DE102019206008A1

DE102019206008A1 - Rotor of an electrical machine with improved cooling performance

Info

Publication number: DE102019206008A1
Application number: DE102019206008.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ellenschlaeger; Daniel Kuehbacher; Felix Bensing; Jannik Stammler; Andreas Herzberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (1) einer elektrischen Maschine (10), aufweisend eine Rotationsachse (100), ein sich um die Rotationsachse (100) erstreckendes Lamellenpaket (2) mit mehreren Kühlkanälen (3), die sich bezüglich der Rotationsachse (100) axial durch das Lamellenpaket (2) durchgängig erstrecken und in Umfangsrichtung des Rotors (1) zueinander beanstandet sind, und jeweils einen an jeder der Stirnseiten (4) des Lamellenpakets (2) angebrachten Aufsatz (5), wobei an den Aufsätzen (5) ein Einlassbereich (6) und ein Auslassbereich (7) für jeden Kühlkanal (3) ausgebildet ist, wobei der Auslassbereich (7) eines der Aufsätze (5) sich gegenüber dem Querschnitt des jeweiligen Kühlkanals (3) jeweils in vom Lamellenpaket (2) abgewandter axialer Richtung nach radial außen hin erweitert, der Einlassbereich (6) entweder als geradlinige Fortsetzung des Kühlkanals (3) ausgebildet ist oder sich gegenüber dem Querschnitt des jeweiligen Kühlkanals (3) jeweils in vom Lamellenpakets (2) abgewandter axialer Richtung nach radial innen hin erweitert, und die Aufsätze (5) jeweils von einem Abdeckelement (12) abgedeckt sind, wobei das Abdeckelement (12) eine Einlassöffnung (13) zum Einströmen in den Einlassbereich (6) und eine Auslassöffnung (14) zum Ausströmen aus dem Auslassbereich (7) aufweist, wobei die einem der Kühlkanäle (3) zugeordnete Auslassöffnung (14) jeweils radial weiter außerhalb angeordnet ist als die demselben Kühlkanal (3) zugeordnete Einlassöffnung (13).The present invention relates to a rotor (1) of an electrical machine (10), having an axis of rotation (100), a disk pack (2) extending around the axis of rotation (100) with several cooling channels (3) which extend with respect to the axis of rotation (100 ) extend axially through the lamella set (2) and are spaced apart from one another in the circumferential direction of the rotor (1), and an attachment (5) attached to each of the end faces (4) of the lamella set (2), the attachments (5) an inlet area (6) and an outlet area (7) are formed for each cooling channel (3), the outlet area (7) of one of the attachments (5) facing away from the lamella pack (2) compared to the cross section of the respective cooling channel (3) expanded radially outward in the axial direction, the inlet area (6) is either designed as a straight continuation of the cooling channel (3) or is located opposite the cross section of the respective cooling channel (3) in each case from the lamella pack ts (2) facing away from the axial direction radially inward, and the attachments (5) are each covered by a cover element (12), the cover element (12) having an inlet opening (13) for flowing into the inlet area (6) and a Has outlet opening (14) for flowing out of the outlet region (7), the outlet opening (14) assigned to one of the cooling channels (3) being arranged radially further outside than the inlet opening (13) assigned to the same cooling channel (3).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine. Insbesondere weist der Rotor eine verbesserte innere Kühlung, bevorzugt Luftkühlung, auf. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine umfassend einen derartigen Rotor.The present invention relates to a rotor of an electrical machine. In particular, the rotor has improved internal cooling, preferably air cooling. The invention also relates to an electrical machine comprising such a rotor.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrische Maschinen mit entsprechender Kühlung von Rotoren bekannt. Beispielsweise offenbart die WO2016/131932 A1 , dass Magnete an Rotoren für elektrische Maschinen mittels spritzgießbarem Kunststoff fixiert werden sollen. Dadurch werden die Magnete an Magnettaschen des Rotorgrundkörpers angebunden und ihrer Position fixiert. In der Veröffentlichung US 2011/273040 A1 wird darüber hinaus vorgeschlagen, eine Kühlung des Rotors durch Luftströmung durch Öffnungen des Rotorgrundkörpers zu erreichen. Dabei ist insbesondere angegeben, dass der spritzgießbare Kunststoff zum Fixieren der Magnete auch zum Formen von strömungsführenden Strukturen für die Kühlung zu verwenden.Various electrical machines with corresponding cooling of rotors are known from the prior art. For example, the WO2016 / 131932 A1 that magnets should be fixed to rotors for electrical machines using injection-molded plastic. As a result, the magnets are connected to magnetic pockets on the rotor base body and their position is fixed. In the publication US 2011/273040 A1 it is also proposed to achieve cooling of the rotor by air flow through openings in the rotor base body. In particular, it is stated that the injection-moldable plastic for fixing the magnets can also be used for forming flow-guiding structures for cooling.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Rotor weist eine vorteilhafte Ausgestaltung von Einlassbereich und Auslassbereich eines Kühlkanals auf, sodass eine Fluidführung durch den Rotor hindurch optimiert ist. Auf diese Weise lässt sich eine leistungsfähige Kühlung des Rotors bei geringen Verlusten erreichen.The rotor according to the invention has an advantageous configuration of the inlet area and outlet area of a cooling channel, so that fluid guidance through the rotor is optimized. In this way, efficient cooling of the rotor can be achieved with low losses.

