DE102021102430A1

DE102021102430A1 - Rotor für eine elektrische Maschine eines Antriebsstrangs sowie elektrische Maschine für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021102430A1
Application number: DE102021102430.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Lang; Robert Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine eines Antriebsstrangs, mit einer Rotorwelle (12), mit die Rotorwelle (12) umfangsseitig umschließenden, ein Blechpaket (22) und an jeweiligen Stirnseiten an das Blechpaket (22) anschließende Sternscheiben (18, 20) umfassenden Aktivteilen (14) und mit wenigstens einem Kühlkanal (16), welcher einen sich ausgehend von einem Einlassende (30) der Rotorwelle (12) durch die Rotorwelle (12) bereichsweise hindurch erstreckenden Einlassbereich (24) und einen sich zumindest bereichsweise durch die Aktivteile (14) hindurch erstreckenden Kühlfluidvorlaufbereich (28) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, über das Einlassende (30) der Rotorwelle (12) in den Kühlkanal (16) eingeströmtes Kühlfluid in Richtung eines dem Einlassende (30) der Rotorwelle (12) gegenüberliegenden weiteren Endes (32) der Rotorwelle (12) zu führen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine eines Antriebsstrangs sowie eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
Aus der EP 2 667 486 B2 ist bereits ein kühlbarer Rotor einer elektrischen Maschine bekannt. Der Rotor umfasst wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten radial ausgerichteten Hohlraum sowie wenigstens einen Fluidkanal, welcher sich in einer zumindest im Wesentlichen axialen Richtung erstreckt und den ersten radial ausgerichteten Hohlraum und den zweiten radial ausgerichteten Hohlraum fluidisch miteinander verbindet. Weiter umfasst die elektrische Maschine eine Welle, die mit dem Rotor gekoppelt ist und einen Fluiddurchgang aufweist. Wenigstens ein radial ausgerichteter Hohlraum des Rotors ist mit dem Fluiddurchgang fluidisch verbunden. Weiterhin umfasst der elektrische Motor einen Stator oder einen beliebigen Körper oder einen beliebigen Raum, welcher zum Aufsammeln wenigstens eines Teils der Fluids, das aus dem Rotor tritt, eingerichtet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders effizientes Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine eines Antriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Rotorwelle sowie mit die Rotorwelle umfangsseitig umschließenden ein Blechpaket und an jeweiligen Stirnseiten des Blechpakets anschließende Sternscheiben umfassenden Aktivteilen. Die Rotorwelle ist insbesondere drehfest mit den Aktivteilen verbunden, wodurch ein Drehmoment zwischen den Aktivteilen und der Welle übertragen werden kann. Für eine besonders gute Kühlung des Rotors weist der Rotor wenigstens einen Kühlkanal auf, welcher einen sich ausgehend von einem Einlassende der Rotorwelle durch die Rotorwelle bereichsweise hindurch erstreckenden Einlassbereich und einen sich zumindest bereichsweise durch die Aktivteile hindurch erstreckenden Kühlfluidvorlaufbereich umfasst. Der Kühlfluidvorlaufbereich ist dazu eingerichtet, über das Einlassende der Rotorwelle in den Kühlkanal eingeströmtes Kühlfluid in Richtung eines dem Einlassende der Rotorwelle gegenüberliegenden weiteren Endes der Rotorwelle zu führen.
