DE102021200120A1

DE102021200120A1 - Elektrische Maschine und Getriebe

Info

Publication number: DE102021200120A1
Application number: DE102021200120.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Meyer; Peter Bolz; Thomas Heid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2022-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10), aufweisend einen Stator (12) und einen Rotor (14), wobei der Rotor (14) um eine Drehachse (16) drehbar gelagert ist und auf einer Rotorwelle (26) angeordnet ist, wobei die Rotorwelle (26) zumindest abschnittsweise als Hohlwelle (28) ausgebildet ist, wobei die Hohlwelle (28) zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist, und die Hohlwelle (28) eine Aufnahmeöffnung (32) zur Aufnahme einer Lanze (30), aus welcher das Kühlmittel über einen Einlass (34) in die Rotorwelle zuführbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass an der Aufnahmeöffnung (32) und/oder am Einlass (34) wenigstens ein Dichtelement (58) für das Kühlmittel angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Getriebe mit einer solchen elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Die DE 10 2015 223 073 A1 zeigt und beschreibt eine ölgekühlte elektrische Maschine mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle, welche zum Transport des Öls an die Stirnflächen des Rotors vorgesehen ist. An den Stirnflächen des Rotors weist die Rotorwelle Querbohrungen auf, durch welche aufgrund der durch die Drehbewegung entstehenden Zentrifugalkräfte das Öl nach außen gespritzt wird. Dabei wird das Öl an einem axialen Ende der Hohlwelle in die Rotorwelle eingeleitet. Dabei kann das Problem auftreten, dass die Maschine nicht immer ausreichend und gleichmäßig mit Öl versorgt wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine elektrische Maschine, aufweisend einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar gelagert ist und auf einer Rotorwelle angeordnet ist. Die Rotorwelle ist zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei die Hohlwelle zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist. Die Hohlwelle weist eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Lanze, aus welcher das Kühlmittel über einen Einlass in die Rotorwelle zuführbar ist und wobei die Hohlwelle wenigstens einen Auslass zum Austritt des Kühlmittels aufweist. Erfindungsgemäß ist an der Aufnahmeöffnung und/oder am Einlass wenigstens ein Dichtelement für das Kühlmittel angeordnet. Das hat den Vorteil, dass Leckagen an der Aufnahmeöffnung- also ein Zurückströmen des Kühlmittels aus der Hohlwelle heraus durch die Aufnahmeöffnung - reduziert werden können. Auf diese Weise kann mehr Kühlmittel zu dem wenigstens einen Auslass transportiert werden, so dass die Maschine mit mehr Kühlmittel versorgbar ist.
Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Vorteilhaft weist der Stator Erregerspulen auf. Die Erregerspulen des Stators können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors kann generell mit Permanentmagneten bestückt sein, stromkommutierte Spulen für die Magnetfelderzeugung aufweisen, oder als so genannter Kurzschlussläufer einer Asynchronmaschine ausgebildet sein.
Unter einer Axialrichtung soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche sich entlang der Drehachse der elektrischen Maschine bzw. des Rotors erstreckt. Beispielhaft soll sich die Axialrichtung in der vorliegenden Anmeldung von außen durch die Aufnahmeöffnung in das Innere der Hohlwelle erstrecken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Rotor als Innenläufer ausgebildet und der Stator entsprechend als Außenstator.
Unter einem Kühlmittel soll insbesondere ein Fluid, bevorzugt ein flüssiges Kühlmittel verstanden werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Öls. Es ist auch denkbar, dass das Kühlmittel beispielsweise ein Wasser-Glykol Gemisch aufweist.
Darunter, dass die Rotorwelle zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet ist soll insbesondere verstanden werden, dass die Rotorwelle einen Abschnitt bzw.