Der Rotor einer elektrischen Maschine weist eine Rotorwelle auf. Die Rotorwelle erstreckt sich entlang einer Rotationsachse. Auf der Rotorwelle ist ein Lamellenpaket aufgebracht, wobei dieses Lamellenpaket vorteilhafterweise mit einer Vielzahl von Blechlamellen zusammengesetzt ist. Die einzelnen Blechlamellen sind vorteilhafterweise aus Elektroblech gefertigt. In dem Lamellenpaket sind mehrere Kühlkanäle eingebracht. Die Kühlkanäle sind in Umfangsrichtung des Rotors benachbart und verlaufen besonders vorteilhaft parallel zueinander. Jeder Kühlkanal erstreckt sich bezüglich der Rotorachse axial durchgängig durch das Lamellenpaket und ermöglicht somit eine Strömung von Kühlfluid, insbesondere von Luft, axial durch das Lamellenpaket. An den Stirnseiten des Lamellenpakets ist jeweils ein Aufsatz angebracht, wobei für jeden der Kühlkanäle an einem der Aufsätze ein Einlassbereich für den jeweiligen Kühlkanal und an dem anderen der Aufsätze ein Auslassbereich desselben jeweiligen Kühlkanals ausgebildet ist. Somit ist ermöglicht, dass das Kühlfluid durch den Einlassbereich des einen Aufsatzes in den jeweiligen Kühlkanal des Lamellenpakets gelangen kann, um anschließend den Kühlkanal an dem Auslassbereich des anderen Aufsatzes zu verlassen. Auf diese Weise ist eine Fluidströmung, insbesondere eine Luftströmung, durch das Lamellenpaket ermöglicht, wodurch eine Kühlung des Rotors erreicht werden kann. Durch entsprechendes Ausgestalten von Einlassbereich und Auslassbereich, wie nachfolgend beschrieben, ist vorteilhafterweise ermöglicht, diese Strömung des Kühlfluids zu optimieren, um eine verbesserte Kühlung des Rotors bei minimierten Verlusten der elektrischen Maschine zu erreichen. Dazu ist vorgesehen, dass der Auslassbereich eines der Aufsätze sich gegenüber dem Querschnitt des jeweiligen Kühlkanals jeweils in vom Lamellenpaket abgewandter axialer Richtung nach radial außen hin erweitert. Die Angabe axial und radial beziehen sich dabei auf die Rotationsachse, wobei radial nach außen hin von der Rotationsachse weg bedeutet. Ebenso ist vorgesehen, dass der Einlassbereich eines der Aufsätze entweder als geradlinige Fortsetzung des Kühlkanals ausgebildet ist oder sich gegenüber dem Querschnitt des jeweiligen Kühlkanals jeweils in vom Lamellenpakets abgewandter axialer Richtung nach radial innen hin erweitert, insbesondere jeweils mit einer abgeschrägten Führungsfläche.The rotor of an electrical machine has a rotor shaft. The rotor shaft extends along an axis of rotation. A disk pack is applied to the rotor shaft, this disk pack advantageously being composed of a large number of sheet metal disks. The individual sheet metal lamellas are advantageously made from electrical steel. Several cooling channels are introduced into the plate pack. The cooling channels are adjacent in the circumferential direction of the rotor and particularly advantageously run parallel to one another. Each cooling channel extends axially continuously through the disk pack with respect to the rotor axis and thus enables cooling fluid, in particular air, to flow axially through the disk pack. An attachment is attached to each of the end faces of the lamella packet, an inlet area for the respective cooling channel being formed for each of the cooling channels on one of the attachments and an outlet area of the same cooling channel being formed on the other of the attachments. This enables the cooling fluid to pass through the inlet area of the one attachment into the respective cooling channel of the lamella set in order to then leave the cooling channel at the outlet area of the other attachment. In this way, a fluid flow, in particular an air flow, is made possible through the lamella pack, whereby cooling of the rotor can be achieved. Appropriate design of the inlet area and outlet area, as described below, advantageously makes it possible to optimize this flow of the cooling fluid in order to achieve improved cooling of the rotor with minimized losses from the electrical machine. For this purpose, it is provided that the outlet area of one of the attachments widens radially outward in relation to the cross section of the respective cooling channel in the axial direction facing away from the disk pack. The information axially and radially refer to the axis of rotation, where radially outward means away from the axis of rotation. It is also provided that the inlet area of one of the attachments is either designed as a straight continuation of the cooling channel or widens radially inwardly in relation to the cross section of the respective cooling channel in the axial direction facing away from the lamella set, in particular each with a beveled guide surface.

Jeweils ein Abdeckelement ist vorgesehen, um den jeweiligen Aufsatz abzudecken. Dabei weist das Abdeckelement eine Einlassöffnung und/oder eine Auslassöffnung auf, wodurch der Einlassbereich durch die Einlassöffnung teilweise freigelegt ist. Ebenso ist der Auslassbereich durch die Auslassöffnung teilweise freigelegt. Dadurch ist eine Fluidströmung durch die Einlassöffnung in den Einlassbereich sowie eine Fluidströmung durch die Auslassöffnung aus dem Auslassbereich ermöglicht. Durch die Verwendung des Aufsatzes in Kombination mit dem Abdeckelement ist ermöglicht, eine Fluidführung zu erreichen, die bei einer Verwendung des reinen spritzgießbaren Kunststoffs zum Fixieren von Magneten innerhalb des Lamellenpakets aufgrund von Hinterschneidungen nicht möglich wäre. Durch die zweigeteilte Ausgestaltung aufgrund von Aufsatz- und Abdeckelement lassen sich die Einströmung und die Ausströmung des Kühlfluids in den Kühlkanal optimal lenken. Somit ist eine einfache und effektive Kühlung des Rotors erreicht.A cover element is provided in each case to cover the respective attachment. The cover element has an inlet opening and / or an outlet opening, as a result of which the inlet region is partially exposed through the inlet opening. The outlet area is also partially exposed through the outlet opening. This enables a fluid flow through the inlet opening into the inlet area and a fluid flow through the outlet opening out of the outlet area. The use of the attachment in combination with the cover element makes it possible to achieve fluid guidance which would not be possible if the pure injection-moldable plastic were used to fix magnets within the lamella pack due to undercuts. Due to the two-part design based on the attachment and cover element, the inflow and outflow of the cooling fluid into the cooling channel can be optimally directed. Simple and effective cooling of the rotor is thus achieved.

