DE102020104149A1

DE102020104149A1 - Rotor for an electric machine, electric machine and automobile

Info

Publication number: DE102020104149A1
Application number: DE102020104149.7A
Authority: DE
Inventors: Moritz Lux; Lars Wetterau; Peter Suess; Maximilian Schröder; Vladimir Chernogorski; Korbinian Weber
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-08-19
Also published as: CN113346653A; CN113346653B

Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine (1) mit einer Rotorwelle (15), einem drehfest mit der Rotorwelle (15) gekoppelten Träger (8) und wenigstens einem an dem Träger (8) angeordneten Kurzschlusskäfig (9) oder einer an dem Träger angeordneten Wicklung, wobei die Rotorwelle (15) einen Hohlraum (10) zur Führung eines Kühlmittels durch die Rotorwelle (15) umfasst, wobei eine radiale Wellenaußenwand (7) der Rotorwelle (15) wenigstens eine Durchbrechung (14) aufweist, durch die das Kühlfluid aus dem Hohlraum (10) austreten kann, wobei die Durchbrechung (14) in ein Kanalsystem (25) mündet, das wenigstens einen Ringkanal (16, 19) und wenigstens einen fluidisch mit dem Ringkanal (16, 19) gekoppelten Trägerkanal (24), der sich innerhalb des Trägers (8) in Axialrichtung erstreckt, umfasst, wobei sich der jeweilige Ringkanal (16, 19) außerhalb des Trägers (8) ringförmig um die Rotorwelle (15) erstreckt und durch ein jeweiliges außenseitig an der Wellenaußenwand (7) angeordnetes Führungsmittel (17, 27) gemeinsam mit der Wellenaußenwand (7) und/oder dem Träger (8) gebildet ist, wobei das jeweilige Führungsmittel (17, 27) wenigstens eine Abwurföffnung (18, 20) aufweist, die das Führungsmittel (17, 27) radial durchsetzt und über die das Kühlmittel aus dem Kanalsystem (25) in die Umgebung des Rotors (3) austreten kann.Rotor for an electrical machine (1) with a rotor shaft (15), a carrier (8) which is non-rotatably coupled to the rotor shaft (15) and at least one short-circuit cage (9) arranged on the carrier (8) or a winding arranged on the carrier, wherein the rotor shaft (15) comprises a cavity (10) for guiding a coolant through the rotor shaft (15), a radial outer shaft wall (7) of the rotor shaft (15) having at least one opening (14) through which the cooling fluid from the cavity (10) can emerge, wherein the opening (14) opens into a channel system (25) which has at least one annular channel (16, 19) and at least one carrier channel (24) fluidically coupled to the annular channel (16, 19) and located within of the carrier (8) extends in the axial direction, the respective annular channel (16, 19) extending outside the carrier (8) in a ring around the rotor shaft (15) and by a respective guide means (17) arranged on the outside of the shaft outer wall (7) , 2 7) is formed together with the shaft outer wall (7) and / or the carrier (8), the respective guide means (17, 27) having at least one discharge opening (18, 20) which radially penetrates the guide means (17, 27) and via which the coolant can escape from the duct system (25) into the vicinity of the rotor (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, einem drehfest mit der Rotorwelle gekoppelten Träger und wenigstens einem an dem Träger angeordneten Kurzschlusskäfig oder einer an dem Träger angeordneten Wicklung, wobei die Rotorwelle einen Hohlraum zur Führung eines Kühlmittels durch die Rotorwelle umfasst, wobei eine radiale Wellenaußenwand der Rotorwelle wenigstens eine Durchbrechung aufweist, durch die das Kühlfluid aus dem Hohlraum austreten kann. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a rotor for an electrical machine with a rotor shaft, a carrier coupled non-rotatably to the rotor shaft and at least one squirrel cage arranged on the carrier or a winding arranged on the carrier, the rotor shaft comprising a cavity for guiding a coolant through the rotor shaft, wherein a radial shaft outer wall of the rotor shaft has at least one opening through which the cooling fluid can exit the cavity. The invention also relates to an electrical machine and a motor vehicle.

Elektrische Rotationsmaschinen können aus einem Stator und einem Rotor gebildet werden, wobei der Rotor Wicklungen oder, beispielsweise bei asynchronen Maschinen, einen Kurzschlusskäfig tragen kann. Beispielsweise kann der Rotor durch eine Rotorwelle und einen Träger, der die Wicklung bzw. den Kurzschlusskäfig trägt und der beispielsweise als Blechpaket ausgebildet sein kann, gebildet werden. Beim Betrieb der elektrischen Maschine als Motor oder Generator entstehen sowohl statorseitig als auch rotorseitig Verlustleistungen. Die hieraus resultierende Abwärme führt dazu, dass die Dauerleistung der elektrischen Maschine durch die abführbare Wärmemenge begrenzt ist, da bestimmte Maximaltemperaturen nicht ohne eine Beschädigung der Maschine überschritten werden können.Electric rotating machines can be formed from a stator and a rotor, the rotor being able to carry windings or, for example in the case of asynchronous machines, a squirrel cage. For example, the rotor can be formed by a rotor shaft and a carrier which carries the winding or the squirrel cage and which can be designed, for example, as a laminated core. When the electrical machine is operated as a motor or generator, power losses occur both on the stator side and on the rotor side. The resulting waste heat means that the continuous output of the electrical machine is limited by the amount of heat that can be dissipated, since certain maximum temperatures cannot be exceeded without damaging the machine.