Bereich aufweist, welcher hohl ausgebildet ist. Vorteilhaft ist der hohle Abschnitt bzw. Bereich an der Drehachse angeordnet. Vorteilhaft erstreckt sich der hohle Abschnitt bzw. Bereich entlang der Drehachse. Insbesondere kann der hohle Abschnitt bzw. Bereich weitgehend rotationssymmetrisch um die Drehachse ausgebildet sein. Beispielsweise kann der hohle Abschnitt bzw. Bereich weitgehend zylinderförmig ausgebildet sein, insbesondere mit einer Zylinderachse, welche sich weitgehend entlang der Drehachse erstreckt.
Darunter, dass sich ein Element weitgehend oder im Wesentlichen in einer Richtung bzw. entlang einer Achse erstreckt, soll insbesondere verstanden werden, dass sich das Element weitgehend parallel zu dieser Richtung bzw. Achse erstreckt. Unter weitgehend parallel bzw. einer weitgehend parallelen Anordnung soll insbesondere um weniger als 8°, bevorzugt weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2° abweichend von parallel bzw. von einer parallelen Anordnung verstanden werden.
Bevorzugt erstreckt sich der hohle Abschnitt bzw. die Hohlwelle zumindest von einer ersten axialen Stirnseite des Rotors zur einer zweiten axialen Stirnseite des Rotors, wobei die erste axiale Stirnseite auf einer anderen Seite des Rotors angeordnet ist als die zweite axiale Stirnseite. Bevorzugt erstreckt sich der hohle Abschnitt bzw. die Hohlwelle von einer ersten axialen Stirnseite des Stators zu einer zweiten axialen Stirnseite des Stators, wobei die erste axiale Stirnseite auf einer anderen Seite des Stators angeordnet ist als die zweite axiale Stirnseite. Es ist denkbar, dass sich die Hohlwelle zumindest bis zu einer axialen Stirnseite der Rotorwelle erstreckt bzw. entlang der Axialrichtung zum Ende der Rotorwelle erstreckt. Es ist insbesondere denkbar, dass die Rotorwelle zumindest abschnittsweise rohrförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgebildet ist. In solchen Varianten kann eine Öffnung bzw. der Einlass für das Kühlmittel an dem axialen Ende der Rotorwelle angeordnet, bis zu welchem sich die Hohlwelle erstreckt. Insbesondere kann die Aufnahmeöffnung der Hohlwelle für die Lanze an dem axialen Ende der Rotorwelle angeordnet, bis zu welchem sich die Hohlwelle erstreckt. Die Rotorwelle kann insbesondere hohlgebohrt ausgebildet sein.
Dabei soll unter einem Einlass insbesondere ein Bereich an oder innerhalb der Hohlwelle verstanden werden, an oder innerhalb welchem im Betrieb der elektrischen Maschine ein Gesamtstrom des Kühlmittels in die Hohlwelle geleitet wird. Erfindungsgemäß wird im Betrieb der elektrischen Maschine das Kühlmittel über eine Lanze in die Hohlwelle eingeleitet. Die Lanze dringt bzw. taucht über die Aufnahmeöffnung in die Hohlwelle ein, so dass eine Lanzenspitze, welche bevorzugt eine Öffnung zum Auslassen des Kühlmittels aufweist, innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist. Der Einlass ist in solchen Varianten an der Lanzenspitze bzw. der Öffnung der Lanzenspitze angeordnet. Bevorzugt ist die die Lanzenspitze bzw. der Einlass an einem axialen Ende der Lanze angeordnet. Es ist auch denkbar, dass die Öffnung zum Auslassen des Kühlmittels bzw. der Einlass beabstandet zur Lanzenspitze auf der Lanze angeordnet ist.
Dabei kontaktiert die Lanze bevorzugt nicht die Rotorwelle bzw. ist die Lanze bevorzugt nicht mit der Rotorwelle verbunden. Insbesondere ist die Lanze derart angeordnet, dass die Lanze im Betrieb der elektrischen Maschine nicht mit der Rotorwelle rotiert. Auf diese Weise kann das Kühlmittel in einen bestimmten Bereich bzw. Abschnitt der Hohlwelle eingeleitet werden.
Vorteilhaft erstreckt sich die Lanze weitgehend entlang der Drehachse. Besonders vorteilhaft ist die Lanze zumindest innerhalb der Hohlwelle symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch zur Drehachse ausgebildet.