Somit sind die Aufsätze jeweils von einem Abdeckelement abgedeckt sind. Dabei ist vorgesehen, dass das Abdeckelement für jeden an dem betreffenden Aufsatz ausgebildeten Einlassbereich eine Einlassöffnung zum Einströmen in den jeweiligen Einlassbereich und für jeden an dem betreffenden Aufsatz ausgebildeten Auslassbereich eine Auslassöffnung zum Ausströmen aus dem jeweiligen Auslassbereich aufweist. Die einem der Kühlkanäle zugeordnete Auslassöffnung des einen Abdeckelementes ist jeweils radial weiter außerhalb angeordnet ist als die demselben Kühlkanal zugeordnete Einlassöffnung des anderen Abdeckelementes. Dies erfolgt insbesondere derart, dass sich eine Strömung, insbesondere eine Luftströmung, in dem Kühlkanal bei Rotation des Rotors fliehkraftgetrieben einstellt. Somit ist kein Antrieb für die Realisierung der Kühlung notwendig. Vielmehr stellt sich aufgrund der Anordnung der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, sowie insbesondere auch aufgrund des Einlassbereichs und des Auslassbereichs eine Strömung durch den Kühlkanal ein, sobald der Rotor rotiert wird.Thus, the attachments are each covered by a cover element. It is provided that the cover element has an inlet opening for each inlet area formed on the attachment in question to flow into the respective inlet area and for each outlet area formed on the attachment in question one outlet opening for outflow from the respective outlet area. The outlet opening of the one cover element assigned to one of the cooling channels is in each case arranged radially further outside than the inlet opening of the other cover element assigned to the same cooling channel. this happens in particular such that a flow, in particular an air flow, occurs in the cooling duct driven by centrifugal force when the rotor rotates. This means that no drive is required to implement the cooling. Rather, due to the arrangement of the inlet opening and the outlet opening, and in particular also due to the inlet area and the outlet area, a flow through the cooling channel occurs as soon as the rotor is rotated.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Auslassbereich eine Vertiefung aufweist, die sich ausgehend von dem Kühlkanal radial von der Rotationsachse wegerstreckt. Auf diese Weise ist insbesondere eine Zentrifugalwirkung erreicht, sodass bei Rotation des Rotors eine treibende Kraft zur Fluidströmung durch den Kühlkanal vorhanden ist. Der Einlassbereich weist ebenso eine Vertiefung auf, wobei diese Vertiefung verschieden zu dem Auslassbereich geformt ist.It is particularly advantageously provided that the outlet region has a depression which, starting from the cooling channel, extends radially away from the axis of rotation. In this way, a centrifugal effect is achieved in particular, so that when the rotor rotates, there is a driving force for the fluid flow through the cooling channel. The inlet area also has a depression, this depression being shaped differently from the outlet area.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The subclaims contain advantageous developments of the invention.

Bevorzugt ist die Auslassöffnung eines der Abdeckelemente an einem radial äußeren, insbesondere an einem radial äußersten, Bereich des Auslassbereichs angeordnet. Auf diese Weise ist erreichbar, dass ein maximaler Abstand zwischen Kühlkanal und Auslassöffnung vorhanden ist. Somit ist eine radiale Strecke, die das Kühlfluid zurücklegen muss, maximiert, wodurch auch die Saugwirkung des Auslassbereichs aufgrund der Zentrifugalkraft maximiert ist. Somit lässt sich eine optimierte Strömung durch das Lamellenpaket erreichen, wodurch die Kühlung des Rotors optimiert ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auslassöffnung schlitzförmig ausgebildet ist. Die Schlitzform erstreckt sich dabei bezüglich der Rotationsachse vorteilhafterweise in Umfangsrichtung.The outlet opening of one of the cover elements is preferably arranged on a radially outer, in particular on a radially outermost, area of the outlet area. In this way it can be achieved that there is a maximum distance between the cooling channel and the outlet opening. Thus, a radial distance that the cooling fluid has to travel is maximized, whereby the suction effect of the outlet area due to the centrifugal force is also maximized. In this way, an optimized flow can be achieved through the disk pack, which optimizes the cooling of the rotor. It is particularly preferably provided that the outlet opening is designed in the form of a slot. The slot shape advantageously extends in the circumferential direction with respect to the axis of rotation.

Bevorzugt sind die Aufsätze jeweils scheibenförmig ausgebildet. Dabei sind die Einlassbereiche und Auslassbereiche bevorzugt als offene Taschen oder Vertiefungen ausgebildet. Die offenen Taschen oder Vertiefungen sind wiederum insbesondere ohne Hinterschnitt versehen. Dadurch ist die Fertigung der Aufsätze einfach und kostengünstig möglich. Besonders bevorzugt sind die Einlassbereiche und Auslassbereiche mit dreieckförmigem oder kreissektorförmigem Ausgangsquerschnitt ausgebildet. Dadurch kann eine ideale Strömungsführung erreicht werden.The attachments are preferably each designed in a disk shape. The inlet areas and outlet areas are preferably designed as open pockets or depressions. The open pockets or depressions are again provided, in particular, without an undercut. This makes it possible to manufacture the attachments easily and inexpensively. The inlet areas and outlet areas are particularly preferably designed with a triangular or circular sector-shaped outlet cross section. This enables ideal flow guidance to be achieved.

Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass der Auslassbereich des Aufsatzes eine bezüglich der Rotationsachse abgeschrägte Führungsfläche aufweist. Die Führungsfläche erstreckt sich axial vollständig durch den Aufsatz. Somit ist ermöglicht, das Kühlfluid von dem Kühlkanal zu der Auslassöffnung strömungsoptimiert zu leiten. Insbesondere erstreckt sich besagte Führungsfläche in radialer Richtung von der Auslassöffnung zu dem Kühlkanal.It is also advantageously provided that the outlet region of the attachment has a guide surface which is beveled with respect to the axis of rotation. The guide surface extends axially completely through the attachment. It is thus possible to conduct the cooling fluid from the cooling channel to the outlet opening in a flow-optimized manner. In particular, said guide surface extends in the radial direction from the outlet opening to the cooling channel.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Einlassöffnung eines der Abdeckelemente an einem radial inneren, insbesondere radial innersten, Bereich des Einlassbereichs angeordnet. Somit ist wiederum erreichbar, dass der zurückzulegende Weg, den das Kühlungsfluid zu bewältigen hat, zumindest abschnittsweise radial bezüglich der Rotationsachse verläuft. Somit ist auch an diesem Bereich durch die Zentrifugalkraft eine treibende Komponente für die Strömung durch das Lamellenpaket vorhanden. Besonders vorteilhaft ist die Einlassöffnung sich bezüglich der Rotationsachse in Umfangsrichtung erstreckend schlitzförmig ausgebildet.In a further preferred embodiment, the inlet opening of one of the cover elements is arranged on a radially inner, in particular radially innermost, area of the inlet area. In this way it can again be achieved that the path to be covered, which the cooling fluid has to overcome, extends at least in sections radially with respect to the axis of rotation. In this area, too, the centrifugal force creates a driving component for the flow through the disk pack. Particularly advantageously, the inlet opening is designed in the form of a slot to extend in the circumferential direction with respect to the axis of rotation.

Die Einlassöffnung eines der Abdeckelemente ist außerdem bevorzugt schaufelförmig ausgebildet. Besonders vorteilhat sind alle Einlassöffnungen eines der Abdeckelemente schaufelförmig ausgebildet, insbesondere sämtliche Einlassöffnungen aller Abdeckelemente. Durch die Schaufelform dient die Einlassöffnung vorteilhafterweise zum Aufnehmen von Fluid, insbesondere von Luft, um diese durch den Kühlkanal zu leiten. Die Schaufelform kann insbesondere eine abgeschrägte Fläche umfassen, wobei die abgeschrägte Fläche gegenüber der Rotationsachse abgeschrägt ist. Diese abgeschrägte Fläche erstreckt sich insbesondere axial durch den Aufsatz und insbesondere zwischen der Einlassöffnung und dem Kühlkanal.The inlet opening of one of the cover elements is also preferably designed in the shape of a shovel. It is particularly advantageous that all the inlet openings of one of the cover elements are designed in the shape of a scoop, in particular all of the inlet openings of all cover elements. Due to the shape of the scoop, the inlet opening advantageously serves to receive fluid, in particular air, in order to guide it through the cooling channel. The blade shape can in particular comprise a beveled surface, the beveled surface being beveled with respect to the axis of rotation. This inclined surface extends in particular axially through the attachment and in particular between the inlet opening and the cooling channel.

Jeder Aufsatz weist vorteilhafterweise sowohl zumindest einen Einlassbereich als auch zumindest einen Auslassbereich auf. Insbesondere sind die Einlassbereiche und Auslassbereiche in Umfangsrichtung um die Rotationsachse alternierend angeordnet. Somit ist auch vorgesehen, dass das Lamellenpaket mehrere Kühlkanäle aufweist, die insbesondere parallel zueinander angeordnet sind. Die Kühlkanäle werden in unterschiedlichen Richtungen durchströmt, insbesondere werden in Umfangsrichtung benachbarte Kühlkanäle in entgegengesetzter Richtung durchströmt. Dies erfolgt aufgrund der vorteilhaften alternierenden Anordnung von Einlassbereichen und Auslassbereichen an den jeweiligen Aufsätzen. Somit ist eine effektive Kühlung des Rotors ermöglicht.Each attachment advantageously has both at least one inlet area and at least one outlet area. In particular, the inlet areas and outlet areas are arranged alternately in the circumferential direction around the axis of rotation. Thus, it is also provided that the disk pack has a plurality of cooling channels, which are in particular arranged parallel to one another. The cooling channels are flowed through in different directions, in particular cooling channels adjacent in the circumferential direction are flowed through in the opposite direction. This is done due to the advantageous alternating arrangement of inlet areas and outlet areas on the respective attachments. This enables effective cooling of the rotor.

Vorteilhafterweise ist jeder Aufsatz aus einem Kunststoff hergestellt. Insbesondere erfolgt das Herstellen der Aufsätze mittels Spritzgießen. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass jeder Aufsatz einstückig mit einer Magnetfixierung hergestellt ist. Die Magnetfixierung und der jeweilige Aufsatz sind insbesondere durch Spritzguss und/oder Transfermoulden hergestellt. Die Magnetfixierung dient zum Befestigen von Permanentmagneten innerhalb des Lamellenpakets. Somit ist lediglich ein einziger Fertigungsschritt notwendig, um die Aufsätze gemeinsam mit der Magnetfixierung herzustellen. Dies vereinfacht die Herstellung und Montage des Rotors.Each attachment is advantageously made from a plastic. In particular, the attachments are manufactured by means of injection molding. It is particularly advantageous that each attachment is made in one piece with a magnetic fixation. The magnetic fixation and the respective attachment are made in particular by injection molding and / or transfer molds. The magnet fixation is used to fix permanent magnets within the lamella pack. So there is only one Manufacturing step necessary to manufacture the attachments together with the magnetic fixation. This simplifies the manufacture and assembly of the rotor.