Im einfachsten Fall erfolgt ausschließlich eine Kühlung des Stators, beispielsweise über eine Wassermantelkühlung. Zur Erreichung von hohen Dauerleistungen ist es jedoch vorteilhaft, den Rotor direkt zu kühlen. Hierzu sind verschiedene Ansätze bekannt.In the simplest case, the stator is only cooled, for example by means of a water jacket cooling. In order to achieve high continuous power, however, it is advantageous to cool the rotor directly. Various approaches are known for this.

In einer ersten Variante kann die Kühlung des Rotors ausschließlich dadurch erfolgen, dass die Rotorwelle von Kühlmittel durchströmt wird, beispielsweise mithilfe einer Lanzenkühlung. Nachteilig hierbei ist, dass die Wärme von der Wicklung bzw. dem Kurzschlusskäfig über mehrere Wärmeübertragungsstellen, nämlich einerseits zum Rotorblech und andererseits von diesem zur Welle, geführt werden muss, wodurch die Kühlleistung vermindert wird.In a first variant, the rotor can be cooled exclusively by the fact that coolant flows through the rotor shaft, for example with the aid of a lance cooling system. The disadvantage here is that the heat from the winding or the squirrel cage must be conducted via several heat transfer points, namely on the one hand to the rotor lamination and on the other hand from this to the shaft, whereby the cooling capacity is reduced.

Um eine Kühlung eines Kurzschlusskäfigs zu verbessern ist es daher bekannt, die Kurzschlussringe des Kurzschlusskäfigs direkt mit Kühlmittel zu besprühen oder bespritzen. Hierzu sind verschiedene Ansätze bekannt. Beispielsweise kann das Kühlmittel über die Rotorwelle zugeführt werden kann und aufgrund der Zentrifugalkraft durch Öffnungen der Rotorwelle austreten, um die Kurschlussringe zu benetzen. Alternativ kann das Kühlmittel axial im Bereich des wellennahen Endes des Kurzschlussrings über feststehende Röhrchen oder Ähnliches aufgesprüht werden. Nachteilig an diesen Ansätzen ist, dass das Kühlmittel zunächst mit geringer bzw. keiner Geschwindigkeit in Umfangsrichtung des Rotors auf die Kurzschlussringe trifft, die insbesondere bei höheren Drehzahlen mit einer erheblichen Geschwindigkeit in Umfangsrichtung bewegt werden. Dies führt dazu, dass die Kurzschlussringe das mit ihnen im Kontakt stehende Kühlmittel beschleunigen, wodurch notwendigerweise ein Bremsmoment auf die Kurzschlussringe und somit auf den Rotor ausgeübt wird. Das unmittelbare Besprühen der Kurzschlussringe mit Kühlmittel führt somit notwendig zu einem Bremsmoment, wodurch zusätzliche Verluste resultieren und die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine reduziert werden kann.In order to improve the cooling of a short-circuit cage, it is therefore known to spray or spray the short-circuit rings of the short-circuit cage directly with coolant. Various approaches are known for this. For example, the coolant can be supplied via the rotor shaft and, due to the centrifugal force, can exit through openings in the rotor shaft in order to wet the short-circuit rings. Alternatively, the coolant can be sprayed on axially in the area of the end of the short-circuit ring near the shaft via fixed tubes or the like. The disadvantage of these approaches is that the coolant initially strikes the short-circuit rings at low or no speed in the circumferential direction of the rotor, which are moved in the circumferential direction at a considerable speed, especially at higher speeds. This leads to the fact that the short-circuit rings accelerate the coolant in contact with them, as a result of which a braking torque is necessarily exerted on the short-circuit rings and thus on the rotor. The direct spraying of the short-circuit rings with coolant therefore necessarily leads to a braking torque, which results in additional losses and can reduce the performance of the electrical machine.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zur Kühlung einer elektrischen Maschine anzugeben, die die obig erläuterten Probleme vermeidet oder zumindest reduziert.The invention is therefore based on the object of specifying an improved possibility for cooling an electrical machine which avoids or at least reduces the problems explained above.

