DE102021132357A1 - Rotorkühlung mit wärmeleitendem material - Google Patents

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Xiaofeng Yang
Thomas W. Nehl
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Abstract

Ein Rotorkern für einen Elektromotor enthält einen Kernstapel, der eine Vielzahl von identischen Schichtblechen enthält, wobei jedes Schichtblech eine Vielzahl von darin ausgebildeten Magnetschlitzen enthält, wobei die Magnetschlitze jedes der Schichtbleche axial ausgerichtet und dazu geeignet sind, eine Vielzahl von Permanentmagneten darin zu tragen, und eine Vielzahl von wärmeleitenden Einsätzen, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken und dazu geeignet sind, Wärme von inneren Teilen des Kernstapels nach außen zu distalen Enden des Kernstapels zu leiten.

Description

  • EINFUHRUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Permanentmagnetrotor für eine elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug.
  • Ein PM-Motor ist ein Wechselstrommotor mit Magneten, die in den Rotor eingebettet oder an der Oberfläche des Motors befestigt sind. Die Magnete werden verwendet, um einen konstanten Motorfluss zu erzeugen, anstatt dass das Statorfeld einen Fluss durch die Verbindung mit dem Rotor erzeugen muss, wie es bei einem Induktionsmotor der Fall ist. Ein Permanentmagnetmotor kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Oberflächen-Permanentmagnetmotoren (SPM) und Innen-Permanentmagnetmotoren (IPM). Beide Typen erzeugen den magnetischen Fluss durch die am oder im Rotor angebrachten Dauermagnete.
  • Bei SPM-Motoren sind die Magnete an der Außenseite der Rotoroberfläche befestigt. Aufgrund dieser mechanischen Befestigung ist ihre mechanische Festigkeit schwächer als die von IPM-Motoren. Die schwächere mechanische Festigkeit begrenzt die maximale sichere mechanische Geschwindigkeit des Motors. Darüber hinaus weisen diese Motoren eine sehr begrenzte magnetische Ausprägung auf. Die an den Rotorklemmen gemessenen Induktivitätswerte sind unabhängig von der Position des Rotors konstant. Da das Verhältnis der magnetischen Ausprägung nahezu eins ist, sind SPM-Motoren in hohem Maße, wenn nicht sogar vollständig, auf die magnetische Drehmomentkomponente angewiesen, um ein Drehmoment zu erzeugen.
  • Bei IPM-Motoren ist der Permanentmagnet in den Rotor selbst eingebettet. Im Gegensatz zu den SPM-Motoren sind die IPM-Motoren aufgrund der Anordnung der Permanentmagnete mechanisch sehr solide und für den Betrieb bei sehr hohen Drehzahlen geeignet. Diese Motoren zeichnen sich auch durch ihr relativ hohes magnetisches Vorzugsverhältnis aus. Aufgrund ihrer magnetischen Ausprägung ist ein IPM-Motor in der Lage, ein Drehmoment zu erzeugen, indem er sowohl die magnetischen als auch die Reluktanz-Drehmomentkomponenten des Motors nutzt. Diese Eigenschaften bieten Vorteile beim Einsatz von IPM-Motoren in Automobilanwendungen.
  • Der Fluss in einem Permanentmagnetmotor wird von den Magneten erzeugt. Das Flussfeld folgt einem bestimmten Weg, der verstärkt oder entgegengesetzt werden kann. Durch die Verstärkung des Flussfeldes kann der Motor vorübergehend ein höheres Drehmoment erzeugen. Durch die Entgegensetzung des Flussfeldes wird das bestehende Magnetfeld des Motors aufgehoben. Ein reduziertes Magnetfeld schränkt die Drehmomenterzeugung ein.
  • Permanentmagnete sind nicht permanent und haben nur begrenzte Möglichkeiten. Bestimmte Kräfte können auf diese Materialien ausgeübt werden, um sie zu entmagnetisieren. Mit anderen Worten, es ist möglich, die magnetischen Eigenschaften des permanentmagnetischen Materials aufzuheben. Ein permanentmagnetischer Stoff kann entmagnetisiert werden, wenn das Material stark beansprucht wird oder hohe Temperaturen erreicht.