Mit anderen Worten kann das Kühlfluid über das Einlassende der Rotorwelle in den Rotor einströmen. Nach dem Einströmen des Kühlfluids in den Rotor über den Einlassbereich, in welchem das Kühlfluid in Richtung des dem Einlassende der Rotorwelle gegenüberliegenden weiteren Endes der Rotorwelle fließt, kann das Kühlfluid aus der Rotorwelle in die Aktivteile fließen. In diesen Aktivteilen kann das Kühlfluid mittels des Kühlkanals weiter in Richtung des dem Einlassende der Rotorwelle gegenüberliegenden weiteren Endes der Rotorwelle geführt werden. Hierdurch kann das Kühlfluid in einem besonders nah zu dem Einlassende der Rotorwelle angeordneten Bereich der Aktivteile in die Aktivteile eintreten. Somit wird ermöglicht, dass das Kühlfluid in dem Kühlkanal lediglich für eine besonders kurze Strecke in der Rotorwelle geführt wird und anschließend in den sich durch die Aktivteile erstreckenden Bereich des Kühlkanals einfließen kann, wodurch besonders wenig von einer Kühlkapazität des Kühlfluids in der Rotorwelle aufgebraucht wird und besonders viel Wärme mittels des Kühlfluids von den Aktivteilen aufgenommen werden kann. Hierdurch kann mittels des durch den Kühlkanal strömenden Kühlfluids die Aktivteile besonders gut gekühlt werden. Das Kühlfluid kann beispielsweise über Fliehkräfte, welche infolge einer Rotation des Rotors auftreten, oder durch äußere Förderwirkung des Kühlfluids oder durch Kapillareffekte durch den Kühlkanal strömen. Hierdurch kann ein zuverlässiger Kühlfluidstrom in dem Kühlkanal des Rotors gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich kann für ein zuverlässiges Strömen des Kühlfluids durch den Kühlkanal der Kühlkanal über seine Länge einen unterschiedlichen radialen Abstand zu der Welle aufweisen. Hierbei kann der Kühlkanal ausgehend von einem Punkt, an welchem der Kühlkanal von der Rotorwelle in die Aktivteile mündet, entlang seines Verlaufs einen immer größeren Abstand zur Rotorwelle aufweisen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine dem Einlassende der Rotorwelle zugewandte Sternscheibe zusammen mit dem Blechpaket einen Übergangsbereich des wenigstens einen Kühlkanals von dem Einlassbereich zu dem Kühlfluidvorlaufbereich bereitstellt. In diesem Übergangsbereich kann das Kühlfluid von dem Einlassbereich zu dem Kühlfluidvorlaufbereich geführt werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Fließrichtung des Kühlfluids in dem Übergangsbereich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung ausgehend von der Rotorwelle verläuft, wobei ein Anteil der Fließrichtung in axialer Richtung der Rotorwelle im Übergangsbereich besonders klein ist, insbesondere nicht vorhanden ist. In dem Übergangsbereich kann somit das Kühlfluid ausgehend von der Rotorwelle radial nach außen geführt werden, insbesondere zu einem zu kühlenden Bereich der Aktivteile. Somit kann über den Übergangsbereich das Kühlfluid bei Zurücklegen lediglich einer besonders geringen Strecke besonders schnell in den zu kühlenden Bereich der Aktivteile beziehungsweise in den Kühlfluidvorlaufbereich des Kühlkanals geführt werden, wodurch der Rotor, insbesondere die Aktivteile des Rotors, besonders effizient mittels des Kühlfluids gekühlt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Kühlkanal einen sich durch die Aktivteile hindurch erstreckenden Kühlfluidrücklaufbereich umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, Kühlfluid aus Richtung des weiteren Endes der Rotorwelle in Richtung des Einlassendes der Rotorwelle zu führen. Somit ist der Kühlfluidrücklaufbereich dazu eingerichtet, das Kühlfluid zumindest im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zu führen, wie der Kühlfluidvorlaufbereich. Hierdurch kann das Kühlfluid mittels des jeweiligen Kühlkanals besonders lang durch die Aktivteile geführt werden, wodurch mittels des Kühlfluids beim Durchströmen des Kühlkanals besonders viel Wärme von den Aktivteilen aufgenommen werden kann. Der Kühlfluidvorlaufbereich und der Kühlfluidrücklaufbereich können durch einen Umlenkbereich des Kühlkanals, welcher dazu eingerichtet ist, eine Fließrichtung des Kühlfluids umzukehren, verbunden sein. Dieser Umlenkbereich kann von einer zweiten Sternscheibe des Rotors und dem Blechpaket begrenzt werden. Hierbei ist die zweite Sternscheibe insbesondere an dem dem Einlassende der Rotorwelle gegenüberliegenden weiteren Ende der Rotorwelle zugeordnet angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Blechpaket mehrere Schenkel und jeweilige den Schenkeln zugeordnete Polschuhe aufweist und für jeden Schenkel ein Kühlkanal vorgesehen ist. Hierbei können die jeweiligen Schenkel radial von der Rotorwelle des Rotors abstehen. An jeweiligen freien Enden jedes Schenkels ist jeweils ein Polschuh angeordnet. Das Vorsehen wenigstens eines Kühlkanals für jeden der Schenkel ermöglicht ein besonders gutes Kühlen des jeweiligen Schenkels mittels des durch den zugeordneten Kühlkanal strömenden Kühlfluids. Somit kann mittels des Kühlfluids in den jeweiligen Schenkeln auftretende Wärme besonders gut abtransportiert werden, wodurch die elektrische Maschine besonders effizient betrieben werden kann.
