end 9a arranged; a second short-circuit ring 10b is to a second axial side / the first end 9a opposite second axial end 9b arranged towards. The respective short-circuit ring 10a , 10b contacts every bishop 8th and is connected / attached to this. This closes the respective short-circuit ring 10a , 10b the rotor bars 8th as they are arranged distributed in the circumferential direction, briefly below one another.

Erfindungsgemäß ist in dem Rotor 5 ein Kanalsystem 15 integriert, das in den 1 und 7 näher gezeigt ist. Das Kanalsystem 15, das im Betrieb an eine außerhalb der elektrischen Maschine 1 angeordnete Kühlmittelfördereinrichtung angeschlossen ist, ist zu einem Teil unmittelbar durch die Läuferstäbe 8 umgesetzt. Hierzu bildet jeder Läuferstab 8 einen axialen Kühlmittelleitkanal 11 aus. Der jeweilige Kühlmittelleitkanal 11 ist zu dem ersten axialen Ende 9a geöffnet und mit einem Kühlmittelzulauf 12 des Rotors 5 weiter verbunden; auch ist der jeweilige Kühlmittelleitkanal 11 zu dem zweiten axialen Ende 9b geöffnet und mit einem Kühlmittelablauf 13 des Rotors 5 weiter verbunden. Der Kühlmittelleitkanal 11 geht zu seinen zwei einander axial abgewandten Enden 9a, 9b unmittelbar in Kühlmittelpassagen 14 der Kurzschlussringe 10a, 10b über. Wie etwa in Verbindung mit 6 zu erkennen, bildet jeder Kurzschlussring 10a, 10b je Läuferstab 8 / Kühlmittelleitkanal 11 eine als axiales Durchgangsloch umgesetzte Kühlmittelpassage 14 aus. Die jeweilige Kühlmittelpassage 14 ist als ein radial verlaufendes Langloch umgesetzt. Das jeweilige Durchgangsloch / die Kühlmittelpassage 14 ist in axialer Richtung fluchtend zu dem Kühlmittelleitkanal 11 eines Läuferstabs 8 ausgerichtet.According to the invention is in the rotor 5 a canal system 15th integrated into the 1 and 7th is shown in more detail. The sewer system 15th that during operation on an outside of the electrical machine 1 arranged coolant delivery device is connected, is in part directly through the rotor bars 8th implemented. For this purpose, each runner bar forms 8th an axial coolant duct 11 out. The respective coolant duct 11 is to the first axial end 9a open and with a coolant inlet 12 of the rotor 5 further connected; is also the respective coolant duct 11 to the second axial end 9b open and with a coolant drain 13 of the rotor 5 further connected. The coolant duct 11 goes to its two axially opposite ends 9a , 9b directly in coolant passages 14th the short-circuit rings 10a , 10b above. How about in connection with 6th can be seen, forms each short-circuit ring 10a , 10b per runner bar 8th / Coolant duct 11 a coolant passage converted as an axial through hole 14th out. The respective coolant passage 14th is implemented as a radially extending slot. The respective through hole / coolant passage 14th is aligned in the axial direction the coolant duct 11 a runner rod 8th aligned.

Des Weiteren, wie auch in Verbindung mit 7 veranschaulicht, ist seitens des ersten Kurzschlussrings 10a ein erstes Umleitblech 16a angebracht. Das erste Umleitblech 16a bildet mehrere in radialer Richtung von den Läuferstäben 8 aus in radialer Richtung nach innen verlaufende Verbindungskanäle 17 aus. Die als eingeprägte Vertiefungen in dem Umleitblech 16a ausgebildeten Verbindungskanäle 17 schließen wiederum axial auf einer dem Läuferstab 8 abgewandten Seite der jeweiligen Kühlmittelpassage 14 an. Jede Kühlmittelpassage 14 ist mit einem Verbindungskanal 17 verbunden. Auf ähnliche Weise ist zu dem zweiten axialen Ende 9b hin der zweite Kurzschlussring 10b mit einem zweiten Umleitblech 16b verbunden. Auch dieses zweite Umleitblech 16b ist mit mehreren radial verlaufenden Verbindungskanälen 17 versehen.Furthermore, as well as in connection with 7th illustrated is on the part of the first short-circuit ring 10a a first deflector plate 16a appropriate. The first deflector plate 16a forms several in the radial direction of the rotor bars 8th from connecting channels extending inward in the radial direction 17th out. As embossed depressions in the deflector plate 16a trained connecting channels 17th close again axially on one of the rotor rod 8th facing away from the respective coolant passage 14th at. Every coolant passage 14th is with a connecting channel 17th connected. Similarly is to the second axial end 9b the second short-circuit ring 10b with a second deflector plate 16b connected. Also this second deflector 16b is with several radially extending connecting channels 17th Mistake.