Der Rotor weist vorteilhafterweise außerdem eine Wuchtscheibe auf. Die Wuchtscheibe dient zum subtraktiven Wuchten. Alternativ oder zusätzlich dient die Wuchtscheibe zum Aufnehmen von Ausgleichselementen, wodurch die Wuchtscheibe entsprechende Aufnahmen aufweist. In der alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dient die Wuchtscheibe damit zum additiven Wuchten. Die Wuchtscheibe ist an dem Aufsatz ausgebildet oder von dem Aufsatz zumindest teilweise umgeben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Wuchtscheibe von dem Aufsatz vollständig umschlossen. Somit ist insbesondere ermöglicht, die Wuchtscheibe in den Aufsatz zu integrieren. Es ist daher nicht notwendig, zusätzliche Wuchtscheiben neben dem Aufsatz anzubringen. Dies vereinfacht wiederum die Montage des Rotors. Außerdem ist das Wuchten vereinfacht. Der Aufsatz kann daher aufgrund der vorgesehenen Wuchtscheibe sowohl zum subtraktiven Wuchten als auch zum additiven Wuchten vorgesehen sein, wobei ebenfalls eine Kombination von subtraktivem Wuchten und additivem Wuchten ermöglicht ist. Unter subtraktivem Wuchten wird im Rahmen dieser Veröffentlichung insbesondere verstanden, dass entsprechende Bereiche der Wuchtscheibe entfernt werden können, um ein Wuchten des Rotors zu ermöglichen. Beim additiven Wuchten wird im Rahmen dieser Veröffentlichung insbesondere verstanden, dass zusätzliche Elemente an die Wuchtscheibe angebracht werden, um den Rotor zu wuchten. Somit lässt sich ein optimaler Rundlauf des Rotors um die Rotationsachse erreichen.The rotor advantageously also has a balancing disk. The balancing disk is used for subtractive balancing. As an alternative or in addition, the balancing disk is used to hold compensating elements, so that the balancing disk has corresponding receptacles. In the alternative or additional embodiment, the balancing disk is used for additive balancing. The balancing disk is formed on the attachment or at least partially surrounded by the attachment. In a particularly preferred embodiment, the balancing disk is completely enclosed by the attachment. This makes it possible, in particular, to integrate the balancing disk into the attachment. It is therefore not necessary to attach additional balancing disks next to the attachment. This in turn simplifies the assembly of the rotor. In addition, balancing is simplified. Due to the provided balancing disk, the attachment can therefore be provided both for subtractive balancing and for additive balancing, a combination of subtractive balancing and additive balancing also being possible. In the context of this publication, subtractive balancing is understood in particular to mean that corresponding areas of the balancing disk can be removed in order to enable balancing of the rotor. In the context of this publication, additive balancing is understood in particular to mean that additional elements are attached to the balancing disk in order to balance the rotor. In this way, optimal concentricity of the rotor around the axis of rotation can be achieved.

Der Kühlkanal ist vorteilhafterweise eine Durchgangsöffnung in dem Lamellenpaket. Besonders vorteilhaft ist der Kühlkanal durch ein Speichendesign des Lamellenpakets gebildet. In jedem Fall ist ermöglicht, dass Kühlfluid, insbesondere Luft, axial durch das Lamellenpaket strömen kann. Somit ist eine Kühlung des Lamellenpakets und damit insbesondere des Rotors erreicht.The cooling channel is advantageously a through opening in the disk pack. The cooling channel is particularly advantageously formed by a spoke design of the lamella set. In any case, it is possible for cooling fluid, in particular air, to flow axially through the disk pack. This achieves cooling of the lamella set and thus in particular of the rotor.

Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor wie zuvor beschrieben. Außerdem umfasst die elektrische Maschine einen Stator, wobei der Stator zum Antreiben des Rotors ausgebildet ist. Aufgrund der optimierten Kühlung des Rotors wie zuvor beschrieben ist erreicht, dass die elektrische Maschine effizient betrieben werden kann, da einerseits der Rotor optimal gekühlt ist, andererseits die Verluste der elektrischen Maschine aufgrund der Kühlung des Rotors minimiert sind.The invention also relates to an electrical machine. The electrical machine comprises a rotor as described above. In addition, the electrical machine comprises a stator, the stator being designed to drive the rotor. Due to the optimized cooling of the rotor as described above, it is achieved that the electrical machine can be operated efficiently, since on the one hand the rotor is optimally cooled and on the other hand the losses of the electrical machine due to the cooling of the rotor are minimized.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 Eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine erste schematische Ansicht eines Rotors der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine zweite schematische Ansicht des Rotors der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Schnittansicht des Rotors der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
5 eine schematische Schnittansicht eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 A schematic view of an electrical machine according to an embodiment of the invention,
2 a first schematic view of a rotor of the electrical machine according to the embodiment of the invention,
3 a second schematic view of the rotor of the electrical machine according to the embodiment of the invention,
4th a schematic sectional view of the rotor of the electrical machine according to the embodiment of the invention, and
5 a schematic sectional view of a rotor of an electrical machine according to an alternative embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Stator 8, durch den ein Rotor 1 angetrieben werden kann. Dabei weist der Rotor 1 eine Rotorwelle 9 auf, die sich entlang einer Rotationsachse 100 erstreckt. 1 shows schematically an electrical machine 10 according to an embodiment of the invention. The electric machine 10 includes a stator 8th through which a rotor 1 can be driven. The rotor points 1 a rotor shaft 9 on, which is along an axis of rotation 100 extends.

Auf der Rotorwelle 9 ist ein Lamellenpaket 2 angebracht, das eine Vielzahl von einzelnen Blechlamellen aufweist. Die Blechlamellen sind insbesondere aus einem Elektroblech gefertigt. Bezüglich der Rotationsachse 100 erstrecken sich Kühlkanäle 3 axial durchgängig durch das Lamellenpaket 2. Somit ist ermöglicht, dass ein Kühlungsfluid, insbesondere Luft, axial durch das Lamellenpaket 2 strömen kann. Insbesondere erstreckt sich jeder Kühlkanal 3 somit axial zwischen den Stirnseiten 4 des Lamellenpakets 2. Jeder Kühlkanal 3 ist dabei insbesondere durch eine Durchgangsöffnung durch das Lamellenpaket 2 gebildet. Ebenso können mehrere Kühlkanäle 3 durch ein Speichendesign des Lamellenpakets 2 gebildet werden.On the rotor shaft 9 is a plate pack 2 attached, which has a plurality of individual sheet metal plates. The sheet metal lamellas are made in particular from electrical sheet metal. With regard to the axis of rotation 100 cooling channels extend 3 axially through the disk pack 2 . This makes it possible for a cooling fluid, in particular air, to pass axially through the disk pack 2 can flow. In particular, each cooling channel extends 3 thus axially between the end faces 4th of the lamella pack 2 . Every cooling channel 3 is in particular through a passage opening through the plate pack 2 educated. Several cooling channels can also be used 3 thanks to a spoke design of the lamella set 2 are formed.