Hierbei kann es insbesondere weiter vorgesehen sein, dass der Kühlfluidvorlaufbereich und/oder der Kühlfluidrücklaufbereich für jeden Schenkel innerhalb des jeweiligen Schenkels angeordnet sind. Das bedeutet, dass sich der jeweilige dem jeweiligen Schenkel zugeordnete Kühlkanal mit dessen Kühlfluidvorlaufbereich und/oder dessen Kühlfluidrücklaufbereich durch den jeweiligen Schenkel erstreckt. Beispielsweise kann ein Erstrecken des jeweiligen Kühlkanals durch den jeweiligen dem Schenkel zugeordneten Polschuh unterbleiben. Hierdurch wird ermöglicht, dass mittels des Kühlfluids besonders viel Wärme von dem jeweiligen zugeordneten Schenkel für ein besonders effizientes Kühlen des jeweiligen Schenkels aufgenommen werden kann. Insbesondere können sowohl der Kühlfluidvorlaufbereich als auch der Kühlfluidrücklaufbereich eines jeweiligen Kühlkanals in dem gleichen Schenkel angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Kühlkanal in einen zugeordneten Kühlfluidaustritt mündet, welcher von einer Bohrung in der Sternscheibe bereitgestellt wird und über welchen das Kühlfluid aus dem Rotor ausfließen kann. Über die Bohrung kann der Kühlfluidaustritt besonders einfach bereitgestellt werden. Hierbei kann die Bohrung an einer ausgehend von der Rotorwelle radial am weitesten beabstandeten Stelle der Sternscheibe angeordnet sein. Somit treten im Bereich der Bohrung besonders hohe Fliehkräfte bei einem Rotieren des Rotors auf, wodurch das Kühlfluid besonders einfach über die Bohrung aus dem Rotor austreten kann. Das Fördern des Kühlfluids mittels Fliehkräften kann durch wenigstens einen Kühlkanal ermöglicht werden, so dass ein Vorsehen einer Pumpe in dem Rotor für ein Fördern des Kühlfluids unterbleiben kann, alternativ oder zusätzlich kann das Kühlfluid durch äußere Förderwirkung des Fluids oder durch Kapillareffekte durch den wenigstens einen Kühlkanal gefördert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kühlkanal im Übergangsbereich und/oder im Umlenkbereich durch eine zugeordnete Nut in der jeweiligen Sternscheibe begrenzt wird und der Kühlkanal im Kühlfluidvorlaufbereich und/oder im Kühlfluidrücklaufbereich durch eine zugeordnete Bohrung im Blechpaket begrenzt wird. Das bedeutet, dass bei einem Bereitstellen des Rotors für das Vorsehen des Kühlkanals die wenigstens eine Bohrung in dem Blechpaket der Aktivteile angeordnet werden kann. Das Vorsehen der Bohrung ermöglicht ein besonders einfaches Bereitstellen des sich durch das Blechpaket erstreckenden Bereichs des Kühlkanals. Für den Umlenkbereich und/oder den Übergangsbereich können die jeweiligen Nuten in die Sternscheiben eingebracht werden, wobei jeweilige die Nuten begrenzende Wandungen der Sternscheiben gemeinsam mit dem Blechpaket des Kühlkanal im Übergangsbereich beziehungsweise im Umlenkbereich begrenzen können. Hierbei kann der Kühlkanal im Umlenkbereich beziehungsweise im Übergangsbereich durch jeweilige an den Sternscheiben anliegende Stirnseiten des Blechpakets gemeinsam mit den Nuten der Sternscheiben begrenzt werden. Das Vorsehen der Nuten ermöglicht ein besonders einfaches Bereitstellen der Begrenzung des wenigstens einen Kühlkanals in dem Übergangsbereich beziehungsweise in dem Umlenkbereich.