Das Kanalsystem 15 geht auf einer radialen Innenseite der Verbindungskanäle 17, wie sie durch die Umleitbleche 16a, 16b umgesetzt sind, in entsprechende Durchgangslöcher 23a, 23b über (1). Ein erstes Durchgangsloch 23a ist mit den Verbindungskanälen 17 des ersten Umleitblechs 16a verbunden. Das erste Durchgangsloch 23a ist unmittelbar in der Rotorwelle 18 eingebracht. Insgesamt sind dabei mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete erste Durchgangslöcher 23a in die Rotorwelle 18 eingebracht. Axial beabstandet zu den ersten Durchgangslöchern 23a sind mehrere zweite Durchgangslöcher 23b auf axialer Höhe mit den Verbindungskanälen 17 des zweiten Umleitblechs 16b angeordnet. Auch diese zweiten Durchgangslöcher 23b durchdringen die Rotorwelle 18 in radialer Richtung.The sewer system 15th goes on a radial inside of the connecting channels 17th as they go through the deflector plates 16a , 16b are implemented in corresponding through holes 23a , 23b above ( 1 ). A first through hole 23a is with the connecting channels 17th of the first deflector 16a connected. The first through hole 23a is directly in the rotor shaft 18th brought in. Overall, there are a plurality of first through holes distributed in the circumferential direction 23a into the rotor shaft 18th brought in. Axially spaced from the first through holes 23a are multiple second through holes 23b at axial height with the connecting channels 17th of the second deflector 16b arranged. Also these second through holes 23b penetrate the rotor shaft 18th in the radial direction.

Des Weiteren ist eine Verteilerhülse 19 innerhalb der Rotorwelle 18 derart angeordnet, dass der Kühlmittelzulauf 12 von dem Kühlmittelablauf 13 abgedichtet wird und der Kühlmittelzulauf 12 mit den ersten Durchgangslöchern 23a sowie der Kühlmittelablauf 13 mit den zweiten Durchgangslöchern 23b verbunden wird. Die Verteilerhülse 19 ist dabei derart in der Rotorwelle 18 angeordnet, dass der Kühlmittelzulauf 12, der auf einer dem ersten Lager 22a abgewandten axialen Seite der Rotorbleche 21 angeordnet ist, durch einen radialen Spalt 24 zwischen der radialen Innenseite der Rotorwelle 18 und der radialen Außenseite der Verteilerhülse 19 gebildet ist. Dieser Spalt 24 ist mit seinen axialen Enden jeweils mit dem durch ein radiales Durchgangsloch wiederum gebildeten Kühlmittelzulauf 12 bzw. dem ersten Durchgangsloch 23a verbunden. Der Kühlmittelablauf 13 ist wiederum unmittelbar durch den radialen Innenraum 25 der Verteilerhülse 19 gebildet, welcher Innenraum 25 zu seinen axialen Enden hin entsprechend mit dem Kühlmittelablauf 13, der wiederum durch ein radiales Durchgangsloch in der Rotorwelle 18 gebildet ist bzw. mit den zweiten Durchgangslöchern 23b verbunden ist. Entsprechende Dichtungen 26 radial zwischen der Rotorwelle 18 und der Verteilerhülse 19 dienen zur Abdichtung zwischen dem Kühlmittelzulauf 12 und dem Kühlmittelablauf 13.There is also a distributor sleeve 19th inside the rotor shaft 18th arranged such that the coolant inlet 12 from the coolant drain 13 is sealed and the coolant inlet 12 with the first through holes 23a as well as the coolant drain 13 with the second through holes 23b is connected. The distributor sleeve 19th is in this way in the rotor shaft 18th arranged that the coolant inlet 12 who is on one of the first camps 22a facing away from the axial side of the rotor laminations 21st is arranged through a radial gap 24 between the radial inside of the rotor shaft 18th and the radial outside of the distributor sleeve 19th is formed. This gap 24 is with its axial ends each with the coolant inlet formed in turn by a radial through hole 12 or the first through hole 23a connected. The coolant drain 13 is in turn directly through the radial interior 25th the distributor sleeve 19th formed what interior 25th towards its axial ends corresponding to the coolant drain 13 which in turn goes through a radial through hole in the rotor shaft 18th is formed or with the second through holes 23b connected is. Appropriate seals 26th radially between the rotor shaft 18th and the distributor sleeve 19th serve to seal between the coolant inlet 12 and the coolant drain 13 .