Die Aufgabe wird durch einen Rotor der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Durchbrechung in ein Kanalsystem mündet, das wenigstens einen Ringkanal und wenigstens einen fluidisch mit dem Ringkanal gekoppelten Trägerkanal, der sich innerhalb des Trägers in Axialrichtung ersteckt, umfasst, wobei sich der jeweilige Ringkanal außerhalb des Trägers ringförmig um die Rotorwelle erstreckt und durch ein jeweiliges außenseitig an der Wellenaußenwand angeordnetes Führungsmittel gemeinsam mit der Wellenaußenwand und/oder dem Träger gebildet ist, wobei das jeweilige Führungsmittel wenigstens eine Abwurföffnung aufweist, die das Führungsmittel radial durchsetzt und über die das Kühlmittel aus dem Kanalsystem in die Umgebung des Rotors austreten kann.The object is achieved by a rotor of the type mentioned at the beginning, the opening opening into a channel system which comprises at least one ring channel and at least one carrier channel fluidically coupled to the ring channel, which extends in the axial direction within the carrier, the respective ring channel extending Extends ring-shaped around the rotor shaft outside the carrier and is formed by a respective guide means arranged on the outside of the shaft outer wall together with the shaft outer wall and / or the carrier, the respective guide means having at least one discharge opening which radially penetrates the guide means and through which the coolant exits can escape the duct system in the vicinity of the rotor.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors ermöglicht es zum einen durch die Führung des Kühlmittels durch den Trägerkanal unmittelbar Wärme aus dem Träger, also beispielsweise dem Blechpaket, abzuführen, ohne dass ein zusätzlicher Wärmeübergang von dem Träger zu der Welle erforderlich ist. Somit wird gegenüber der eingangs diskutierten Führung des Kühlmittels ausschließlich durch die Welle eine verbesserte Wärmeabfuhr erreicht.The configuration of the rotor according to the invention enables heat to be dissipated directly from the carrier, for example the laminated core, by guiding the coolant through the carrier channel, without the need for additional heat transfer from the carrier to the shaft. Thus, compared to the guidance of the coolant discussed at the beginning, an improved heat dissipation is achieved exclusively through the shaft.

Zum anderen wird durch das Auffangen des Kühlmittels in dem Ringkanal bzw. durch das Führungsmittel ermöglicht, das Kühlmittel auf relativ kleinen Radien zu führen, in denen der Rotor bei gleicher Drehzahl geringere Geschwindigkeiten in Umfangsrichtung des Rotors aufweist als in dem Bereich der Wicklung bzw. des Kurzschlusskäfigs. Hierdurch wird das Kühlmittel durch die Rotation des Rotors erheblich weniger beschleunigt als bei dem obig erläuterten direkten Besprühen eines Kurzschlussrings, womit das dort beschriebene Abbremsen der Rotation durch das Kühlmittel weitgehend vermieden wird. Hierbei kann durch Wahl des Außenradius des Ringkanals bzw. der Anordnung des Trägerkanals in Radialrichtung des Rotors bei der Auslegung des Rotors bzw. der elektrischen Maschine abgewogen werden, ob das Kühlmittel sehr nah an der Welle geführt werden soll und somit ein Abbremsen der Welle durch das Kühlmittel nahezu vollständig vermieden werden soll oder ob das Kühlmittel auf größere Radien geführt wird, was die Kühlleistung verbessern kann, jedoch auch zu einem etwas stärkeren Abbremsen des Rotors führen kann.On the other hand, by collecting the coolant in the ring channel or by the guide means, it is possible to guide the coolant on relatively small radii in which the rotor has lower speeds in the circumferential direction of the rotor at the same speed than in the area of the winding or the Short circuit cage. As a result, the coolant is accelerated considerably less by the rotation of the rotor than in the case of the direct spraying of a short-circuit ring explained above, so that the braking of the rotation by the coolant described there is largely avoided. Here, by choosing the outer radius of the ring channel or the arrangement of the carrier channel in the radial direction of the rotor when designing the rotor or the electrical machine, it can be weighed whether the coolant should be guided very close to the shaft and thus a braking of the shaft by the Coolant should be avoided almost completely or whether the coolant is guided to larger radii, which can improve the cooling performance, but can also lead to a somewhat stronger braking of the rotor.

Vorzugsweise werden die Abwurföffnungen, wie später noch genauer erläutert werden wird, derart angeordnet, dass zumindest ein Großteil des abgeworfenen Kühlmittels den Rotor nicht auf einem größeren Radius kontaktiert und somit abbremsen kann. Der Trägerkanal kann den Träger vorzugsweise axial vollständig durchsetzen. In diesem Fall sind vorzugsweise auf beiden Seiten des Trägers Ringkanäle bzw. diese ausbildende Führungsmittel vorgesehen, um das Kühlmittel zu führen und kontrolliert über Abwurföffnungen abzuwerfen.Preferably, as will be explained in more detail later, the ejection openings are arranged in such a way that at least a large part of the ejected coolant does not contact the rotor over a larger radius and thus cannot brake. The carrier channel can preferably completely penetrate the carrier axially. In this case, ring channels or guide means forming them are preferably provided on both sides of the carrier in order to guide the coolant and to throw it off in a controlled manner via ejection openings.

Prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, dass der Trägerkanal den Träger nicht vollständig axial durchsetzt und beispielsweise nur an einer axialen Stirnfläche des Trägers offen ist und in einen Ringkanal mündet. Beispielsweise könnte die Durchbrechung in dem Trägerkanal münden und das Kühlmittel könnte von diesem Punkt durch den Trägerkanal zu der Stirnseite strömen, an der der Trägerkanal offen ist, und dort durch den Ringkanal aufgefangen werden.In principle, however, it would also be possible that the carrier channel does not completely penetrate the carrier axially and, for example, is only open at one axial end face of the carrier and opens into an annular channel. For example, the opening could open into the carrier channel and the coolant could flow from this point through the carrier channel to the end face at which the carrier channel is open, and there it could be caught by the annular channel.