An den Stirnseiten 4 des Lamellenpakets 2 befinden sich beidseitig Aufsätze 5. Die Aufsätze 5 bilden einen Einlassbereich 6 und einen Auslassbereich 7 der Kühlkanäle 3. Somit kann ein Kühlfluid durch den Einlassbereich 6 in den jeweiligen Kühlkanal 3 eintreten und durch den Auslassbereich 7 den Kühlkanal 3 verlassen. Auf diese Weise ist eine Innenkühlung des Lamellenpakets 2 und damit des Rotors 1 ermöglicht.On the front sides 4th of the lamella pack 2 there are attachments on both sides 5 . The essays 5 form an inlet area 6 and an outlet area 7th the cooling channels 3 . Thus, a cooling fluid can through the inlet area 6 in the respective cooling channel 3 enter and through the outlet area 7th the cooling duct 3 leave. In this way, the lamella pack is internally cooled 2 and thus the rotor 1 enables.

In den 2 und 3 ist schematisch dargestellt, wie die Einlassbereiche 6 und die Auslassbereiche 7 ausgestaltet sind. So ist insbesondere vorgesehen, dass Einlassbereiche 6 und Auslassbereiche 7 in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 100 alternierend angeordnet sind. Auf diese Weise verläuft die Strömungsrichtung der Fluidströmung in benachbarten Kühlkanälen 3 entgegengesetzt. Auf diese Weise ist eine effektive Kühlung des Rotors 1 ermöglicht.In the 2 and 3 is shown schematically how the inlet areas 6 and the outlet areas 7th are designed. In particular, it is provided that inlet areas 6 and outlet areas 7th in the circumferential direction around the axis of rotation 100 are arranged alternately. In this way, the flow direction of the fluid flow runs in adjacent cooling channels 3 opposite. This is an effective way of cooling the rotor 1 enables.

Der Einlassbereich 6 ist insbesondere zum Befördern von Luft von außerhalb des Rotors 1 in den Kühlkanal 3 ausgebildet. Der Einlassbereich 6 kann bevorzugt entweder als geradlinige Fortsetzung des Kühlkanals 3 ausgebildet ist oder sich gegenüber dem Querschnitt des jeweiligen Kühlkanals 3 jeweils in vom Lamellenpakets 2 abgewandter axialer Richtung nach radial innen hin erweitert, insbesondere jeweils mit einer abgeschrägten Führungsfläche. Der Auslassbereich 7 erweitert sich gegenüber dem Querschnitt des jeweiligen Kühlkanals 3 jeweils in vom Lamellenpaket 2 abgewandter axialer Richtung nach radial außen hin. Der Auslassbereich 7 ist insbesondere derart ausgebildet, dass dieser sich radial von dem Kühlkanal 3 wegerstreckt. Bevorzugt ist eine Führungsfläche 15 vorgesehen, die gegenüber der Rotationsachse 100 abgeschrägt ist. Somit verläuft die Führungsfläche 15 von dem Kühlkanal 3 axial durch den gesamten Aufsatz 5. Durch die Abschrägung ist insbesondere ein linearer Verlauf vorgesehen, sodass sich die Führungsfläche linear ausgehend von dem Kühlkanal 3 sowohl axial als auch radial erstreckt. Durch eine derartige Ausgestaltung des Auslassbereichs 7 ist das durch den Kühlkanal 3 strömende Fluid gezwungen, radial nach außen zu strömen. Wird der Rotor 1 rotiert, so ist aufgrund dieses Strömungsabschnitts eine Zentrifugalwirkung vorhanden, wobei die Zentrifugalwirkung als treibende Kraft der Fluidströmung dient. Somit ist keine externe Pumpe oder eine ähnliche Vorrichtung notwendig, um die Fluidströmung durch den Kühlkanal 3 zu erzeugen. Vielmehr stellt der Auslassbereich 7 die maßgebliche treibende Kraft der Strömung dar.The entrance area 6 is especially for conveying air from outside the rotor 1 in the cooling duct 3 educated. The entrance area 6 can be preferred either as a straight continuation of the cooling channel 3 is formed or compared to the cross section of the respective cooling channel 3 in each case in the lamella pack 2 facing away from the axial direction expanded radially inward, in particular each with a beveled guide surface. The outlet area 7th widens compared to the cross section of the respective cooling channel 3 each in from the plate pack 2 facing away from the axial direction radially outward. The outlet area 7th is designed in particular such that it extends radially from the cooling channel 3 stretches away. A guide surface is preferred 15th provided opposite the axis of rotation 100 is beveled. The guide surface thus runs 15th from the cooling duct 3 axially through the entire attachment 5 . The bevel provides in particular a linear course, so that the guide surface extends linearly starting from the cooling channel 3 extends both axially and radially. Such a configuration of the outlet area 7th is that through the cooling duct 3 flowing fluid forced to flow radially outward. Will the rotor 1 rotates, there is a centrifugal effect due to this flow section, the centrifugal effect serving as the driving force of the fluid flow. Thus, no external pump or similar device is necessary to control the fluid flow through the cooling channel 3 to create. Rather, the outlet area represents 7th the main driving force of the flow.