  • Hohe Temperaturen zwingen die magnetischen Teilchen in einem Dauermagneten, sich zu bewegen. Die magnetischen Dipole sind in der Lage, ein gewisses Maß an thermischer Bewegung auszuhalten. Lange Zeiträume der Bewegung können jedoch die Stärke eines Magneten schwächen, selbst wenn er bei Raumtemperatur gelagert wird. Darüber hinaus haben alle magnetischen Materialien einen Schwellenwert, der als „Curie-Temperatur“ bekannt ist, d. h. einen Schwellenwert, der die Temperatur definiert, bei der die thermische Aufregung das Material vollständig entmagnetisiert.
  • Eine Schlüsseleigenschaft stabiler Magnetwerkstoffe besteht darin, dass sich alle Domänenatome in dieselbe Richtung drehen. Wenn die Magnete Wärme ausgesetzt werden, wird das Gleichgewicht zwischen Temperatur und Magnetatomen gestört, was sich auf ihre magnetischen Eigenschaften auswirkt. Mit anderen Worten: Die winzigen Magnetatome wirken selbst wie winzige Magnete und bilden zusammen ein großes magnetisches Kraftfeld. Wenn sie zufällig in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind, ist der Gesamtmagnetismus gleich Null.
  • Je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Magnetdomänen und werden ungeordneter. Je nach dem Grad der Temperaturerhöhung kann die Stärke eines Magneten vorübergehend abnehmen oder dauerhaft beschädigt werden. Im Gegensatz dazu kann die Abkühlung des Magneten dazu führen, dass der Magnet ein stärkeres Magnetfeld hat, wobei die Magnetatome weniger schwingen und das Magnetfeld gleichmäßiger in einer bestimmten Richtung konzentriert wird. Unter der Voraussetzung, dass der Motor innerhalb des vorgesehenen Auslegungsfensters arbeitet, ist die Abnahme der Flussdichte nur vorübergehend und wird sich mit der Abkühlung des Magneten wieder erholen. Wird jedoch die Höchsttemperatur der Magnete überschritten, kommt es zu einer teilweisen Entmagnetisierung, die die Leistung des Motors dauerhaft beeinträchtigt. Während die derzeitigen Rotoren für Elektromaschinen in Kraftfahrzeugen ihren Zweck erfüllen, besteht daher ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Rotor mit wärmeleitendem Material und darin ausgebildeten Kühlkanälen, um die im Rotor erzeugte Wärme gleichmäßiger über den Rotorkern zu verteilen und die Höchsttemperaturen im Rotorkern zu senken.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Rotorkern für eine elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug einen Kernstapel, der eine Vielzahl identischer Schichtbleche umfasst, wobei jedes Schichtblech eine Vielzahl von darin ausgebildeten Magnetschlitzen umfasst, wobei die Magnetschlitze jedes der Schichtbleche axial ausgerichtet und so angepasst sind, dass sie eine Vielzahl von Permanentmagneten darin tragen, und eine Vielzahl von wärmeleitenden Einsätzen, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken und so angepasst sind, dass sie Wärme von inneren Abschnitten des Kernstapels nach außen zu distalen Enden des Kernstapels leiten.