Es ist hierbei in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die jeweilige Nut einen größeren Durchmesser aufweist als die an die Nut unmittelbar anschließende Bohrung des Blechpakets. Mittels des im Vergleich zu der jeweiligen anschließenden Bohrung größeren Durchmessers der jeweiligen Nut können Fertigungstoleranzen und/oder Ausgleichstoleranzen zwischen dem Blechpaket und den jeweiligen anliegenden Sternscheiben ausgeglichen werden. Das Ausgleichen der Fertigungstoleranzen beziehungsweise der Ausgleichstoleranzen ermöglicht, dass ein sicherer Übergang von jeweiligen durch Bohrungen des Blechpakets bereitgestellten Bereichen des Kühlkanals zu jeweiligen zumindest teilweise durch Nuten in den Sternscheiben begrenzten Bereichen des Kühlkanals und somit ein sicheres Strömen des Kühlfluids durch den jeweiligen Kühlkanal ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Einlassbereich und der Kühlfluidvorlaufbereich ausgehend von einer Rotationsachse der Rotorwelle radial nach außen überdeckungsfrei zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass das durch den Einlassbereich des Kühlkanals fließende Kühlfluid bis zum Erreichen eines, dem Einlassende der Rotorwelle gegenüberliegenden, weiteren Ende der Rotorwelle zugeordneten Endes des Kühlfluidvorlaufbereichs kontinuierlich in einer axialen Richtung des Rotors fließt. Ein axiales Rückströmen des Kühlfluids von dem sich durch die Rotorwelle bereichsweise hindurch erstreckenden Einlassbereich des Kühlkanals bis zu einem vollständigen Durchlaufen des Kühlfluidvorlaufbereichs des Kühlkanals unterbleibt somit. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Kühlfluid lediglich für eine besonders kurze Strecke durch die Rotorwelle fließt und besonders schnell nach Einströmen in den Rotor in den Aktivteilen geführt wird. Hierdurch können die Aktivteile besonders effizient mittels des Kühlfluids gekühlt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Antriebsstrang des Fahrzeugs, mit einem Stator und einem Rotor, wie er bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor beschrieben worden ist. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine anzusehen und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Rotors für eine elektrische Maschine eines beliebigen Antriebsstrangs, mit einer Rotorwelle, mit die Rotorwelle radial umschließenden Aktivteilen sowie mit einem Kühlkanal, welcher sich bereichsweise durch die Rotorwelle und bereichsweise durch die Aktivteile erstreckt und welcher dazu eingerichtet ist, ein Kühlfluid zu führen, mittels welchem die Aktivteile kühlbar sind;
2 eine schematische Perspektivansicht der Rotorwelle sowie des Kühlkanals des Rotors gemäß 1, wobei die Aktivteile für eine besonders gute Erkennbarkeit des Verlaufs des Kühlkanals ausgeblendet ist;
3 eine schematische Perspektivansicht der Rotorwelle mit einer ersten Sternscheibe der Aktivteile;
4 eine schematische Perspektivansicht der Rotorwelle mit einer der ersten Sternscheibe axial gegenüberliegenden zweiten Sternscheibe der Aktivteile; und
5 eine schematische Perspektivansicht der Rotorwelle mit einem Blechpaket der Aktivteile.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Rotor 10 einer elektrischen Maschine eines beliebigen Antriebsstrangs gezeigt. Bei dieser elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor. Mittels der elektrischen Maschine kann ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug angetrieben werden. Zusätzlich zu dem Rotor 10 umfasst die elektrische Maschine einen Stator, relativ zu welchem der Rotor 10 um eine Rotationsachse in Rotation versetzt werden kann.
