DE102020114681A1 - Rotor with heat pipe, electrical machine and motor vehicle - Google Patents

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Maximilian Pilz
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1) aufweisend eine stromführende Wicklung (7) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses und ein Rotoreisen (6) zum Halten der Wicklung (7) und zum Leiten des von der Wicklung (7) erzeugten magnetischen Flusses, wobei die Wicklung (7) zumindest teilweise als Heatpipe (9) ausgebildet ist, welche zum Leiten von im Betrieb des Rotors (3) entstehenden Abwärme sowie zur Stromführung für die Erzeugung des magnetischen Flusses ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine (1) sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a rotor (3) for an electrical machine (1) having a current-carrying winding (7) for generating a magnetic flux and a rotor iron (6) for holding the winding (7) and for conducting the from the winding (7) generated magnetic flux, wherein the winding (7) is at least partially designed as a heat pipe (9) which is designed to conduct waste heat generated during operation of the rotor (3) and to conduct current for generating the magnetic flux. The invention also relates to an electrical machine (1) and a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine aufweisend eine stromführende Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Flusses sowie ein Rotoreisen zum Halten der Wicklung und zum Leiten des von der Wicklung erzeugten magnetischen Flusses. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a rotor for an electrical machine having a current-carrying winding for generating a magnetic flux and a rotor iron for holding the winding and for conducting the magnetic flux generated by the winding. The invention also relates to an electrical machine and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Die Maschinen weisen Aktivteile in Form von einem ortsfest gelagerten Stator sowie in Form von einem bezüglich des Stators beweglich gelagerten Rotor auf. Im Falle einer stromerregten Maschine weisen die Aktivteile üblicherweise magnetfelderzeugende Systeme in Form von bestrombaren Wicklungen auf, welche von einem Aktivteileisen gehalten werden und einen magnetischen Fluss erzeugen. Im Betrieb der elektrischen Maschine erhitzen sich beispielsweise die Wicklungen. Dadurch können sich aufgrund von einer inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb der Wicklung lokale Heißpunkte bzw. Hotspots, beispielsweise im Bereich von axial an den Aktivteileisen überstehenden Wickelköpfen der Wicklungen, ausbilden. Da die Erhitzung der elektrischen Maschine eine Effizienz und Dauerleistung der elektrischen Maschine negativ beeinflusst, wird diese üblicherweise gekühlt. Zur Kühlung des Stators kann beispielsweise ein Kühlmantel um den Stator herum angeordnet sein, welcher von einem Kühlmedium durchströmt wird.In the present case, the interest is directed towards electrical machines, which can be used, for example, as drive machines for electrically drivable motor vehicles, i.e. electric or hybrid vehicles. The machines have active parts in the form of a stationary mounted stator and in the form of a rotor mounted movably with respect to the stator. In the case of an energized machine, the active parts usually have systems that generate magnetic fields in the form of windings that can be energized, which are held by an active-part iron and generate a magnetic flux. For example, the windings heat up during operation of the electrical machine. As a result, due to an inhomogeneous temperature distribution within the winding, local hot spots or hotspots can form, for example in the area of the winding heads of the windings protruding axially from the active part irons. Since the heating of the electrical machine has a negative effect on the efficiency and continuous output of the electrical machine, it is usually cooled. To cool the stator, for example, a cooling jacket can be arranged around the stator, through which a cooling medium flows.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor einer elektrischen Maschine auf einfache und effiziente Weise kühlen zu können.It is the object of the present invention to be able to cool a rotor of an electrical machine in a simple and efficient manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by a rotor, an electrical machine and a motor vehicle having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine elektrische Maschine weist eine elektrisch leitfähige, stromführende Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Flusses sowie ein Rotoreisen zum Halten der Wicklung und zum Leiten des von der Wicklung erzeugten magnetischen Flusses auf. Die Wicklung ist zumindest teilweise als Heatpipe ausgebildet, welche zum Leiten von im Betrieb des Rotors entstehenden Abwärme sowie zur Stromführung für die Erzeugung des magnetischen Flusses ausgebildet ist.A rotor according to the invention for an electrical machine has an electrically conductive, current-carrying winding for generating a magnetic flux and a rotor iron for holding the winding and for conducting the magnetic flux generated by the winding. The winding is at least partially designed as a heat pipe, which is designed to conduct waste heat generated during operation of the rotor and to conduct current for generating the magnetic flux.