Es ist außerdem vorgesehen, dass der Aufsatz 5 durch ein Abdeckelement 12 abgedeckt ist. Das Abdeckelement 12 ist in 3 gezeigt. So weist das Abdeckelement 12 für jeden Einlassbereich 6 eine Einlassöffnung 13 und für jeden Auslassbereich 7 eine Auslassöffnung 14 auf. Sowohl die Einlassöffnung 13 als auch die Auslassöffnung 14 sind schlitzförmig ausgebildet und erstrecken sich entlang der Umfangsrichtung um die Rotationsachse 100. Die Einlassöffnungen 13 sind an einem radial innersten Bereich des Einlassbereichs 6 angebracht, während die Auslassöffnungen 14 an einem radial äußersten Bereich des jeweiligen Auslassbereichs 7 angebracht sind. Alternativ können die Einlassöffnungen 13 und die Auslassöffnungen 14 auch an anderen radialen Position angeordnet werden, solange die einem Kühlkanal 3 zugeordnete Einlassöffnung 13 radial weiter innen als die demselben Kühlkanal 3 zugeordnete Auslassöffnung 14 angeordnet ist. Die daraus resultierende Wirkung ist insbesondere in 4 gezeigt.It is also intended that the essay 5 by a cover element 12 is covered. The cover element 12 is in 3 shown. So has the cover 12 for each entry area 6 an inlet port 13 and for each outlet area 7th an outlet port 14th on. Both the inlet port 13 as well as the outlet opening 14th are slit-shaped and extend along the circumferential direction around the axis of rotation 100 . The inlet openings 13 are at a radially innermost area of the inlet area 6 attached while the exhaust ports 14th at a radially outermost area of the respective outlet area 7th are attached. Alternatively, the inlet openings 13 and the outlet openings 14th can also be arranged in other radial positions, as long as the one cooling channel 3 associated inlet opening 13 radially further inside than the same cooling channel 3 associated outlet opening 14th is arranged. The resulting effect is particularly in 4th shown.

4 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Rotors 1 der elektrischen Maschine 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zusätzlich ist eine Fluidströmung 200 schematisch dargestellt. An dem Auslassbereich 7 ist aufgrund der zuvor beschriebenen Führungsfläche 15 und der Anordnung der Auslassöffnung 14 erreicht, dass die Fluidströmung 200 radial nach außen abgelenkt wird. Bei Rotation des Rotors 1 um die Rotationsachse 100 ist somit erreicht, dass eine Zentrifugalwirkung vorliegt, die als treibende Kraft der Fluidströmung 200 wirkt. 4th shows schematically a sectional view of the rotor 1 the electric machine 10 according to the embodiment of the invention. In addition, there is a fluid flow 200 shown schematically. At the outlet area 7th is due to the guide surface described above 15th and the arrangement of the outlet opening 14th achieves that fluid flow 200 is deflected radially outward. When the rotor rotates 1 around the axis of rotation 100 it is thus achieved that there is a centrifugal effect, which acts as the driving force of the fluid flow 200 works.

Ebenso ist bevorzugt vorgesehen, dass aufgrund der Ausgestaltung des Einlassbereichs 6 und der Anordnung der Einlassöffnung 13 eine radial nach außen gerichtete Führung der Fluidströmung 200 vorhanden ist, sodass auch hier eine Zentrifugalwirkung vorhanden ist. Insbesondere dient die Ausgestaltung des Einlassbereichs 6 und die Anordnung der Einlassöffnung 13 der optimalen Aufnahme von Fluid, insbesondere von Luft, aus der Umgebung des Rotors 1.Likewise, it is preferably provided that due to the design of the inlet area 6 and the arrangement of the inlet opening 13 a radially outward guidance of the fluid flow 200 is present, so that there is also a centrifugal effect here. The design of the inlet area serves in particular 6 and the arrangement of the inlet opening 13 the optimal absorption of fluid, in particular air, from the area around the rotor 1 .

Durch die alternierende Anordnung von Einlassbereichen 6 und Auslassbereichen 7 entlang der Umfangsrichtung um die Rotationsachse 100 ist ermöglicht, dass Fluid, insbesondere Luft, an der Rotorwelle 9 angesaugt und an einem äußeren Umfang des Rotors 1 abgegeben werden kann. Dadurch ist eine effiziente Kühlung möglich.Due to the alternating arrangement of inlet areas 6 and outlet areas 7th along the circumferential direction around the axis of rotation 100 allows fluid, in particular air, on the rotor shaft 9 sucked in and attached to an outer periphery of the rotor 1 can be delivered. This enables efficient cooling.

Die Aufsätze 5 sind vorteilhafterweise aus einem Kunststoff gefertigt. Insbesondere sind die Aufsätze 5 aus demselben Kunststoff gefertigt, mit dem auch Permanentmagnete (nicht gezeigt) in Magnettaschen (nicht gezeigt) des Rotors 1 fixiert werden. Insbesondere erfolgt das Ausformen der Aufsätze 5 gleichzeitig mit dem Einbringen der Befestigung der Permanentmagnete, bevorzugt mittels Spritzguss oder Transfermoulden. Somit ist das Fertigen der Aufsätze 5 einfach und aufwandsarm ermöglicht. Insbesondere ist kein zusätzlicher Fertigungsschritt notwendig. Durch die Unterteilung in Aufsatz 5 und Abdeckelement 12 lassen sich außerdem Geometrien für die Strömungsführung erreichen, die Hinterschnitte aufweisen und somit bei herkömmlichen elektrischen Maschinen nicht möglich wären. Somit kann durch die bevorzugte Ausgestaltung des Rotors 1 wie zuvor beschrieben eine optimale Kühlung aufgrund einer optimalen Strömungsführung der Fluidströmung 200 erreicht werden.The essays 5 are advantageously made of a plastic. In particular, the essays 5 made of the same plastic with which permanent magnets (not shown) in magnet pockets (not shown) of the rotor 1 be fixed. In particular, the attachments are shaped 5 simultaneously with the introduction of the fastening of the permanent magnets, preferably by means of injection molding or transfer molds. Thus, the making of the essays is 5 made possible easily and with little effort. In particular, no additional manufacturing step is necessary. By dividing it into essay 5 and cover element 12 it is also possible to achieve geometries for the flow guidance that have undercuts and thus would not be possible with conventional electrical machines. Thus, through the preferred configuration of the rotor 1 as previously described, optimal cooling due to optimal flow guidance of the fluid flow 200 can be achieved.