In anderen Worten ausgedrückt, werden erfindungsgemäß die Läuferstäbe 8 und somit der Rotor 5 aktiv im Betrieb gekühlt, wobei die Läuferstäbe 8 mit einem externen Kühlmedium direkt durchströmt werden. Dadurch wird eine übermäßige Erwärmung und somit eine Erhöhung der Wiederstände in den Läuferstäben 8 vermieden, um die E-Maschine 1 mit einer höheren Leistung dauerhaft betreiben zu können und um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die E-Maschine 1 besteht aus einem Gehäuse 2 mit Statorkühlmantel 20, einem Stator 3 (Bleche inkl. Wicklungen), aus Lagern 22a, 22b und einem Rotor 5. Der Rotor 5 besteht aus einer Rotorwelle 18 mit Rotorblechen 21, aus hohlen Läuferstäben 8 die stirnseitig mit Kurzschlussringen 10a, 10b verbunden sind, Abschlussblechen (Umleitbleche 16a, 16b) und einer Hülse 19 zur Verteilung des Kühlmediums. Der Aufbau des Rotors 5 mit Kühlfunktion ist dabei folgendermaßen. Die Rotorbleche 21 sind identisch und entsprechen den normalen Auslegungskriterien eines Rotorblechpaketes 6 für ASM-Maschinen 1 bezüglich Gewicht, Drehzahlfestigkeit, Anbindung Läuferstäbe 8, usw. In dem Blechpaket 6 sitzen die Läuferstäbe 8, welche hohl ausgeführt sind. Diese sind an den Stirnflächen 9a, 9b über die Kurzschlussringe 10a, 10b verbunden, welche für einen gezielten Kurzschluss der Läuferstäbe 8 sorgen. Das Magnetfeld wird dann im Rotor 5 durch das Indizieren einer Spannung, die wiederum einen Strom hervorruft, in den Läuferstäben 8 erzeugt. Zusätzlich sind die Kurzschlussringe 10a, 10b mit den Abschlussblechen 16a, 16b versehen, durch diese das Kühlmedium zu den einzelnen Läuferstäben 8 geleitet wird.In other words, according to the invention, the rotor bars are 8th and thus the rotor 5 actively cooled during operation, with the rotor bars 8th can be flowed through directly with an external cooling medium. This causes excessive heating and thus an increase in the resistance in the rotor bars 8th avoided the electric machine 1 to be able to operate continuously with a higher output and to increase the efficiency. The electric machine 1 consists of a housing 2 with stator cooling jacket 20th , a stator 3 (Sheets including windings), from bearings 22a , 22b and a rotor 5 . The rotor 5 consists of a rotor shaft 18th with rotor sheets 21st , made of hollow runner bars 8th the front side with short-circuit rings 10a , 10b are connected, cover plates (deflector plates 16a , 16b) and a sleeve 19th for the distribution of the cooling medium. The structure of the rotor 5 with cooling function is as follows. The rotor sheets 21st are identical and correspond to the normal design criteria for a laminated rotor core 6th for ASM machines 1 with regard to weight, speed stability, connection of rotor bars 8th , etc. In the sheet metal package 6th sit the runner bars 8th which are made hollow. These are on the end faces 9a , 9b via the short-circuit rings 10a , 10b connected, which for a targeted short circuit of the rotor bars 8th to care. The magnetic field is then in the rotor 5 by indexing a voltage, which in turn produces a current, in the rotor bars 8th generated. In addition, there are the short-circuit rings 10a , 10b with the cover plates 16a , 16b provided, through this the cooling medium to the individual rotor bars 8th is directed.