Zur Erfindung gehört außerdem eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet werden. Die elektrische Maschine ist insbesondere als eine stromerregte Synchronmaschine (SSM) oder eine Asynchronmaschine (ASM) ausgebildet. Die elektrische Maschine weist zwei Aktivteile in Form von einem ortsfest gelagerten Stator bzw. Ständer sowie einem bezüglich des Stators beweglich, beispielsweise drehbar, gelagerten Rotor bzw. Läufer auf.The invention also includes an electrical machine with a rotor according to the invention. The electric machine can be used, for example, as an electric traction machine for an electrically drivable motor vehicle. The electrical machine is designed in particular as a current-excited synchronous machine (SSM) or an asynchronous machine (ASM). The electrical machine has two active parts in the form of a stationary mounted stator or stator and a rotor or rotor mounted movably, for example rotatably, with respect to the stator.

Der Rotor weist das Rotoreisen auf, welches beispielsweise durch ein Rotorblechpaket aus axial gestapelten Blechlamellen ausgebildet sein kann. Außerdem weist der Rotor die elektrisch leitfähige Wicklung auf, welche für die Erzeugung bzw. Erregung des magnetischen Flusses zur Stromführung ausgebildet ist. Im Falle der stromerregten Synchronmaschine ist die Wicklung insbesondere als eine bestrombare Erregerspule ausgebildet. Die Erregerspule kann beispielsweise stabförmige Leiter bzw. Formstäbe umfassen, welche in Nuten des Rotoreisens angeordnet sind. Auch kann die Rotorspule Wicklungsdrähte umfassen, welche um Pole des Rotoreisens gewickelt sind. Im Falle der Asynchronmaschine ist die Wicklung insbesondere als eine Käfigwicklung zur Ausbildung eines Rotors in Form von einem Kurzschlussläufer ausgebildet, welche Leiterstäbe und die Leiterstäbe kurzschließende Kurzschlussringe aufweist. Die Leiterstäbe sind dabei in das Rotoreisen eingebettet und bilden gemeinsam mit den Kurzschlussringen einen Kurzschlusskäfig.The rotor has the rotor iron, which can be formed, for example, by a laminated rotor stack of axially stacked laminations. In addition, the rotor has the electrically conductive winding, which is designed to generate or excite the magnetic flux for conducting current. In the case of the current-excited synchronous machine, the winding is designed, in particular, as an excitation coil that can be energized. The excitation coil can comprise, for example, rod-shaped conductors or shaped rods which are arranged in grooves in the rotor iron. The rotor coil can also comprise winding wires which are wound around poles of the rotor iron. In the case of the asynchronous machine, the winding is designed in particular as a cage winding to form a rotor in the form of a squirrel-cage rotor, which has conductor bars and short-circuit rings that short-circuit the conductor bars. The conductor bars are embedded in the rotor iron and, together with the short-circuit rings, form a short-circuit cage.