Der Rotor 10 umfasst vorliegend eine Rotorwelle 12, Aktivteile 14 sowie mehrere von Kühlfluid durchströmbare Kühlkanäle 16. Die Aktivteile 14 wiederum umfassen eine erste Sternscheibe 18, eine zweite Sternscheibe 20 sowie ein zwischen den Sternscheiben 18, 20 angeordnetes Blechpaket 22. Für eine bessere Erkennbarkeit ist die Rotorwelle 12 exemplarisch mit einem der Kühlkanäle 16 in 2 gezeigt. In den 3 bis 5 ist jeweils die Rotorwelle 12 mit den einzelnen Bestandteilen der Aktivteile 14, nämlich der ersten Sternscheibe 18, der zweiten Sternscheibe 20 sowie dem Blechpaket 22, gezeigt.
Der jeweilige Kühlkanal 16 weist unterschiedliche Bereiche auf. Vorliegend weist der Kühlkanal 16 einen Einlassbereich 24 auf, welcher sich innerhalb der Rotorwelle 12 erstreckt. Weiterhin weist der Kühlkanal 16 einen Übergangsbereich 26 auf, über welchen das über den Einlassbereich 24 in den Rotor 10 einströmende Kühlfluid aus der Rotorwelle 12 heraus und in die Aktivteile 14 hineinströmen kann. An den Übergangsbereich 26 schließt in Strömungsrichtung des Kühlfluids durch den Kühlkanal 16 ein Kühlfluidvorlaufbereich 28 an. Sowohl in dem Einlassbereich 24 als auch in dem Kühlfluidvorlaufbereich 28 strömt das Kühlfluid aus Richtung eines Einlassendes 30 der Rotorwelle 12 in Richtung eines dem Einlassende 30 gegenüberliegenden weiteren Endes 32 der Rotorwelle 12. Vorliegend schließt an den Kühlfluidvorlaufbereich 28 des Kühlkanals 16 ein Umlenkbereich 34 an, welcher dazu eingerichtet ist, eine Fließrichtung des in dem Kühlkanal 16 strömenden Kühlfluids umzulenken. Vorliegend schließt an den Umlenkbereich 34 ein Kühlfluidrücklaufbereich 36 an. Dieser Kühlfluidrücklaufbereich 36 ist vorliegend dazu eingerichtet, das Kühlfluid aus Richtung des weiteren Endes 32 der Rotorwelle 12 in Richtung des Einlassendes 30 der Rotorwelle 12 zu führen. Hierbei kann der Kühlkanal 16 mit seinem Kühlfluidvorlaufbereich 28 und seinem Kühlfluidrücklaufbereich 36 parallel zueinander ausgerichtet sein. Der Kühlkanal 16 kann in dem Kühlfluidvorlaufbereich 28 und in dem Kühlfluidrücklaufbereich 36 radial jeweils gleich weit von der Rotationsachse oder einer Mittelachse der Rotorwelle 12 entfernt angeordnet sein, insbesondere ausgehend von einem Punkt der Mittelachse der Rotorwelle 12.
Vorliegend schließt an den Kühlfluidrücklaufbereich 36 ein Kühlfluidaustrittsbereich 38 an. Der Kühlfluidaustrittsbereich 38 ist dazu eingerichtet, das Kühlfluid von dem Kühlfluidrücklaufbereich 36 zu einem Kühlfluidaustritt 40 zu führen. Über den Kühlfluidaustritt 40 kann das Kühlfluid aus dem Rotor 10 ausfließen. Mittels des Kühlkanals 16 wird somit vorliegend das Kühlfluid innerhalb der Aktivteile 14 sowohl vorgeführt als auch rückgeführt. Hierdurch kann eine besonders effiziente Kühlung der Aktivteile 14 mittels des Kühlfluids erreicht werden. Um zu ermöglichen, dass das Kühlfluid lediglich für eine besonders kurze Strecke durch die Rotorwelle 12 strömt und besonders schnell in die Aktivteile 14 geführt wird, ist es vorgesehen, dass ein Rückführen des Kühlfluids mittels des Kühlkanals 16 aus Richtung des weiteren Endes 32 in Richtung des Einlassendes 30 von dem Einlassbereich 24 zu dem Kühlfluidvorlaufbereich 28 unterbleibt. Hierfür können der Einlassbereich 24 und der Kühlfluidvorlaufbereich 28 ausgehend von der Rotationsachse der Rotorwelle 12 radial nach außen überdeckungsfrei zueinander angeordnet sein.