Der Trägerkanal kann sich insbesondere linear in Axialrichtung des Rotors erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, dass er sich zumindest abschnittsweise auch in andere Richtungen, beispielsweise in Radialrichtung bzw. Umfangsrichtung, erstreckt. Beispielsweise kann der Trägerkanal die Rotorwelle helixförmig umlaufen oder Ähnliches.The carrier channel can in particular extend linearly in the axial direction of the rotor. However, it is also possible for it to also extend, at least in sections, in other directions, for example in the radial direction or circumferential direction. For example, the carrier channel can run around the rotor shaft in a helical manner or the like.

Die Zuführung des Kühlmittels in den Rotor kann über den Hohlraum erfolgen. Insbesondere kann ein feststehendes oder mitrotierendes Rohr vorgesehen sein, das das Kühlmittel in den Hohlraum einbringt. Durch die Rotation der Welle wird das Kühlmittel dann beschleunigt und aufgrund der Zentrifugalkraft gegen die Wellenaußenwand bzw. durch die Durchbrechung gedrückt. Das Kühlmittel kann flüssig sein, z. B. ein Öl oder Wasser. Die Abführung des Kühlmittels aus dem Rotor erfolgt vorzugsweise ausschließlich über die Abwurföffnung bzw. Abwurföffnungen.The coolant can be fed into the rotor via the cavity. In particular, a stationary or co-rotating tube can be provided which introduces the coolant into the cavity. The rotation of the shaft accelerates the coolant and, due to the centrifugal force, pushes it against the outer wall of the shaft or through the opening. The coolant can be liquid, e.g. B. an oil or water. The coolant is preferably discharged from the rotor exclusively via the discharge opening or discharge openings.

Die wenigstens eine Abwurföffnung ist vorzugsweise axial von dem Träger und der Wicklung oder dem Kurzschlusskäfig beabstandet angeordnet. The at least one ejection opening is preferably arranged axially spaced from the carrier and the winding or the short-circuit cage.

Kühlmittel, das aus der Abwurföffnung austritt, bewegt sich aufgrund der Trägheit des Fluids bzw. der Zentrifugalkraft im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung. Durch die axiale Beabstandung wird somit zumindest ein Großteil des abgeworfenen Kühlmittels an dem Träger und der Wicklung bzw. dem Kurzschlusskäfig vorbeigeführt und trifft beispielsweise auf einen Wickelkopf des Stators, ein Gehäuse der elektrischen Maschine oder Ähnliches. Hierdurch kontaktiert das Kühlmittel den Rotor nicht auf größeren Radien und kann somit nicht zu der obig erläuterten Abbremsung führen.Coolant that emerges from the discharge opening moves due to the inertia of the fluid or the centrifugal force essentially perpendicular to the axial direction. As a result of the axial spacing, at least a large part of the shed coolant is guided past the carrier and the winding or the squirrel cage and strikes, for example, an end winding of the stator, a housing of the electrical machine or the like. As a result, the coolant does not contact the rotor over larger radii and can therefore not lead to the deceleration explained above.

Die wenigstens eine Durchbrechung kann in Axialrichtung von dem Träger beabstandet sein. Insbesondere mündet sie somit nicht in den Trägerkanal, sondern das austretende Kühlmittel wird durch den Ringkanal bzw. das Führungsmittel aufgefangen. Hierdurch wird einerseits eine relativ einfache Ausgestaltung des Trägers ermöglicht und andererseits muss sich der Hohlraum, über den das Kühlmittel zugeführt wird, nicht bzw. nicht allzu weit in den Bereich erstrecken, in dem der Träger an der Rotorwelle angeordnet ist.The at least one opening can be spaced apart from the carrier in the axial direction. In particular, it does not open into the carrier channel, but rather the emerging coolant is caught by the annular channel or the guide means. On the one hand, this enables a relatively simple design of the carrier and, on the other hand, the cavity through which the coolant is supplied does not have to extend or does not have to extend too far into the area in which the carrier is arranged on the rotor shaft.

Der Hohlraum kann ausschließlich auf einer Seite des Trägers über die wenigstens eine Durchbrechung mit dem Kanalsystem verbunden sein. Insbesondere kann das Kühlmittel somit auf einer Seite des Trägers in das Kanalsystem eintreten, durch wenigstens einen Trägerkanal zur anderen Seite des Trägers geführt werden und dort beispielsweise über einen Ringkanal und an diesem vorgesehene Abwurf-öffnungen abgeworfen werden. Hierdurch kann die axiale Förderung des Kühlmittels entlang dem Trägerkanal durch die aufgrund der Rotation des Rotors auf das Kühlmittel wirkenden Zentrifugalkraft erfolgen.The cavity can only be connected to the channel system on one side of the carrier via the at least one opening. In particular, the coolant can thus enter the channel system on one side of the carrier, be guided through at least one carrier channel to the other side of the carrier and be dropped there, for example, via an annular channel and discharge openings provided on this. As a result, the coolant can be conveyed axially along the carrier channel by the centrifugal force acting on the coolant due to the rotation of the rotor.