  • Nach einem anderen Aspekt umfasst jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze eine einzelne Säule, die sich axial über die gesamte Länge des Kernstapels erstreckt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt enthält jedes der mehreren Schichtbleche mehrere darin ausgebildete Öffnungen, wobei, wenn die mehreren Schichtbleche zur Bildung des Kernstapels zusammengesetzt werden, die mehreren Öffnungen in jedem der mehreren Schichtbleche axial ausgerichtet sind und mehrere axiale Hohlräume definieren, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze eine Säule aus eingegossenem wärmeleitendem Material in einem der mehreren axialen Hohlräume umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt enthält jedes der mehreren Schichtbleche mehrere darin ausgebildete Öffnungen, wobei, wenn die mehreren Schichtbleche zur Bildung des Kernstapels zusammengesetzt sind, die mehreren Öffnungen in jedem der mehreren Schichtbleche axial ausgerichtet sind und mehrere axiale Hohlräume definieren, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze eine Säule aus wärmeleitendem Material umfasst, die in einen der mehreren axialen Hohlräume eingesetzt ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt umfasst jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze mehrere Säulensegmente, die axial ausgerichtet sind und sich axial durch die gesamte Länge des Kernstapels erstrecken, wobei sich jedes Säulensegment durch einen Teil der mehreren Schichtbleche erstreckt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze mehrere Säulenscheiben, die axial ausgerichtet sind und sich axial über die gesamte Länge des Kernstapels erstrecken, wobei eine Säulenscheibe jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze innerhalb jeder der mehreren Schichtbleche angeordnet ist.
  • Ein weiterer Aspekt ist, dass jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze einen Kühlmitteldurchlass aufweist, der sich axial über die gesamte Länge des Rotors erstreckt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Kühlmitteldurchgang in jedem der mehreren wärmeleitenden Einsätze mit einer zentralen Kühlmittelversorgung verbunden, wobei Kühlmittel in den Kühlmitteldurchgang jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze an einem ersten distalen Ende des Rotors eingespeist wird und den Kühlmitteldurchgang jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze an einem zweiten distalen Ende des Rotors verlässt.
  • Nach einem anderen Aspekt ist jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze so positioniert, dass ein Abstand zwischen einer Außenkante jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze und einem beliebigen Teil eines der mehreren Magnetschlitze mindestens 2 Millimeter beträgt und ein Abstand zwischen der Außenkante jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze und einem Innendurchmesser des Kernstapels mindestens 2 Millimeter beträgt.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kernstapels für einen Rotor einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 2A ist eine Endansicht einer beispielhaften Ausführungsform des in 1 gezeigten Kernstapels;
    • 2B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2A;
    • 3A ist eine Endansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Kernstapels;
    • 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 3A;
    • 4 ist eine schematische Ansicht eines Rotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit Kühlmittelkanälen und einem zentralen Kühlsystem;
    • 5A ist eine Endansicht einer beispielhaften Ausführungsform des in 1 gezeigten Kernstapels, wobei die wärmeleitenden Einsätze darin ausgebildete Kühlmittelkanäle enthalten;
    • 5B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 5A;
    • 6A ist eine Endansicht einer beispielhaften Ausführungsform des in 3A gezeigten Kernstapels, wobei die wärmeleitenden Einsätze darin ausgebildete Kühlmittelkanäle enthalten;
    • 6B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 6A;
    • 7A ist eine Endansicht einer beispielhaften Ausführungsform des in 6A gezeigten Kernstapels, wobei die Kühlmitteldurchgänge einen sich radial nach außen erstreckenden Teil umfassen;
    • 7B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 7A;
    • 8A ist eine perspektivische Ansicht eines einteiligen wärmeleitenden Einsatzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 8B ist eine perspektivische Ansicht eines wärmeleitenden Einsatzes mit Säulensegmenten gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform; und
    • 8C ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorstapels mit einem teilweise entfernten Schichtblech und einer Vielzahl von Säulenscheiben aus einer Vielzahl von wärmeleitenden Einsätzen gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
  • Bezug nehmend auf 1 umfasst ein Rotorkern 10 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs einen Kernstapel 12, der eine Vielzahl von identischen Schichtblechen 14 enthält. Der Rotorkern 12 stammt von einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, wie z. B. einem Anlasser, einer Lichtmaschine, einem Starter/Generator oder einem anderen Elektromotor, ohne darauf beschränkt zu sein. Jedes der Schichtbleche 14 ist aus einem eisenhaltigen Material hergestellt, wie z. B. Stahl oder nichtorientiertem Elektrostahl. Die Schichtbleche 14 sind entlang einer zentralen Achse 16 nebeneinander angeordnet, um den Kernstapel 12 zu bilden.