Um den Rotor kühlen zu können, sind Wicklungsleiter der Wicklung zumindest teilweise durch Heatpipes bzw. Wärmerohre ausgebildet. Diese Heatpipes sind dazu ausgelegt, sowohl einen Strom zum Erzeugen des magnetischen Flusses zu führen als auch eine Abwärme, welche beispielsweise im Betrieb des Rotors an der Wicklung entsteht, zu leiten. Die Heatpipes weisen insbesondere eine thermisch und elektrisch leitfähige, einen Hohlraum umschließende Wandung, ein in dem Hohlraum angeordnetes Arbeitsmedium und eine in dem Hohlraum angeordnete Kapillarstruktur auf. Dabei ist die Wandung dazu ausgelegt, einen Strom zur Erzeugung des magnetischen Flusses zu führen und in einem Verdampfungsbereich die Abwärme an das Arbeitsmedium abzugeben. Beispielsweise ist die Wandung aus Kupfer gebildet. Das Arbeitsmedium ist dazu ausgelegt, die aufgenommene Abwärme in Richtung eines Kondensatorbereiches der Wandung zu transportieren und dort an eine Wärmesenke zum Abführen der Abwärme abzugeben. Die Kapillarstruktur ist dazu ausgelegt, das Arbeitsmedium von dem Kondensatorbereich zu dem Verdampfungsbereich zurückzuführen. Das Arbeitsmedium kann dabei für die Wärmeübertragung unterschiedliche Aggregatszustände einnehmen. Ein Wärmeeintrag über den Verdampfungsbereich der Wandung in den Hohlraum erhöht lokal die Temperatur eines flüssigen Anteils des Arbeitsmediums, das sich im Sattdampfgebiet befindet, und führt somit zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Die dem Arbeitsmedium zugeführte Abwärme wird also in Verdampfungswärme umgesetzt. Der entstandene Dampf, also der gasförmige Anteil des Arbeitsmediums, verteilt sich innerhalb des Hohlraumes, kondensiert wieder im Kondensatorbereich der Wandung, welcher insbesondere mit der Wärmesenke thermisch gekoppelt ist, und gibt dadurch die Abwärme wieder ab. Der nun wieder verflüssigte Anteil des Arbeitsmediums kehrt mithilfe der Kapillarstruktur zum Verdampfungsbereich zurück, wo er erneut Abwärme aufnehmen kann.In order to be able to cool the rotor, winding conductors of the winding are at least partially formed by heat pipes or heat pipes. These heat pipes are designed to carry a current to generate the magnetic flux as well as to conduct waste heat that is generated, for example, on the winding when the rotor is in operation. The heat pipes in particular have a thermally and electrically conductive wall enclosing a cavity, a working medium arranged in the cavity and a capillary structure arranged in the cavity. The wall is designed to carry a current to generate the magnetic flux and to give off the waste heat to the working medium in an evaporation area. For example, the wall is made of copper. The working medium is designed to transport the absorbed waste heat in the direction of a condenser area of the wall and to give it off there to a heat sink to dissipate the waste heat. The capillary structure is designed to return the working medium from the condenser area to the evaporation area. The working medium can be different for the heat transfer Assume physical states. The introduction of heat into the cavity via the evaporation area of the wall locally increases the temperature of a liquid portion of the working medium that is in the saturated steam area and thus leads to the evaporation of the working medium. The waste heat supplied to the working medium is therefore converted into heat of vaporization. The resulting vapor, i.e. the gaseous portion of the working medium, is distributed within the cavity, condenses again in the condenser area of the wall, which is thermally coupled in particular to the heat sink, and thereby releases the waste heat again. The part of the working medium that has now been liquefied again returns to the evaporation area with the help of the capillary structure, where it can again absorb waste heat.

Insbesondere bilden erste Wicklungsabschnitte, welche sich axial durch das Rotoreisen erstrecken, zumindest teilweise den Verdampfungsbereich der Heatpipe aus, und zweite Wicklungsabschnitte, welche an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotoreisens angeordnet sind, bilden zumindest teilweise den Kondensatorbereich der Heatpipe aus, welcher mit einer Wärmesenke des Rotors thermisch koppelbar ist. Der Verdampfungsbereich erstreckt sich dabei insbesondere über eine axiale Höhe des Rotoreisens, sodass die Abwärme in axialer Richtung zu den Stirnseiten geleitet werden kann. An den Stirnseiten befindet sich der Kondensatorbereich. Die zweiten Wicklungsabschnitte sind bei einem Rotor einer stromerregten Maschine als Wickelköpfe ausgebildet. Bei einem Rotor in Form von einem Kurzschlussläufer sind die zweiten Wicklungsabschnitte beispielsweise als die Kurzschlussringe ausgebildet.In particular, first winding sections, which extend axially through the rotor iron, at least partially form the evaporation area of the heat pipe, and second winding sections, which are arranged on axially opposite end faces of the rotor iron, at least partially form the condenser area of the heat pipe, which is connected to a heat sink of the rotor is thermally coupled. The evaporation area extends in particular over an axial height of the rotor iron, so that the waste heat can be conducted in the axial direction to the end faces. The condenser area is located on the front sides. In the case of a rotor of an energized machine, the second winding sections are designed as winding heads. In the case of a rotor in the form of a squirrel-cage rotor, the second winding sections are designed, for example, as the short-circuit rings.