Der Rotor kann insbesondere einen ersten und zweiten Ringkanal aufweisen, die an axial gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordnet sind und die durch den wenigstens einen Trägerkanal verbunden sind. Insbesondere mündet die wenigstens eine Durchbrechung in den ersten Ringkanal. Endet die Durchbrechung bzw. enden die Durchbrechungen alle in dem ersten Ringkanal, so ist der zweite Ringkanal innerhalb des Rotors nur über den ersten Trägerkanal und den ersten Ringkanal mit dem Hohlraum verbunden. The rotor can in particular have a first and second annular channel which are arranged on axially opposite sides of the carrier and which are connected by the at least one carrier channel. In particular, the at least one opening opens into the first annular channel. If the opening or the openings all end in the first ring channel, the second ring channel within the rotor is only connected to the cavity via the first carrier channel and the first ring channel.

Hierdurch kann, wie obig erläutert, auch der axiale Transport des Kühlmittels durch den Trägerkanal aufgrund der auf das Kühlmittel wirkenden Zentrifugalkraft erfolgen.In this way, as explained above, the axial transport of the coolant through the carrier channel can also take place due to the centrifugal force acting on the coolant.

Eine Nutzung eines ersten und zweiten Ringkanals, die an axial gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordnet sind, kann auch vorteilhaft sein, wenn die Durchbrechung oder Durchbrechungen in den Trägerkanal bzw. die Trägerkanäle münden. Das Kühlmittel kann dann axial in beide Richtungen in den jeweiligen am axialen Ende des Trägers angrenzenden Ringkanal geführt werden und dort über Abwurföffnungen abgeworfen werden, so dass auch in diesem Fall der Kühlmitteltransport durch die Zentrifugalkraft angetrieben sein kann.Use of a first and second ring channel, which are arranged on axially opposite sides of the carrier, can also be advantageous if the opening or openings in the carrier channel or the carrier channels open. The coolant can then be guided axially in both directions into the respective annular channel adjoining the axial end of the carrier and thrown there via discharge openings, so that in this case the coolant transport can also be driven by the centrifugal force.

Das jeweilige Führungsmittel kann ein Abweiselement umfassen, das sich von einer radialen Außenwand des Ringkanals, die von der wenigstens einen Abwurföffnung dieses Führungsmittels durchsetzt ist, radial nach außen erstreckt, wobei der Träger und die wenigstens eine Abwurföffnung dieses Führungsmittels auf gegenüberliegenden Seiten des Abweiselements angeordnet sind. Das Abweiselement kann insbesondere eine Scheibenform aufweisen. Durch Nutzung des Abweiselements kann ein Kontakt des Kühlmittels mit weiteren Rotorkomponenten nach dem Abwerfen über die Abwurföffnung im Wesentlichen vollständig verhindert werden. Insbesondere sind auch der Kurzschlusskäfig bzw. die Wicklung an der von der Abwurföffnung abgewandten Seite des Abweiselements angeordnet. Das Abweiselement kann ergänzend oder alternativ dazu dienen, den Kurzschlussring bzw. die Wicklung zu stützen bzw. zu kühlen, beispielsweise indem es die Stirnfläche des Kurzschlussrings kontaktiert.The respective guide means can comprise a deflection element which extends radially outward from a radial outer wall of the annular channel through which the at least one discharge opening of this guide means extends, the carrier and the at least one discharge opening of this guide means being arranged on opposite sides of the deflection element . The deflecting element can in particular have the shape of a disk. By using the deflection element, contact of the coolant with further rotor components after being thrown via the ejection opening can be essentially completely prevented. In particular, the short-circuit cage or the winding are also arranged on the side of the deflector element facing away from the discharge opening. The deflection element can additionally or alternatively serve to support or cool the short-circuit ring or the winding, for example by making contact with the end face of the short-circuit ring.

Die wenigstens eine Durchbrechung kann in Umfangsrichtung zu der wenigstens einen Abwurföffnung und/oder zu einem jeweiligen axialen Ende des wenigstens einen Trägerkanals versetzt angeordnet sein. Ergänzend oder alternativ kann das axiale Ende des jeweiligen Trägerkanals in Umfangsrichtung zu der wenigstens einen Abwurföffnung versetzt sein. Insbesondere können in Umfangsrichtung abwechselnd Abwurföffnungen und Kanalmündungen vorgesehen sein. Je nachdem, aus welcher Durchbrechung das Kühlmittel austritt, kann es somit z. B. überwiegend einem Trägerkanal oder überwiegend einer Abwurföffnung zugeführt werden.The at least one opening can be arranged offset in the circumferential direction to the at least one discharge opening and / or to a respective axial end of the at least one carrier channel. Additionally or alternatively, the axial end of the respective carrier channel can be offset in the circumferential direction relative to the at least one discharge opening. In particular, discharge openings and channel mouths can be provided alternately in the circumferential direction. Depending on the opening from which the coolant emerges, it can thus, for. B. are fed predominantly to a carrier channel or predominantly to a discharge opening.

Neben dem erfindungsgemäßen Rotor betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator und einem erfindungsgemäßen Rotor. Die axiale Position der Abwurföffnungen am Rotor kann hierbei insbesondere derart gewählt werden, dass sie im Bereich der Wicklungsköpfe des Stators liegen, wodurch die Wicklungsköpfe durch das abgeworfene Kühlmittel zusätzlich gekühlt werden können.In addition to the rotor according to the invention, the invention relates to an electrical machine, in particular a drive motor of a motor vehicle, with a stator and a rotor according to the invention. The axial position of the ejection openings on the rotor can in particular be selected in such a way that they lie in the area of the end windings of the stator, whereby the end windings can be additionally cooled by the discharged coolant.

Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst. Diese kann insbesondere als Antriebsmotor dienen, wobei beispielsweise auch eine Energierückgewinnung durch einen Betrieb als Generator möglich ist. Bei einer Nutzung als Antriebsmotor ist die Dauerleistungsfähigkeit der elektrischen Maschine besonders relevant, weshalb auch eine effiziente Kühlung des Rotors, wie sie durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht wird, besonders relevant ist.The invention also relates to a motor vehicle that includes an electrical machine according to the invention. This can in particular serve as a drive motor, whereby, for example, energy recovery by operating as a generator is also possible. When used as a drive motor, the continuous power capability of the electrical machine is particularly relevant, which is why efficient cooling of the rotor, as made possible by the configuration according to the invention, is particularly relevant.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotors umfasst,
2 eine geschnittene Ansicht des in 1 gezeigten Rotors entlang der Linie II - II, und
3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Further advantages and details of the invention emerge from the following exemplary embodiments and the associated drawings. Here show schematically:

1 an embodiment of an electrical machine according to the invention, which comprises an embodiment of the rotor according to the invention,
2 a sectioned view of the in 1 shown rotor along the line II - II, and
3 an embodiment of the motor vehicle according to the invention.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1, die einen Stator 2 und einen bezüglich des Stators 2 drehbar gelagerten Rotor 3 umfasst. In 1 ist ein Schnitt durch die elektrische Maschine 1 dargestellt, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen und aufgrund des symmetrischen Aufbaus der elektrischen Maschine 1 nur der Teil der elektrischen Maschine 1 auf einer Seite der Rotationsachse 30 dargestellt ist. Der Stator 2 umfasst einen startorseitigen Träger 4, beispielsweise ein Blechpaket, und eine Wicklung 5, von der in 1 nur der Wicklungskopf 6 dargestellt ist. Der Stator 2 kann beispielsweise durch eine nicht dargestellte Mantelkühlung gekühlt werden. 1 shows an electrical machine 1 who have favourited a stator 2 and one related to the stator 2 rotatable rotor 3 includes. In 1 is a section through the electrical machine 1 shown, for reasons of clarity and due to the symmetrical structure of the electrical machine 1 only the part of the electric machine 1 on one side of the axis of rotation 30th is shown. The stator 2 comprises a carrier on the starter side 4th , for example a laminated core, and a winding 5 , from the in 1 only the winding head 6th is shown. The stator 2 can be cooled, for example, by jacket cooling (not shown).

Der Rotor 3 umfasst eine Rotorwelle 15 und einen drehfest mit der Rotorwelle 15 gekoppelten Träger 8, beispielsweise ein Blechpaket, der einen Kurzschlusskäfig 9 trägt, der durch Leiterstäbe 22 und diese verbindende Kurzschlussringe 31 gebildet ist. Statt einem Kurzschlusskäfig 9 könnte auch wenigstens eine rotorseitige Wicklung vorgesehen sein.The rotor 3 includes a rotor shaft 15th and one rotationally fixed to the rotor shaft 15th coupled carrier 8th , for example a laminated core that has a squirrel cage 9 who carries through ladder bars 22nd and these connecting short-circuit rings 31 is formed. Instead of a short circuit cage 9 at least one rotor-side winding could also be provided.

Um eine ausreichende Wärmeabfuhr vom Rotor 3, insbesondere von dem Kurzschlusskäfig 9, und somit eine hohe Dauerleistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 1 zu erreichen, wird Kühlmittel durch den Rotor 3 geführt, wie in 1 schematisch durch die Pfeile 11 angedeutet ist. Die für die Kühlmittelführung relevanten Komponenten werden im Folgenden mit zusätzlichem Bezug auf 2 erläutert, die einen Schnitt durch den Rotor 3 entlang der Linie II - II zeigt. Zur übersichtlicheren Darstellung werden hierbei in 1 die Durchbrechung 14, die Abwurföffnung 18 und der Trägerkanal 24 an der gleichen Position in Umfangsrichtung des Rotors 3 dargestellt, obwohl sie, wie in 2 zu erkennen ist, in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Aus gleichem Grund werden in 2 die Durchbrechungen 14 sowie die Abwurföffnungen 18 in der Schnittebene dargestellt, obwohl sie, wie aus 1 erkennbar ist, in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.To ensure sufficient heat dissipation from the rotor 3 , especially from the squirrel cage 9 , and thus a high continuous efficiency of the electrical machine 1 Achieve coolant through the rotor 3 led, as in 1 schematically by the arrows 11 is indicated. The components relevant for the coolant flow are described below with additional reference to 2 explained showing a section through the rotor 3 along the line II-II. For a clearer representation, in 1 the breakthrough 14th , the discharge opening 18th and the carrier channel 24 at the same position in the circumferential direction of the rotor 3 shown, although, as in 2 can be seen, are arranged offset from one another in the circumferential direction. For the same reason, in 2 the breakthroughs 14th as well as the discharge openings 18th shown in the section plane, although they, as out 1 can be seen, are arranged offset from one another in the axial direction.