  • Wie in 2A zu sehen ist, weist jedes der Schichtbleche 14 eine Vielzahl von Öffnungen 17 auf. Die Schichtbleche 14 sind entlang der Mittelachse 16 relativ zueinander so ausgerichtet, dass die Öffnungen 17 jedes Schichtblechs 14 axial mit den entsprechenden Öffnungen 17 in benachbarten Schichtblechen 14 ausgerichtet sind, um eine Vielzahl von Magnetschlitzen 18 zu bilden. Die Magnetschlitze 18 erstrecken sich in axialer Richtung durch den Kernstapel 12 parallel zur Mittelachse 16. Die Magnetschlitze 18 sind so ausgelegt, dass sie eine Vielzahl von Permanentmagneten aufnehmen können.
  • In dem in 1 und 2A gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der Kernstapel 12 acht symmetrische Gruppen von Magnetschlitzen 18, die gleichmäßig in Umfangsrichtung um den Kernstapel 12 herum angeordnet sind. Jede Gruppe von Magnetschlitzen 18 umfasst vier Magnetschlitze 18, die V-förmig angeordnet sind. Die Magnetschlitze 18 jeder Gruppe definieren außerdem äußere Flussführungen 20, mittlere Flussführungen 22 und innere Flussführungen 24. Die äußeren, mittleren und inneren Flussführungen 20, 22, 24 bieten einen Pfad für elektrische Flussströme während des Betriebs des Rotorkerns 10.
  • Bezug nehmend auf 1, 2A und 2B enthält der Kernstapel 12 eine Vielzahl von wärmeleitenden Einsätzen 26, die sich axial durch den Kernstapel 12 erstrecken. Die mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 sind so beschaffen, dass sie Wärme von inneren Teilen des Kernstapels 12 nach außen zu den distalen Enden des Kernstapels 12 leiten. Genauer gesagt, ist jeder der Gruppen von Magnetschlitzen 18 ein wärmeleitender Einsatz 26 zugeordnet. Wie dargestellt, umfasst der Kernstapel 12 acht wärmeleitende Einsätze 26. Die wärmeleitenden Einsätze 26 bestehen aus einem hochleitenden Material, das die Wärme von den in den Magnetnuten 18 positionierten Permanentmagneten und den äußeren Flussführungen 20, den mittleren Flussführungen 22 und den inneren Flussführungen 24 wegleitet. Diese Wärme wird dann durch die wärmeleitenden Einsätze 26 axial zu den distalen Enden 28, 30 des Kernstapels 12 geleitet, um die Wärme gleichmäßiger im gesamten Kernstapel 12 zu verteilen und die maximale Temperatur an jedem Punkt des Kernstapels 12 zu reduzieren.
  • Wie in 2A und 2B gezeigt, hat der wärmeleitende Einsatz 26 in einer beispielhaften Ausführung eine allgemein ovale Form. Wie dargestellt, sind acht wärmeleitende Einsätze gleichmäßig in Umfangsrichtung um den Kernstapel 12 herum angeordnet, und zwar zwischen und radial innerhalb der acht Gruppen von Magnetschlitzen 18. Um eine effiziente Wärmeübertragung zu fördern, sind die wärmeleitenden Einsätze 26 in der Nähe der Magnetschlitze 18 positioniert. Um jedoch die strukturelle Integrität des Kernstapels 12 zu erhalten und Störungen der Magnetfelder zu vermeiden, wird ein Mindestabstand bevorzugt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 so positioniert, dass ein Abstand 32 zwischen einer Außenkante 34 jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 und einem beliebigen Teil eines der mehreren Magnetschlitze 18 mindestens 2 Millimeter beträgt. Darüber hinaus beträgt der Abstand 36 zwischen der Außenkante 34 jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 und einem Innendurchmesser 38 des Kernstapels 12 mindestens 2 Millimeter.