Es ist möglich, dass die Lanze nicht Teil der elektrischen Maschine ist. Beispielsweise kann die Lanze an einer externen Baugruppe angeordnet und/oder befestigt sein, wobei die elektrische Maschine an der externen Baugruppe angeordnet bzw. montiert ist. Beispielsweise kann die Baugruppe ein Getriebe sein oder ein Motorraum eines Kraftfahrzeugs. Es ist auch denkbar, dass die Lanze an der elektrischen Maschine angeordnet und/oder montiert bzw. befestigt ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Lanze an einem Lagerschild befestigt ist.
Vorteilhaft weist die Hohlwelle wenigstens einen Auslass zum Austritt des Kühlmittels auf. Der Auslass ist wenigstens dafür vorgesehen, dass Kühlmittel aus der Hohlwelle in die elektrische Maschine zu fördern. Unter einem Auslass soll eine Öffnung an der Hohlwelle verstanden werden, welche dem inneren, hohlen Bereich bzw. Abschnitt der Rotorwelle fluidtechnisch mit dem Außenbereich außerhalb der Rotorwelle verbindet. Auf diese Weise kann in Betrieb der elektrischen Maschine das in die Hohlwelle einströmende Kühlmittel durch den Auslass wieder aus der Hohlwelle austreten bzw. ausspritzen. Durch die im Betrieb der elektrischen Maschine auftretende Drehbewegung der Rotorwelle wirkt auf das Kühlmittel eine Zentrifugalkraft, welche das Kühlmittel durch den Auslass aus der Hohlwelle herausbeschleunigt. Der Auslass kann beispielsweise als eine Bohrung in der Rotorwelle, insbesondere Querbohrung ausgebildet sein. Vorteilhaft ist der Öffnungsdurchmesser bzw. Öffnungsquerschnitt des Auslasses kleiner als seine Erstreckung in Radialrichtung.
In vorteilhaften Varianten erstreckt sich die der erste Auslass und/oder zweite Auslass entlang einer Radialrichtung der Rotorwelle bzw. der elektrischen Maschine. Auf diese Weise wird im Betrieb der elektrischen Maschine das Kühlmittel optimal durch aus der Hohlwelle herausbeschleunigt.
Darunter, dass sich ein Auslass in einer vorgegebenen Richtung erstreckt, soll insbesondere verstanden werden, dass sich eine dem Auslass zugeordnete Auslassrichtung bzw. Auslassachse in dieser vorgegebenen Richtung erstreckt.
Vorteilhaft kontaktiert die Lanze nicht die Rotorwelle. Auf diese Weise ergibt sich im Bereich zwischen dem Einlass und der Aufnahmeöffnung ein Spalt bzw. ein Strömungsweg zwischen der Lanze und der Rotorwelle, welche durch das Kühlmittel durchströmbar ist. Insbesondere kann so im Betrieb der elektrischen Maschine das Kühlmittel aus dem Einlass durch die Aufnahmeöffnung aus der Hohlwelle herausströmen. Das ist eine Leckage, welche den gewünschten Kühlmittelfluss durch den wenigstens einen Auslass limitiert. Unter einem Dichtelement soll insbesondere ein solches Element verstanden werden, welches dafür eingerichtet ist, im Betrieb der elektrischen Maschine den Kühlmittelfluss zwischen dem Einlass und der Aufnahmeöffnung zu reduzieren, vorteilhaft weitgehend vollständig zu verhindern. Vorteilhaft weist das Dichtelement eine berührungslose Dichtung auf. Es ist auch denkbar, dass das Dichtelement eine rotatorische Berührungsdichtung aufweist.