Das Kühlmittel wird über ein Rohr 12 in einen Hohlraum 10 innerhalb der Rotorwelle 15 eingeführt. Das Rohr 12 kann insbesondere bezüglich dem Stator 2 ortsfest sein, also nicht mit dem Rotor 3 rotieren. Alternativ kann jedoch auch ein mitrotierendes Rohr 12 genutzt werden.The coolant is supplied through a pipe 12th into a cavity 10 inside the rotor shaft 15th introduced. The pipe 12th can in particular with regard to the stator 2 be stationary, i.e. not with the rotor 3 rotate. Alternatively, however, a rotating tube can also be used 12th be used.

Das einströmende Kühlmittel trifft auf eine Zwischenwand 13 innerhalb der Rotorwelle 15. Durch die Rotation der Rotorwelle 15 wird auch das Kühlmittel in Rotation versetzt und somit zur Wellenaußenwand 7 der Rotorwelle 15 geführt. Dort fließt es über mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Durchbrechungen 14 aus dem Hohlraum 10 in ein Kanalsystem 25, wobei es zunächst durch ein Führungsmittel 17 in einem ersten Ringkanal 16 aufgefangen wird, der gemeinsam durch das Führungsmittel 17, die Wellenaußenwand 7 und den Träger 8 gebildet wird.The incoming coolant hits an intermediate wall 13th inside the rotor shaft 15th . By the rotation of the rotor shaft 15th the coolant is also set in rotation and thus to the outer wall of the shaft 7th the rotor shaft 15th guided. There it flows over several openings spaced apart in the circumferential direction 14th out of the cavity 10 in a sewer system 25th , it being done first by a guide means 17th in a first ring channel 16 is caught together by the guide means 17th , the shaft outer wall 7th and the carrier 8th is formed.

Das in dem ersten Ringkanal 16 aufgenommene Kühlmittel wird aufgrund der Zentrifugalkraft aus dem ersten Ringkanal 16 gefördert. Hierbei wird ein Teil des Kühlmittels unmittelbar über die Abwurföffnungen 18 abgeworfen. Die Abwurföffnungen 18 sind axial von dem Träger 8 und dem Kurzschlusskäfig 9 beabstandet, so dass das Kühlmittel im Wesentlichen ohne weiteren Kontakt zu Komponenten des Rotors 3 zu den Wickelköpfen 6 des Stators 2 geführt wird. Hierdurch wird verhindert, dass durch einen Kontakt des Kühlmittels mit Rotorkomponenten auf einem größeren Radius der Rotor abgebremst wird, wie bereits eingangs erläutert wurde.That in the first ring channel 16 absorbed coolant is due to the centrifugal force from the first annular channel 16 promoted. In this case, part of the coolant is released directly through the discharge openings 18th thrown off. The discharge openings 18th are axially of the carrier 8th and the short circuit cage 9 spaced so that the coolant essentially without further contact with components of the rotor 3 to the winding heads 6th of the stator 2 to be led. This prevents the rotor from being braked over a larger radius as a result of the coolant coming into contact with rotor components, as already explained at the beginning.

Zudem ist der erste Ringkanal 16 über einen Trägerkanal 24 mit einem zweiten Ringkanal 19 gekoppelt, der durch ein weiteres Führungsmittel 27, die Wellenaußenwand 7 und den Träger 8 gebildet wird. Durch weitere Abwurföffnungen 20, die die Außenwand 28 des Ringkanals 19 durchbrechen, kann das Kühlmittel aufgrund der Zentrifugalkraft aus dem zweiten Ringkanal 19 auf die Wicklungsköpfe 6 des Stators 2 abgeworfen werden. Wie bereits zum Abwurf aus dem Ringkanal 16 erläutert wurde, wird ein weiterer Kontakt mit Komponenten des Rotors 3 durch eine entsprechende axiale Anordnung der Abwurföffnungen 20 vermieden. Durch den kontinuierlichen Abwurf von Kühlmittel über die Abwurföffnungen 20 wird weiteres Kühlmittel über den Trägerkanal 24 aus dem ersten Ringkanal 16 nachgesaugt, so dass die gesamte Kühlmittelförderung durch Zentrifugalkraft erfolgen kann.In addition, is the first ring channel 16 via a carrier channel 24 with a second ring channel 19th coupled by another guide means 27 , the shaft outer wall 7th and the carrier 8th is formed. Through further discharge openings 20th who have favourited the outside wall 28 of the ring channel 19th break through, the coolant can due to the centrifugal force from the second annular channel 19th on the winding heads 6th of the stator 2 be thrown off. As already for the drop from the ring canal 16 has been explained, there is another contact with components of the rotor 3 through a corresponding axial arrangement of the discharge openings 20th avoided. Through the continuous discharge of coolant through the discharge openings 20th gets additional coolant through the carrier channel 24 from the first ring channel 16 sucked in so that the entire coolant delivery can take place by centrifugal force.