  • Bezug nehmend auf 3A und 3B enthält in einer anderen beispielhaften Ausführungsform jeder der wärmeleitenden Einsätze 26 einen Abschnitt 40, der sich radial nach außen zu einem Außendurchmesser 42 des Kernstapels 12 zwischen den Gruppen von Magnetschlitzen 18 erstreckt. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 so positioniert, dass ein Abstand 32 zwischen einer Außenkante 34 eines beliebigen Abschnitts jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26, einschließlich des sich radial nach außen erstreckenden Abschnitts 40, und einem beliebigen Abschnitt eines der mehreren Magnetschlitze 18 mindestens 2 Millimeter beträgt. Außerdem beträgt der Abstand zwischen der Außenkante 34 eines beliebigen Abschnitts der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26, einschließlich des sich radial nach außen erstreckenden Abschnitts 40, und dem Außendurchmesser 42 des Kernstapels 12 mindestens 2 Millimeter.
  • Wie in 4 dargestellt, enthält in einer beispielhaften Ausführungsform jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 einen Kühlmittelkanal 44, der sich axial durch die gesamte Länge 46 des Kernstapels 12 erstreckt. Der Kühlmittelkanal 44 in jedem der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 ist mit einer zentralen Kühlmittelzufuhr 48 verbunden. Das Kühlmittel wird in den Kühlmittelkanal 44 jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze an einem ersten distalen Ende 28 des Kernstapels 12 eingespeist, fließt axial durch die wärmeleitenden Einsätze 26, wie durch den Pfeil 50 angezeigt, und verlässt den Kühlmittelkanal 44 jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26 an einem zweiten distalen Ende 30 des Kernstapels.
  • Bezug nehmend auf 5A und 5B ist der wärmeleitende Einsatz 26 in einer beispielhaften Ausführungsform ein allgemein oval geformtes Rohr, das einen kleineren oval geformten Kühlmitteldurchgang 44 darin definiert. Gemäß 6A und 6B umfasst der wärmeleitende Einsatz 26 in einer anderen beispielhaften Ausführungsform ein allgemein oval geformtes Rohr, das einen kleineren oval geformten Kühlmitteldurchgang 44 darin definiert, und umfasst ferner einen Abschnitt 40, der sich radial nach außen zu einem Außendurchmesser 42 des Kernstapels 12 zwischen den Gruppen von Magnetschlitzen 18 erstreckt. Gemäß 7A und 7B weist der wärmeleitende Einsatz 26 in einer anderen beispielhaften Ausführungsform eine allgemein ovale Form auf und umfasst einen Abschnitt 40, der sich radial nach außen in Richtung eines Außendurchmessers 42 des Kernstapels 12 erstreckt. Der Kühlmitteldurchgang 44 umfasst auch einen Abschnitt 52, der sich radial nach außen in Richtung eines Außendurchmessers 42 des Kernstapels 12 innerhalb des Abschnitts 40 des wärmeleitenden Einsatzes 26 erstreckt, der sich radial nach außen in Richtung des Außendurchmessers 42 des Kernstapels 12 erstreckt. In allen Ausführungsformen ist der Kühlmittelkanal 44 vollständig durch den wärmeleitenden Einsatz 26 begrenzt.