Dadurch, dass der Rotor ein Heatpipe-basierter Rotor ist, indem zumindest Teile der Wicklung durch Heatpipes substituiert werden, kann in vorteilhafter Weise die Stromführung mit der Wärmeabfuhr kombiniert werden. Außerdem weisen Heatpipes eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass eine homogene Temperaturverteilung über die gesamte Höhe des Rotoreisens erreicht werden kann und lokale Hotspots vermieden werden können. Dadurch können beispielsweise eine Effizienz und eine Dauerleistung der elektrischen Maschine gesteigert werden.Because the rotor is a heat pipe-based rotor, in that at least parts of the winding are substituted by heat pipes, the current conduction can advantageously be combined with the heat dissipation. In addition, heat pipes have a high thermal conductivity, so that a homogeneous temperature distribution can be achieved over the entire height of the rotor iron and local hotspots can be avoided. In this way, for example, the efficiency and continuous output of the electrical machine can be increased.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Wärmesenke zumindest eine, auf zumindest einen der zweiten Wicklungsabschnitte aufgesetzte und von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkappe auf. Eine solche Kühlkappe kann beispielsweise ein doppelwandiger Hohlkörper sein, welcher von dem Kühlmedium durchströmt werden kann. Das Kühlmedium wird dabei mithilfe der Kühlkappe an den zweiten Wicklungsabschnitten entlang geführt, welche dadurch aktiv gekühlt werden. Mittels der Kühlkappe, welche beispielsweise mit einem Kühlkreis der elektrischen Maschine gekoppelt ist, kann die Abwärme von dem Rotoreisen und den Wicklungen abgeführt werden. Insbesondere ist die zumindest eine Kühlkappe mittels einer thermisch leitfähigen Vergussmasse auf dem zumindest einen zweiten Wicklungsabschnitt befestigt. Über die Vergussmasse kann die Abwärme von den zweiten Wicklungsabschnitten an die Kühlkappen abgeleitet werden.In one embodiment of the invention, the heat sink has at least one cooling cap placed on at least one of the second winding sections and through which a cooling medium can flow. Such a cooling cap can be, for example, a double-walled hollow body through which the cooling medium can flow. The cooling medium is guided along the second winding sections with the aid of the cooling cap, which are thereby actively cooled. The waste heat can be dissipated from the rotor iron and the windings by means of the cooling cap, which is coupled, for example, to a cooling circuit of the electrical machine. In particular, the at least one cooling cap is attached to the at least one second winding section by means of a thermally conductive potting compound. The waste heat can be dissipated from the second winding sections to the cooling caps via the potting compound.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Wärmesenke eine Aerosolerzeugungseinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, zumindest einen der zweiten Wicklungsabschnitte mit einem kühlenden Aerosol zu beaufschlagen. Das Aerosol kann beispielsweise ein Öl sein, sodass die Aerosolerzeugungseinrichtung als eine Ölspraydüse ausgebildet ist.It can also be provided that the heat sink has an aerosol generating device which is designed to apply a cooling aerosol to at least one of the second winding sections. The aerosol can be an oil, for example, so that the aerosol generating device is designed as an oil spray nozzle.

Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the rotor according to the invention and their advantages apply accordingly to the electrical machine according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Maschine;
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Maschine; und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Heatpipe im Querschnitt.
The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of an electrical machine;
  • 2 a schematic representation of a second embodiment of an electrical machine; and
  • 3 a schematic representation of a heat pipe in cross section.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 und 2 zeigen Ausführungsformen einer elektrischen Maschine 1, welche beispielsweise als Traktionsmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Die elektrische Maschine 1 kann eine stromerregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 sowie einen bezüglich des Stators 2 um eine Rotationsachse R drehbar gelagerten Rotor 3 auf. Der Rotor 3 ist mit einer Rotorwelle 4 drehfest verbunden. Der Rotor 3 und der Stator 2 sind in einem Gehäuse 5 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Der Rotor 3 weist ein Rotoreisen 6 auf, welches zum Halten einer Wicklung 7 und zum Leiten eines von der Wicklung 7 erzeugten magnetischen Flusses ausgebildet ist. Zum Erzeugen des magnetischen Flusses ist die Wicklung 7 aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet und dazu ausgelegt, einen Strom zu führen. 1 and 2 show embodiments of an electrical machine 1 which can be used, for example, as a traction machine of an electrically drivable motor vehicle. The electric machine 1 can be a current-excited synchronous machine or an asynchronous machine. The electric machine 1 has a stator 2 and one related to the stator 2 about an axis of rotation R rotatably mounted rotor 3 on. The rotor 3 is with a rotor shaft 4th non-rotatably connected. The rotor 3 and the stator 2 are in one housing 5 of the electric machine 1 arranged. The rotor 3 exhibits a rotor iron 6th on which one to hold a winding 7th and for routing one from the winding 7th generated magnetic flux is formed. The winding is used to generate the magnetic flux 7th formed from an electrically conductive material and designed to carry a current.