Beim Austritt aus den Abwurföffnungen 18, 20 wird das Kühlmittel über einen gewissen Raumwinkelbereich gestreut. Je nach konkreter Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1 bzw. des Rotors 3 kann sich hierbei ein Teil des Kühlmittels im Bereich 26, der radial innerhalb des jeweiligen Kurzschlussrings 31 liegt, sammeln. Da dies unter Umständen zu einem Abbremsen des Rotors 3 führen kann, kann es vorteilhaft sein, ein, beispielsweise scheibenförmiges, Abweiselement 21 vorzusehen, das einen Eintritt des Kühlmittels in diesem Bereich 26 bzw. ein Besprühen des Trägers 3 bzw. des Kurzschlussrings 31 im Wesentlichen vollständig verhindert.When exiting the discharge openings 18th , 20th the coolant is spread over a certain solid angle range. Depending on the specific design of the electrical machine 1 or the rotor 3 some of the coolant can be in the area 26th , the radially inside the respective short-circuit ring 31 lies, collect. As this may slow down the rotor 3 can lead, it can be advantageous, for example, a disc-shaped deflector element 21 to provide an entry of the coolant in this area 26th or a spraying of the carrier 3 or the short-circuit ring 31 essentially completely prevented.

Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Durchbrechungen 14 sowohl bezüglich der Abwurföffnungen 18 als auch bezüglich der axialen Enden 29 der Trägerkanäle 24 in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Durch Wahl der Anordnung dieser Elemente kann eine gewünschte Verteilung des Kühlmittels auf die Abwurföffnungen 18 und die Trägerkanäle 24 erreicht werden.As in 2 can be seen are the breakthroughs 14th both with regard to the discharge openings 18th as well as with respect to the axial ends 29 the carrier channels 24 arranged offset in the circumferential direction. By choosing the arrangement of these elements, a desired distribution of the coolant can be achieved on the discharge openings 18th and the carrier channels 24 can be achieved.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 23, das eine wie obig erläutert aufgebaute elektrische Maschine 1 mit einem entsprechenden Stator 2 und Rotor 3 umfasst. Die elektrische Maschine 1 kann insbesondere der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs 23 sein. Bei Antriebsmotoren ist es besonders relevant, hohe Dauerleistungsfähigkeiten zu erreichen, weshalb eine ausreichende Kühlung des Rotors, wie sie durch das erläuterte Vorgehen mit geringem Aufwand erreicht werden kann, besonders wesentlich ist. 3 shows an embodiment of a motor vehicle 23 , an electrical machine constructed as explained above 1 with a corresponding stator 2 and rotor 3 includes. The electric machine 1 can in particular the drive motor of the motor vehicle 23 be. In the case of drive motors, it is particularly relevant to achieve high continuous performance capabilities, which is why adequate cooling of the rotor, as can be achieved with little effort using the procedure explained, is particularly important.

Claims

Rotor for an electrical machine (1) with a rotor shaft (15), a carrier (8) which is non-rotatably coupled to the rotor shaft (15) and at least one short-circuit cage (9) arranged on the carrier (8) or a winding arranged on the carrier, wherein the rotor shaft (15) comprises a cavity (10) for guiding a coolant through the rotor shaft (15), a radial outer shaft wall (7) of the rotor shaft (15) having at least one opening (14) through which the cooling fluid from the cavity (10) can emerge, characterized in that the opening (14) opens into a channel system (25) which has at least one ring channel (16, 19) and at least one carrier channel (24) fluidically coupled to the ring channel (16, 19), which extends inside the carrier (8) in the axial direction, wherein the respective annular channel (16, 19) extends outside the carrier (8) in a ring around the rotor shaft (15) and is arranged by a respective outside on the shaft outer wall (7) it guide means (17, 27) is formed together with the shaft outer wall (7) and / or the carrier (8), the respective guide means (17, 27) having at least one discharge opening (18, 20) which the guide means (17, 27) penetrated radially and through which the coolant can escape from the channel system (25) into the vicinity of the rotor (3).

Rotor after Claim 1 , characterized in that the at least one ejection opening (18, 20) is arranged axially spaced from the carrier (8) and the winding or the short-circuit cage (9).

Rotor after Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one opening (14) is spaced apart from the carrier (8) in the axial direction.

Rotor after Claim 3 , characterized in that the cavity (10) is connected to the channel system (25) exclusively on one side of the carrier (8) via the at least one opening (14).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that it has a first and second of the ring channels (16, 19) which are arranged on axially opposite sides of the carrier (8) and which are connected by the at least one carrier channel (24).

Rotor after Claim 5 , characterized in that the at least one opening (14) opens into the first annular channel (16).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the respective guide means (17, 27) comprises a deflecting element (21) which extends from a radial outer wall (28) of the annular channel (16, 19) which extends from the at least one discharge opening ( 18, 20) of this guide means (17, 27) is penetrated, extends radially outward, the carrier (8) and the at least one ejection opening (16, 20) of this guide means (17, 27) on opposite sides of the deflector element (21) are arranged.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one opening (14) is arranged offset in the circumferential direction to the at least one discharge opening (18, 20) and / or to a respective axial end (29) of the at least one carrier channel (24) and / or that the axial end (29) of the respective carrier channel (24) is offset in the circumferential direction to the at least one discharge opening (18, 20).

Electrical machine, in particular drive motor of a motor vehicle (23), with a stator (2), characterized in that it comprises a rotor (3) according to one of the preceding claims.

Motor vehicle, characterized in that it is an electrical machine (1) according to Claim 9 includes.