Wie die 2 zeigt, ist außerdem ermöglicht, eine Wuchtscheibe 11 in den Aufsatz 5 zu integrieren. Die Wuchtscheibe 11 kann sowohl zum subtraktiven Wuchten als auch zum additiven Wuchten ausgebildet sein. Durch das Anbringen der Wuchtscheibe 11 an dem Aufsatz, wobei der Aufsatz die Wuchtscheibe 11 ganz oder teilweise umschließen kann, ist nicht notwendig eine zusätzliche Wuchtscheibe in einem eigenen Arbeitsschritt aufzubringen. Dadurch kann das Wuchten des Rotors einfach und aufwandsarm erfolgen.As the 2 shows, it is also possible to use a balancing disk 11 in the essay 5 to integrate. The balancing disk 11 can be designed for both subtractive balancing and additive balancing. By attaching the balancing disk 11 on the attachment, the attachment being the balancing disk 11 can completely or partially enclose, it is not necessary to apply an additional balancing disk in a separate work step. This allows the rotor to be balanced easily and with little effort.

5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Rotors 1 der elektrischen Maschine 10. Dabei zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Einlassbereich 6, der Auslassbereich 7, die Einlassöffnung 13 und die Auslassöffnung 14 unterschiedlich geformt. So ist insbesondere vorgesehen, dass die Einlassöffnung 13 eine Schaufelform aufweist, indem sich ein abgewinkelter Bereich radial erstreckt. Dadurch lässt sich während der Rotation des Rotors 1 Umgebungsluft durch die Einlassöffnung 13 optimiert aufnehmen und in den Kühlkanal 3 leiten. Der Auslassbereich 7 dient zum Ausgeben der Luft aus dem Kühlkanal 3 in radiale Richtung. Die Auslassöffnung 14 ist vorteilhaft an einem radial äußersten Bereich des Abdeckelements 12 angeordnet und befindet sich somit auch an einem radial äußersten Bereich des Auslassbereichs 7. Somit lässt sich eine optimierte Strömungsführung erreichen. 5 Figure 3 shows an alternative embodiment of the rotor 1 the electric machine 10 . The same reference numerals show the same or similar parts as in the embodiment described above. In contrast to the exemplary embodiment described above, the inlet area 6 , the outlet area 7th , the inlet port 13 and the outlet port 14th differently shaped. In particular, it is provided that the inlet opening 13 has a scoop shape in that an angled region extends radially. This allows during the rotation of the rotor 1 Ambient air through the inlet port 13 optimized and in the cooling channel 3 conduct. The outlet area 7th serves to output the air from the cooling duct 3 in the radial direction. The outlet opening 14th is advantageous in a radially outermost region of the cover element 12 arranged and is thus also located in a radially outermost region of the outlet region 7th . An optimized flow guidance can thus be achieved.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2016/131932 A1 [0002]
US 2011273040 A1 [0002]

Claims

A rotor (1) of an electrical machine (10), having an axis of rotation (100), a disk pack (2) extending around the axis of rotation (100) with several cooling channels (3) extending axially through the disk pack with respect to the axis of rotation (100) (2) extend continuously and are spaced apart from one another in the circumferential direction of the rotor (1), and in each case an attachment (5) attached to each of the end faces (4) of the lamella pack (2), with for each of the cooling channels (3) at least one of the Attachments (5) an inlet area (6) for the respective cooling channel (3) and an outlet area (7) of the same respective cooling channel (3) is formed on the other attachment (5), characterized in that the outlet area (7) is one of the Attachments (5) expand radially outwardly in relation to the cross section of the respective cooling channel (3) in the axial direction facing away from the disk pack (2), so that the inlet area (6) of one of the attachments (5) is either a straight line continuation Settlement of the cooling channel (3) is formed or compared to the cross section of the respective cooling channel (3) in each case in the axial direction facing away from the disk set (2) expands radially inward, in particular each with a beveled guide surface, and that the attachments (5) each are covered by a cover element (12), the cover element (12) having an inlet opening (13) for each inlet area (6) formed on the respective attachment (5) for the flow into the respective inlet area (6) and for each on the respective attachment (5) formed outlet area (7) has an outlet opening (14) for flowing out of the respective outlet area (7), wherein the one of the cooling channels (3) associated outlet opening (14) of the one cover element (12) is arranged radially further outside than the inlet opening (13) of the other cover element (12) associated with the same cooling channel (3), in particular such that a flow, in particular a Air flow in the cooling duct (3) when the rotor (1) rotates, driven by centrifugal force.

Rotor (1) Claim 1 , characterized in that the outlet opening (14) of one of the cover elements (12) is arranged on a radially outer, in particular radially outermost, area of the outlet area (7) and is in particular designed to extend in the circumferential direction with respect to the axis of rotation (100).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the attachments (5) are each disc-shaped, the inlet areas (6) and outlet areas (7) as open pockets or depressions, in particular without an undercut, particularly preferably with a triangular or circular sector-shaped output cross-section are formed.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet region (7) of the attachment (5) has a guide surface (15) which is beveled with respect to the rotation object (100) and which extends axially completely through the attachment (5).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet opening (13) of one of the cover elements (12) is arranged in a radially innermost area of the inlet area (6) and in particular extends in the circumferential direction with respect to the axis of rotation (100) in the form of a slot is trained.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet opening (13) of one of the cover elements (13) is designed in the form of a shovel.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each attachment (5) has both inlet areas (6) and outlet areas (7), in particular arranged alternately in the circumferential direction around the axis of rotation (100).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each attachment (5) is made of a plastic, each attachment (5) being made in particular in one piece with a magnetic fixation, in particular by injection molding and / or transfer molds.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized by a balancing disc (11) for subtractive balancing and / or with receptacles of compensating elements for additive balancing, the balancing disc (11) being formed on the attachment (5) or from the attachment (5) ) is at least partially, in particular completely, surrounded.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (3) is formed by a passage opening in the lamella pack (2).

Electrical machine (1) comprising a rotor (1) according to one of the preceding claims and a stator (8), wherein the stator (8) is designed to drive the rotor (1).