Die Wicklung 7 weist erste Wicklungsabschnitte 7a auf, welche innerhalb der Rotoreisens 6 angeordnet sind. Bei einer Wicklung 7 in Form von einer Erregerspule, wie sie bei einer stromerregten Synchronmaschine verwendet wird, sind die ersten Wicklungsabschnitte 7a Bereiche der Erregerspule, welche beispielsweise in Nuten des Rotoreisens 6 angeordnet sind. Bei einer Wicklung 7 in Form von einer Käfigwicklung, wie sie bei einer Asynchronmaschine verwendet wird, sind die ersten Wicklungsabschnitte 7a Leiterstäbe, welche in Durchgangsöffnungen des Rotoreisens 6 angeordnet, beispielsweise eingegossen, sind. Außerdem weist die Wicklung 7 zweite Wicklungsabschnitte 7b auf, welche an dem Rotoreisen 6 axial überstehen und somit an axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten 8 des Rotoreisens 6 angeordnet sind. Die zweiten Wicklungsabschnitte 7b sind bei einer Wicklung 7 in Form von einer Erregerspule Wickelköpfe und bei einer Wicklung 7 in Form von einer Käfigwicklung Kurzschlussringe, welche die Leiterstäbe kurzschließen.The winding 7th has first winding sections 7a on which inside the rotor iron 6th are arranged. With a winding 7th The first winding sections are in the form of an excitation coil, as is used in a current-excited synchronous machine 7a Areas of the excitation coil, which for example in grooves of the rotor iron 6th are arranged. With a winding 7th The first winding sections are in the form of a squirrel cage winding, as used in an asynchronous machine 7a Ladder bars, which in through openings of the rotor iron 6th arranged, for example cast, are. It also has the winding 7th second winding sections 7b on which one on the rotor iron 6th axially protrude and thus on axially opposite end faces 8th of the rotor iron 6th are arranged. The second winding sections 7b are at one winding 7th in the form of an excitation coil end windings and one winding 7th in the form of a cage winding short-circuit rings that short-circuit the conductor bars.

Die Wicklung 7 ist zumindest bereichsweise als Heatpipe 9 ausgebildet, welche in 3 im Querschnitt dargestellt ist. Die Heatpipe 9 ist dazu ausgelegt, eine im Betrieb des Rotors 3 entstehende Abwärme axial entlang der Rotationsachse R zu den Stirnseiten 8 des Rotoreisens 6 zu leiten. Dort kann die Abwärme mittels einer Wärmesenke 10 abgeführt werden. Die Heatpipe 9 weist, wie in 3 gezeigt, eine elektrisch und thermisch leitfähige Wandung 11, beispielsweise eine Kupferwandung, auf. Diese Wandung kann einen Strom zur Erzeugung des magnetischen Flusses führen und kann außerdem eine Abwärme, welche beispielsweise aus der Erhitzung der Wicklung 7 während der Stromführung resultiert, leiten. Durch die Wandung 11 ist ein Hohlraum 12 eingeschlossen, in welchem ein Arbeitsmedium 13 für den Wärmetransport sowie eine Kapillarstruktur 14 angeordnet sind. Durch einen Wärmeeintrag über einen Verdampfungsbereich der Wandung 11 verdampft das flüssige Arbeitsmedium 13 und transportiert die Wärme in Richtung eines Kondensatorbereiches der Wandung 11. Dort kondensiert das Arbeitsmedium 13 wieder und gibt die Wärme an den Kondensatorbereich ab, von wo aus sie mittels der Wärmesenke 10 abgeführt werden kann.The winding 7th is at least partially as a heat pipe 9 trained, which in 3 is shown in cross section. The heat pipe 9 is designed to have one in operation of the rotor 3 resulting waste heat axially along the axis of rotation R to the end faces 8th of the rotor iron 6th to direct. The waste heat can there by means of a heat sink 10 be discharged. The heat pipe 9 knows how in 3 shown, an electrically and thermally conductive wall 11th , for example a copper wall. This wall can carry a current to generate the magnetic flux and can also contain waste heat, for example from the heating of the winding 7th during the current conduction results, conduct. Through the wall 11th is a cavity 12th included, in which a working medium 13th for heat transport and a capillary structure 14th are arranged. By heat input through an evaporation area of the wall 11th the liquid working medium evaporates 13th and transports the heat in the direction of a condenser area of the wall 11th . The working medium condenses there 13th again and releases the heat to the condenser area, from where it is removed by means of the heat sink 10 can be discharged.