In 3 ist die Rotorwelle 12 mit der ersten Sternscheibe 18 gezeigt. Diese erste Sternscheibe 18 ist an das in den 1 und 5 gezeigte Blechpaket 22 anzulegen. Sowohl das Blechpaket 22 als auch die erste Sternscheibe 18 und die zweite Sternscheibe 20 weisen jeweils mehrere Schenkel 42 sowie an jeweiligen freien Enden der Schenkel 42 angeordnete Polschuhe 44 auf. Vorliegend ist für jeden Schenkel 42 der Aktivteile 14 ein Kühlkanal 16 vorgesehen.
Für jeden Schenkel 42 weist die erste Sternscheibe 18 eine erste Nut 46 sowie eine zweite Nut 48 auf. Jede der ersten Nuten 46 ist dazu eingerichtet, einen jeweiligen Übergangsbereich 26 eines Kühlkanals 16 gemeinsam mit einer Stirnseite des an der ersten Sternscheibe 18 anliegenden Blechpakets 22 zu begrenzen. Der jeweilige Übergangsbereich 26 des jeweiligen Kühlkanals 16 wird somit durch eine Geometrie der jeweiligen ersten Nuten 46 der ersten Sternscheibe 18 vorgegeben. Durch das Vorsehen der ersten Nuten 46 in der ersten Sternscheibe 18 kann der Kühlkanal 16 in dem Übergangsbereich 26 besonders einfach bereitgestellt und begrenzt werden. Die jeweiligen für jeden der Schenkel 42 vorgesehenen zweiten Nuten 48 sind dazu eingerichtet, den jeweiligen Kühlfluidaustrittsbereich 38 des jeweiligen Kühlkanals 16 zu begrenzen. Hierbei kann der jeweilige Kühlfluidaustrittsbereich 38 in einem ersten Längenbereich durch die jeweiligen zweiten Nuten 48 sowie die an der ersten Sternscheibe 18 anliegende Stirnseite des Blechpakets 22 und in einem an den ersten Längenbereich anschließenden zweiten Längenbereich durch jeweilige an die zweiten Nuten 48 anschließende erste Bohrungen in der ersten Sternscheibe 18 begrenzt werden. Diese jeweiligen ersten Bohrungen der ersten Sternscheibe 18 münden in die jeweiligen Kühlfluidaustritte 40, über welche das Kühlfluid aus den jeweiligen Kühlkanälen 16 herausfließen kann.
In 4 ist die Rotorwelle 12 mit der zweiten Sternscheibe 20 gezeigt. Die zweite Sternscheibe 20 ist dazu eingerichtet, gegenüberliegend zu der ersten Sternscheibe 18 an einer weiteren Stirnseite des Blechpakets 22 angelegt zu werden. Somit ist für ein Bereitstellen der Aktivteile 14 das Blechpaket 22 zwischen den beiden Sternscheiben 18, 20 angeordnet. Die zweite Sternscheibe 20 weist vorliegend für jeden Schenkel 42 beziehungsweise für jeden Kühlkanal 16 eine dritte Nut 50 auf. Die dritte Nut 50 ist dazu eingerichtet, gemeinsam mit dem an der zweiten Sternscheibe 20 anliegenden Blechpaket 22 den jeweiligen Umlenkbereich 34 des zugeordneten Kühlkanals 16 zu begrenzen. Durch das bereichsweise Begrenzen des jeweiligen Kühlkanals 16 durch die Nuten 46, 48, 50 in den Sternscheiben 18, 20 kann der jeweilige Kühlkanal 16 in den Aktivteilen 14 besonders einfach bereitgestellt werden.