  • Bezugnehmend auf 8A umfasst in einer beispielhaften Ausführungsform jeder der wärmeleitenden Einsätze 26 eine einzelne Säule 26', die sich axial über die gesamte Länge 46 des Kernstapels 12 erstreckt. Wiederum Bezug nehmend auf 2B enthält in einer beispielhaften Ausführungsform jede der Vielzahl von Schichtblechen 14 eine Vielzahl von darin ausgebildeten Öffnungen 54. Wenn die Mehrzahl von Schichtbleche 14 zur Bildung des Kernstapels 12 zusammengebaut wird, sind die Mehrzahl von Öffnungen 54 in jedem der Mehrzahl von Schichtblechen 14 axial ausgerichtet und definieren eine Mehrzahl von axialen Hohlräumen 56, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken. Jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26' umfasst eine Säule aus eingegossenem wärmeleitendem Material in einem der mehreren axialen Hohlräume 56. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze 26' eine Säule aus wärmeleitendem Material, die außerhalb des Kernstapels 12 bearbeitet oder gegossen wird und in einen der mehreren axialen Hohlräume 56 eingesetzt wird, nachdem der Kernstapel 12 geformt ist. Ein einteiliger wärmeleitender Einsatz 26' in Kombination mit einem Kühlmittelkanal 44 bietet den Vorteil, dass ein abgedichteter Kühlmittelweg vom ersten distalen Ende 28 des Kernstapels 12 zum zweiten distalen Ende 30 des Kernstapels 12 entsteht. Dadurch wird die Möglichkeit des Austretens von Kühlmittel aus dem Kernstapel 12 zwischen den Schichtblechen 14 ausgeschlossen.
  • Wie in 8B gezeigt, umfasst in einer anderen beispielhaften Ausführungsform jeder Einsatz 26 eine Vielzahl von Säulensegmenten 26", die axial ausgerichtet sind und sich axial über die gesamte Länge 46 des Kernstapels 12 erstrecken. Wie dargestellt, umfasst der Einsatz 26 drei Säulensegmente 26". Jedes der Säulensegmente 26" erstreckt sich durch einen Teil der Vielzahl von Schichtblechen 14 und erstreckt sich, wenn es in den Kernstapel 12 eingesetzt ist, Ende an Ende axial über die gesamte Länge 46 des Kernstapels 12. Unter Bezugnahme auf 8C, in der eine der Schichtbleche 14 teilweise aus dem Kernstapel 12 entfernt dargestellt ist, umfasst in einer anderen beispielhaften Ausführungsform jeder Einsatz 26 eine Vielzahl von Säulenscheiben 26''', die axial ausgerichtet sind und sich axial über die gesamte Länge 46 des Kernstapels 12 erstrecken. Jede einzelne Säulenscheibe 26''' hat ungefähr die gleiche Dicke wie ein Schichtblech 14. Eine Säulenscheibe 26''' jedes Einsatzes 26 befindet sich innerhalb jedes Schichtblechs 14. Wenn die Schichtbleche 14 axial entlang der Mittelachse 16 des Kernstapels 12 ausgerichtet sind, reihen sich die einzelnen Säulenscheiben 26''' aneinander und bilden die wärmeleitenden Einsätze 26. Wie dargestellt, enthält jedes Schichtblech 14 acht Spaltenscheiben 26''', die darin angeordnet sind. Wenn die Schichtbleche 14 axial entlang der Mittelachse 16 des Kernstapels 12 ausgerichtet sind, reihen sich die einzelnen Spaltenscheiben 26''' aneinander, um acht wärmeleitende Einsätze 26 zu bilden.
  • Ein Rotorkern der vorliegenden Offenbarung bietet den Vorteil, dass die im Rotorkern erzeugte Wärme gleichmäßiger über den Rotorkern verteilt wird und die maximalen Temperaturen im Rotorkern gesenkt werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad des magnetischen Flusses innerhalb des Rotorkerns, so dass eine elektrische Maschine, die einen Rotorkern wie hier offenbart verwendet, kleinere Permanentmagnete verwenden kann, um das gleiche Motordrehmoment wie ein Rotorkern mit größeren Permanentmagneten bereitzustellen, wodurch die Kosten und die Verpackungseigenschaften des Rotorkerns verbessert werden, oder alternativ wird eine elektrische Maschine, die einen Rotorkern wie hier offenbart verwendet, ein höheres Motordrehmoment, eine höhere Leistung und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit im Vergleich zu einer elektrischen Maschine mit ähnlich großen Permanentmagneten ohne wärmeleitende Einsätze aufweisen.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Abweichungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims (10)

  1. Rotorkern für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Kernstapel mit einer Vielzahl von identischen Schichtblechen; wobei jedes Schichtblech eine Vielzahl von darin ausgebildeten Magnetschlitzen aufweist, wobei die Magnetschlitze jedes der Schichtbleche axial ausgerichtet und dazu angepasst ist, eine Vielzahl von Permanentmagneten darin zu tragen; und eine Vielzahl von wärmeleitenden Einsätzen, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken und angepasst sind, Wärme von inneren Teilen des Kernstapels nach außen zu distalen Enden des Kernstapels zu leiten.