Der Verdampfungsbereich befindet sich dabei im Bereich der ersten Wicklungsabschnitte 7a der Wicklung 7 und der Kondensatorbereich befindet sich im Bereich der zweiten Wicklungsabschnitte 7b der Wicklung. Diese zweiten Wicklungsabschnitte 7b können aktiv mittels der Wärmesenke 10 gekühlt werden, um die von den Heatpipes 9 übertragene Abwärme von dem Rotor 3 abtransportieren zu können. Gemäß 1 weist die Wärmesenke 10 eine Aerosolerzeugungseinrichtung 15 auf, welche dazu ausgelegt ist, die zweiten Wicklungsabschnitte 7b mit einem Aerosol zu beaufschlagen bzw. zu besprühen. Das Aerosol kann beispielsweise ein Öl sein. Gemäß 2 weist die Wärmesenke 10 Kühlkappen 16 auf, wobei jeweils eine Kühlkappe 16 auf einen der zweiten Wicklungsabschnitte 7b aufgesetzt ist. Die Kühlkappen 16 sind als Hohlkörper, beispielsweise aus Keramik, ausgebildet und von einem Kühlmedium, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar. Die Kühlkappen 16 können beispielsweise mit einem Kühlkreis des Kraftfahrzeugs gekoppelt werden, in welchem das Kühlmedium zirkulieren kann. Die Kühlkappen 16 können mittels einer thermisch leitfähigen Vergussmasse 17, beispielsweise einem Vergussharz, an den zweiten Wicklungsabschnitten 7b befestigt sein.The evaporation area is located in the area of the first winding sections 7a the winding 7th and the capacitor area is in the area of the second winding sections 7b the winding. These second winding sections 7b can actively use the heat sink 10 be cooled to by the heat pipes 9 transferred waste heat from the rotor 3 to be able to transport away. According to 1 points the heat sink 10 an aerosol generator 15th on, which is designed, the second winding sections 7b to apply or spray with an aerosol. The aerosol can be an oil, for example. According to 2 points the heat sink 10 Cooling caps 16 on, each with a cooling cap 16 on one of the second winding sections 7b is put on. The cooling caps 16 are designed as hollow bodies, for example made of ceramic, and through which a cooling medium, for example a cooling liquid, can flow. The cooling caps 16 can for example be coupled to a cooling circuit of the motor vehicle in which the cooling medium can circulate. The cooling caps 16 can by means of a thermally conductive potting compound 17th , for example a potting resin, on the second winding sections 7b be attached.