In 5 ist die Rotorwelle 12 mit dem Blechpaket 22 gezeigt. Jeweilige sich durch das Blechpaket 22 hindurch erstreckende Abschnitte des Kühlkanals 16, vorliegend der Kühlfluidvorlaufbereich 28 und der Kühlfluidrücklaufbereich 36 des jeweiligen Kühlkanals 16, werden durch jeweilige Bohrungen in dem Blechpaket 22, vorliegend jeweilige Bohrungen in den Schenkeln 42, bereitgestellt. Um ein Ausgleichen von Fertigungstoleranzen beziehungsweise von Ausrichtungstoleranzen des Blechpakets 22 zu den jeweiligen Sternscheiben 18, 20 zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die jeweiligen den Kühlkanal 16 begrenzenden Bohrungen des Blechpakets 22 einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Nuten 46, 48, 50 der Sternscheiben 18, 20. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Kühlkanal 16 entlang seiner gesamten Länge durchgängig bereitgestellt wird.
Um ein Führen des Kühlfluids von dem Einlassbereich 24 in den Übergangsbereich 26 des jeweiligen Kühlkanals 16 zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die Rotorwelle 12 vorliegend mehrere über den Umfang der Rotorwelle 12 verteilt angeordnete Radialbohrungen 52 aufweist.
Dem beschriebenen Rotor 10 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass während eines Betriebs des Elektromotors Wärme in den stromdurchflossenen Bauteilen Rotor 10 und Stator entstehen kann. Aufgrund dieser Hitzeentwicklung können der Stator und/oder der Rotor 10 an eine Grenze ihrer Einsatztemperatur kommen, wodurch eine Leistung und eine Effizienz des Elektromotors limitiert werden kann. Aus diesem Grund ist eine Entwärmung beziehungsweise eine Kühlung eine zu priorisierende Maßnahme für eine Aufrechterhaltung einer Leistung des Elektromotors. Ein möglichst kurzer Weg zwischen Wärmequelle und Wärmesenke erhöht eine Effektivität der Entwärmung beziehungsweise der Kühlung. Vorliegend handelt es sich bei den Aktivteilen 14 um die Wärmequelle, dessen Wärme mittels des durch die Kühlkanäle 16 strömenden Kühlfluids zu der Wärmesenke zu transportieren ist. In Elektromotoren kann es sehr aufwendig und technisch herausfordernd sein, eine Flüssigkeitskühlung im Rotor 10 effektiv umzusetzen.
Eine Flüssigkeitskühlung kann gezielt und orientiert durch Kanäle und Bohrungen oder offen und flächig, insbesondere durch Ölspray, erfolgen. Bei dem Rotor 10 ist es vorgesehen, dass über die Nuten 46, 48, 50 in den Sternscheiben 18, 20 sowie über die Bohrungen in dem Blechpaket 22 eine gezielte Kühlung im Blechpaket 22 insbesondere nahe einer Wärmequelle erreicht wird. Hierbei fließt das Kühlfluid direkt in den Nuten 46, 48, 50 der Sternscheiben 18, 20 sowie in den Bohrungen des Blechpakets 22. Ein Zufluss des Kühlfluids zu dem Rotor 10 erfolgt über die Rotorwelle 12. Das Kühlfluid gelangt über die Radialbohrungen 52 der Rotorwelle 12 sowie über die ersten Nuten 46 der ersten Sternscheibe 18 und die Bohrungen des Blechpakets 22 in das Blechpaket 22. Im Bereich der zweiten Sternscheibe 20 kann das Kühlfluid umgelenkt werden und bei Durchströmen des Kühlfluidrücklaufbereichs 36 das Blechpaket 22 kühlen. Nach Durchströmen des Kühlfluidrücklaufbereichs 36 kann das Kühlfluid über den Kühlfluidaustrittsbereich 38 und den Kühlfluidaustritt 40 aus dem Rotor 10 austreten. In der elektrischen Maschine kann das Kühlfluid gesammelt, gefiltert, abgepumpt und einem Kühlkreislauf und somit dem Einlassbereich 24 des Kühlkanals 16 erneut zugeführt werden. Es handelt sich somit um eine sogenannte nasse elektrische Maschine. Das Kühlfluid kann aus dem jeweiligen Kühlkanal 16 über die erste Sternscheibe 18 und somit im Bereich des Einlassendes 30 der Rotorwelle 12 oder über die zweite Sternscheibe 20 und somit dem weiteren Ende 32 der Rotorwelle 12 zugeordnet aus dem Rotor 10 austreten.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein stromerregter Läufer, vorliegend der Rotor 10, mit direkter Kühlung im Rotorblech, vorliegend dem Blechpaket 22, bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Rotor