Die Funktionsweise ist wie folgt: Über einen Übergabepunkt an einer Seite der Rotorwelle, wird ein externes Kühlmedium in die Rotorwelle 18 eingeleitet. Dieses wird dann über die abgedichtete Hülse 19, welche in der Rotorwelle 18 steckt, auf eine Seite der Läuferstäbe 8 geleitet. Dann gelangt das Kühlmedium über das erste Abschlussblech 16a zu den einzelnen Läuferstäben 8 und durchströmt diese. Hier kann es die Wärme aus den Läuferstäben 8 direkt aufnehmen und wird am Ende über das zweite Abschlussblech 16b (auf der gegenüberliegenden Seite) in die Hülse 19 der Rotorwelle 18 zurückgeleitet. Durch die Hülse 19 wird das Kühlmedium wieder zum Übergabepunkt am Eingang der Rotorwelle 18 zurückgeleitet, um von dort aus zu einem Wärmetauscher zu gelangen. Dieser Kreislauf erfolgt aktiv. Über den Volumenstrom der Umwälzpumpe kann die Kühlleistung entsprechend angepasst werden. Dieser Aufbau ist dahingehend vorteilhaft, da die Kühlung bedarfsgerecht über den Volumenstrom eingestellt werden kann und nicht dauerhaft betrieben werden muss. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Wärme genau dort abgeführt wird, wo sie entsteht (in den Läuferstäben 8). Somit erhitzt sich der ganze Rotor 5 inkl. Blechpaket 6 nicht weiter. Für die Lager 22a, 22b ist dies auch positiv, da hier keine Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring entsteht. Dies reduziert die Kosten für die Lager 22a, 22b und es ermöglicht eine gleichmäßigere Lagerluft in allen Betriebspunkten der E-Maschine 1.The way it works is as follows: An external cooling medium is fed into the rotor shaft via a transfer point on one side of the rotor shaft 18th initiated. This is then over the sealed sleeve 19th which in the rotor shaft 18th is on one side of the rotor bars 8th directed. The cooling medium then passes over the first cover plate 16a to the individual rotor bars 8th and flows through it. Here it can be the heat from the rotor bars 8th directly and is at the end over the second cover plate 16b (on the opposite side) into the sleeve 19th the rotor shaft 18th returned. Through the sleeve 19th the cooling medium becomes the transfer point at the entrance of the rotor shaft 18th returned to get from there to a heat exchanger. This cycle is active. The cooling capacity can be adjusted accordingly via the volume flow of the circulation pump. This structure is advantageous in that the cooling can be adjusted as required via the volume flow and does not have to be operated continuously. Another advantage is that the heat is dissipated exactly where it is generated (in the rotor bars 8th ). Thus the whole rotor heats up 5 including sheet metal package 6th not further. For the camp 22a , 22b this is also positive because there is no temperature difference between the inner and outer ring. This reduces the cost of the warehouse 22a , 22b and it enables a more even bearing clearance in all operating points of the electric machine 1 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: elektrische Maschineelectric machine
22: Gehäusecasing
33: Statorstator
44th: DrehachseAxis of rotation
55: Rotorrotor
66th: RotorblechpaketRotor core
77th: AusnehmungRecess
88th: LäuferstabRunner stick
9a9a: erstes Endefirst end
9b9b: zweites Endesecond end
10a10a: erster Kurzschlussringfirst short-circuit ring
10b10b: zweiter Kurzschlussringsecond short-circuit ring
1111: KühlmittelleitkanalCoolant duct
1212: KühlmittelzulaufCoolant supply
1313: KühlmittelablaufCoolant drain
1414th: KühlmittelpassageCoolant passage
1515th: KanalsystemSewer system
16a16a: erstes Umleitblechfirst deflector plate
16b16b: zweites Umleitblechsecond deflector plate
1717th: VerbindungskanalConnection channel
1818th: RotorwelleRotor shaft
1919th: VerteilerhülseDistributor sleeve
2020th: StatorkühlmantelStator cooling jacket
2121st: RotorblechRotor lamination
22a22a: erstes Lagerfirst camp
22b22b: zweites Lagersecond camp
23a23a: erstes Durchgangslochfirst through hole
23b23b: zweites Durchgangslochsecond through hole
2424: Spaltgap
2525th: Innenrauminner space
2626th: Dichtungpoetry

Claims

Electric machine (1) for the complete or at least partial electric drive of a motor vehicle, with a housing (2), a stator (3) fixedly received in the housing (2) and a stator (3) arranged radially inside the stator (3) and with respect to a central axis of rotation (4) rotatably mounted rotor (5), the rotor (5) having a rotor core (6) and a rotor bar (8) received in a recess (7) of the rotor core (6), a first axial end ( 9a) of the rotor bar (8) is contacted by a first short-circuit ring (10a) and a second axial end (9b) of the rotor bar (8) opposite the first axial end (9a) is contacted by a second short-circuit ring (10b), and the rotor rod (8) directly forming a coolant duct (11) which, towards the first axial end (9a), has a coolant inlet (12) of the rotor (5) and towards the second axial end (9b) has a coolant outlet (13 ) of the rotor (5 ) is still connected.

Electric machine (1) according to Claim 1 , characterized in that the short-circuit rings (10a, 10b) are each provided with a coolant passage (14) which is implemented as an axial through hole and adjoins the coolant duct (11) on the end face of the laminated rotor core (6).

Electric machine (1) according to Claim 2 , characterized in that a channel system (15) with the coolant guide channel (11) has a plurality of connecting channels (17) formed by a deflector plate (16a, 16b) fixed to the rotor and extending radially inward from the rotor rod (8).

Electric machine (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the channel system (15) having the coolant guide channel (11) is partially formed within a rotor shaft (18) which accommodates the rotor core (6), a distributor sleeve (19) for separating the coolant inlet (19) within the rotor shaft (18). 12) is arranged relative to the coolant drain (13).