Claims (10)

Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1) aufweisend: - eine stromführende Wicklung (7) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, - ein Rotoreisen (6) zum Halten der Wicklung (7) und zum Leiten des von der Wicklung (7) erzeugten magnetischen Flusses, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (7) zumindest teilweise als Heatpipe (9) ausgebildet ist, welche zum Leiten von im Betrieb des Rotors (3) entstehenden Abwärme sowie zur Stromführung für die Erzeugung des magnetischen Flusses ausgebildet ist.A rotor (3) for an electrical machine (1) comprising: - a current-carrying winding (7) for generating a magnetic flux, - a rotor iron (6) for holding the winding (7) and for conducting the one generated by the winding (7) magnetic flux, characterized in that the winding (7) is at least partially designed as a heat pipe (9) which is designed to conduct waste heat generated during operation of the rotor (3) and to conduct electricity to generate the magnetic flux. Rotor (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe (9) eine thermisch und elektrisch leitfähige, einen Hohlraum (12) umschließende Wandung (11), ein in dem Hohlraum (12) angeordnetes Arbeitsmedium (13) und eine in dem Hohlraum (12) angeordnete Kapillarstruktur (14) aufweist, wobei - die Wandung (11) dazu ausgelegt ist, einen Strom zur Erzeugung des magnetischen Flusses zu führen und in einem Verdampfungsbereich die Abwärme an das Arbeitsmedium (13) abzugeben, - das Arbeitsmedium (13) dazu ausgelegt ist, die aufgenommene Abwärme durch den Hohlraum (12) in Richtung eines Kondensatorbereiches der Wandung (11) zu transportieren und dort wieder abzugeben, und - die Kapillarstruktur (14) dazu ausgelegt ist, das Arbeitsmedium (13) von dem Kondensatorbereich zu dem Verdampfungsbereich zurückzuführen.Rotor (3) Claim 1 , characterized in that the heat pipe (9) has a thermally and electrically conductive wall (11) enclosing a cavity (12), a working medium (13) arranged in the cavity (12) and a capillary structure arranged in the cavity (12) ( 14), wherein - the wall (11) is designed to carry a current to generate the magnetic flux and to give off the waste heat to the working medium (13) in an evaporation area, - the working medium (13) is designed to absorb the To transport waste heat through the cavity (12) in the direction of a condenser area of the wall (11) and to release it there again, and - the capillary structure (14) is designed to return the working medium (13) from the condenser area to the evaporation area. Rotor (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Wicklungsabschnitte (7a) der Wicklung (7), welche sich axial durch das Rotoreisen (6) erstrecken, zumindest teilweise den Verdampfungsbereich ausbilden und zweite Wicklungsabschnitte (7b) der Wicklung (7), welche sich an axial gegenüberliegenden Stirnseiten (8) des Rotoreisens (6) befinden, den Kondensatorbereich ausbilden und mit einer Wärmesenke (10) des Rotors (3) thermisch koppelbar sind.Rotor (3) Claim 2 , characterized in that first winding sections (7a) of the winding (7), which extend axially through the rotor iron (6), at least partially form the evaporation area and second winding sections (7b) of the winding (7), which are axially opposite end faces (8) of the rotor iron (6) are located, form the condenser area and can be thermally coupled to a heat sink (10) of the rotor (3). Rotor (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (10) zumindest eine, auf zumindest einen der zweiten Wicklungsabschnitte (7b) aufgesetzte und von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkappe (16) aufweist.Rotor (3) Claim 3 , characterized in that the heat sink (10) has at least one cooling cap (16) placed on at least one of the second winding sections (7b) and through which a cooling medium can flow. Rotor (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlkappe (16) mittels einer thermisch leitfähigen Vergussmasse (17) an dem zumindest einen zweiten Wicklungsabschnitt (7b) befestigt ist.Rotor (3) Claim 4 , characterized in that the at least one cooling cap (16) is attached to the at least one second winding section (7b) by means of a thermally conductive potting compound (17). Rotor (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (10) eine Aerosolerzeugungseinrichtung (15) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, zumindest einen der zweiten Wicklungsabschnitte (7b) mit einem kühlenden Aerosol zu beaufschlagen.Rotor (3) after one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the heat sink (10) has an aerosol generating device (15) which is designed to apply a cooling aerosol to at least one of the second winding sections (7b). Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (7) als eine bestrombare Erregerspule ausgebildet ist.Rotor (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the winding (7) is designed as an energizable excitation coil. Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (7) als eine Käfigwicklung zur Ausbildung eines Kurzschlusskäfigs ausgebildet ist, welche Leiterstäbe und die Leiterstäbe kurzschließende Kurzschlussringe aufweist.Rotor (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the winding (7) is designed as a cage winding to form a short-circuit cage, which has conductor bars and short-circuit rings that short-circuit the conductor bars. Elektrische Maschine (1) mit zumindest einem Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electrical machine (1) with at least one rotor (3) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1) nach Anspruch 9.Motor vehicle with an electrical machine (1) according to Claim 9 .
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