12: Rotorwelle
14: Aktivteile
16: Kühlkanal
18: erste Sternscheibe
20: zweite Sternscheibe
22: Blechpaket
24: Einlassbereich
26: Übergangsbereich
28: Kühlfluidvorlaufbereich
30: Einlassende
32: weiteres Ende
34: Umlenkbereich
36: Kühlfluidrücklaufbereich
38: Kühlfluidaustrittsbereich
40: Kühlfluidaustritt
42: Schenkel
44: Polschuh
46: erste Nut
48: zweite Nut
50: dritte Nut
52: Radialbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2667486 B2 [0002]

Claims

Rotor (10) für eine elektrische Maschine eines Antriebsstrangs, mit einer Rotorwelle (12), mit die Rotorwelle (12) umfangsseitig umschließenden, ein Blechpaket (22) und an jeweiligen Stirnseiten an das Blechpaket (22) anschließende Sternscheiben (18, 20) umfassenden Aktivteilen (14) und mit wenigstens einem Kühlkanal (16), welcher einen sich ausgehend von einem Einlassende (30) der Rotorwelle (12) durch die Rotorwelle (12) bereichsweise hindurch erstreckenden Einlassbereich (24) und einen sich zumindest bereichsweise durch die Aktivteile (14) hindurch erstreckenden Kühlfluidvorlaufbereich (28) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, über das Einlassende (30) der Rotorwelle (12) in den Kühlkanal (16) eingeströmtes Kühlfluid in Richtung eines dem Einlassende (30) der Rotorwelle (12) gegenüberliegenden weiteren Endes (32) der Rotorwelle (12) zu führen.
Rotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Einlassende (30) der Rotorwelle (12) zugewandte Sternscheibe (18) zusammen mit dem Blechpaket (22) einen Übergangsbereich (26) des wenigstens einen Kühlkanals (16) von dem Einlassbereich (24) des Kühlkanals zu dem Kühlfluidvorlaufbereich (28) bereitstellt.
Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (16) einen sich durch die Aktivteile (14) hindurch erstreckenden Kühlfluidrücklaufbereich (36) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, Kühlfluid aus Richtung des weiteren Endes (32) der Rotorwelle (12) in Richtung des Einlassendes (30) der Rotorwelle (12) zu führen.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (22) mehrere Schenkel (42) und jeweilige den Schenkeln (42) zugeordnete Polschuhe (44) aufweist und für jeden Schenkel (42) ein Kühlkanal (16) vorgesehen ist.
Rotor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfluidvorlaufbereich (28) und/oder Kühlfluidrücklaufbereich (36) für jeden Schenkel (42) innerhalb des jeweiligen Schenkels (42) angeordnet sind.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (16) in einen zugeordneten Kühlfluidaustritt (40) mündet, welcher von einer Bohrung in der Sternscheibe (18) bereitgestellt wird und über welchen das Kühlfluid aus dem Rotor (10) ausfließen kann.
Rotor (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3 bis 6 in Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (16) im Übergangsbereich (26) und/oder im Umlenkbereich (34) durch eine zugeordnete Nut (46, 50) in der jeweiligen Sternscheibe (18, 20) begrenzt wird und der Kühlkanal (16) im Kühlfluidvorlaufbereich (28) und/oder im Kühlfluidrücklaufbereich (36) durch eine zugeordnete Bohrung im Blechpaket (22) begrenzt wird.
Rotor (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Nut (46, 50) einen größeren Durchmesser aufweist als die an die Nut (46, 50) unmittelbar anschließende Bohrung des Blechpakets (22).
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassbereich (24) und der Kühlfluidvorlaufbereich (28) ausgehend von einer Rotationsachse der Rotorwelle (12) radial nach außen überdeckungsfrei zueinander angeordnet sind.
Elektrische Maschine für ein Fahrzeug, mit einem Stator und mit einem Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.