  2. Rotorkern nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze eine einzelne Säule umfasst, die sich axial über die gesamte Länge des Kernstapels erstreckt.
  3. Rotorkern nach Anspruch 2, wobei jedes der mehreren Schichtbleche mehrere darin ausgebildete Öffnungen aufweist, wobei, wenn die mehreren Schichtbleche zusammengebaut sind, um den Kernstapel zu bilden, die mehreren Öffnungen in jedem der mehreren Schichtbleche axial ausgerichtet sind und mehrere axiale Hohlräume definieren, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze eine Säule aus eingegossenem wärmeleitendem Material innerhalb eines der mehreren axialen Hohlräume umfasst.
  4. Rotorkern nach Anspruch 2, wobei jedes der mehreren Schichtbleche mehrere darin ausgebildete Öffnungen aufweist, wobei, wenn die mehreren Schichtbleche zusammengebaut sind, um den Kernstapel zu bilden, die mehreren Öffnungen in jedem der mehreren Schichtbleche axial ausgerichtet sind und mehrere axiale Hohlräume definieren, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze eine Säule aus wärmeleitendem Material umfasst, die in einen der mehreren axialen Hohlräume eingesetzt ist.
  5. Rotorkern nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze mehrere Säulensegmente umfasst, die axial ausgerichtet sind und sich axial durch die gesamte Länge des Kernstapels erstrecken, wobei sich jedes Säulensegment durch einen Teil der mehreren Schichtbleche erstreckt.
  6. Rotorkern nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze mehrere Säulenscheiben umfasst, die axial ausgerichtet sind und sich axial durch die gesamte Länge des Kernstapels erstrecken, wobei eine Säulenscheibe von jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze innerhalb jeder der mehreren Schichtbleche angeordnet ist.
  7. Rotorkern nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze einen Kühlmitteldurchgang aufweist, der sich axial über die gesamte Länge des Rotors erstreckt.
  8. Rotorkern nach Anspruch 7, wobei der Kühlmitteldurchgang in jedem der mehreren wärmeleitenden Einsätze mit einer zentralen Kühlmittelversorgung verbunden ist, wobei Kühlmittel in den Kühlmitteldurchgang jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze an einem ersten distalen Ende des Rotors eingespeist wird und den Kühlmitteldurchgang jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze an einem zweiten distalen Ende des Rotors verlässt.
  9. Rotorkern nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren wärmeleitenden Einsätze so positioniert ist, dass ein Abstand zwischen einer Außenkante jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze und einem beliebigen Abschnitt eines der mehreren Magnetschlitze mindestens 2 Millimeter beträgt und ein Abstand zwischen der Außenkante jedes der mehreren wärmeleitenden Einsätze und einem Innendurchmesser des Kernstapels mindestens 2 Millimeter beträgt.
  10. Rotorkern für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Kernstapel mit einer Vielzahl von identischen Schichtblechen; wobei jedes Schichtblech eine Vielzahl von darin ausgebildeten Magnetschlitzen aufweist, wobei die Magnetschlitze jedes der Schichtbleche axial ausgerichtet und dazu geeignet sind, eine Vielzahl von Permanentmagneten darin zu tragen; und acht wärmeleitende Einsätze, die sich axial durch den Kernstapel erstrecken und so beschaffen sind, dass sie Wärme von inneren Abschnitten des Kernstapels nach außen zu distalen Enden des Kernstapels leiten.
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