Vorteilhaft ist das Dichtelement an der Lanze und/oder an der Hohlwelle angeordnet. Das Dichtelement kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein, insbesondere ist es denkbar, dass das Dichtelement zwei zusammenwirkenden Teilelemente aufweist, wobei ein Teilelement an der Lanze angeordnet ist und das andere Teilelement an der Hohlwelle angeordnet ist. Vorteilhaft ist das Dichtelement bzw. die Teilelemente des Dichtelements mit der Lanze oder der Hohlwelle bzw. Rotorwelle verbunden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Es ist insbesondere denkbar, dass das Dichtelement bzw. die Teilelemente des Dichtelements jeweils einstückig mit der Lanze oder der Hohlwelle bzw. Rotorwelle ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft erstreckt sich das Dichtelement bzw. die Teilelemente des Dichtelements aus der Lanze oder der Hohlwelle bzw. Rotorwelle, insbesondere weitgehend senkrecht zur Drehachse.
Unter weitgehend senkrecht bzw. einer weitgehend senkrechten Anordnung soll insbesondere um weniger als 8°, bevorzugt weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2° abweichend von senkrecht bzw. von einer senkrechten Anordnung verstanden werden.
Darunter, dass das Dichtelement an der Aufnahmeöffnung und/oder am Einlass angeordnet ist, soll insbesondere auch verstanden werden, dass das Dichtelement in einem Bereich zwischen der Aufnahmeöffnung und/oder am Einlass angeordnet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Maschine möglich.
Ein vorteilhaftes Dichtelement kann realisiert werden, wenn an der Lanze ein erstes Teilelement angeordnet ist und an der Aufnahmeöffnung ein zweites Teilelement angeordnet ist, wobei das erste Teilelement und das zweite Teilelement ineinandergreifen und zusammen eine Labyrinthdichtung ausbilden. Eine Labyrinthdichtung ist ein Beispiel eines berührungslosen Dichtelements. Das Wirkprinzip einer Labyrinthdichtung beruht darauf, den Strömungsweg zu verlängern, so dass der Strömungswiderstand erhöht wird. Zur Verbesserung der Abdichtung der Labyrinthdichtung ist es denkbar, dass zwischen dem ersten Teilelement und dem zweiten Teilelement ein Sperrmedium angeordnet ist, beispielsweise Luft und/oder ein Schmierstoff.
Eine mögliche Umsetzung einer Labyrinthdichtung ist gegeben, wenn das zweite Teilelement einen sich aus der Rotorwelle weitgehend parallel zu einer Axialrichtung erstreckenden Kragen aufweist und das erste Teilelement weitgehend topfförmig ausgebildet ist und das zweite Teilelement in Umfangsrichtung umgreift. Das ist eine effiziente und einfache Lösung welche den zusätzlichen Vorteil einer einfachen Montage bietet.
Vorteilhaft kann das zweite Teilelement weitgehend rotationssymmetrisch zur Drehachse ausgebildet bzw. angeordnet sein. Insbesondere kann das zweite Teilelement hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Vorteilhaft ist das zweite Teilelement an der axialen Stirnseite der Rotorwelle angeordnet, an welcher die Aufnahmeöffnung angeordnet ist.
Darunter, dass das erste Teilelement topfförmig ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das erste Teilelement einen Topfgrund aufweist, welcher sich im Wesentlichen in einer Radialebene erstreckt, sowie dass das erste Teilelement eine Topfwand aufweist, welche sich aus dem Topfgrund weitgehend in Axialrichtung erstreckt. Vorteilhaft kann das erste Teilelement weitgehend rotationssymmetrisch zur Drehachse ausgebildet bzw. angeordnet sein. Insbesondere kann die Topfwand hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Vorteilhaft erstreckt sich die Topfwand vom Topfgrund ausgehend in Richtung der Rotorwelle.
Unter einer Radialebene soll eine gedachte Ebene verstanden werden, welche senkrecht zur Drehachse angeordnet ist. Unter einer Radialrichtung soll eine Richtung verstanden werden, welche senkrecht zur Drehachse angeordnet ist sich von der Drehachse aus nach außen erstreckt.
Darunter, dass das erste Teilelement das zweite Teilelement in Umfangsrichtung umgreift soll insbesondere verstanden werden, dass entlang des Umfangs um die Drehachse ein Abschnitt des ersten Teilelements, insbesondere die Topfwand zur Drehachse einen größeren Abstand hat als ein Abschnitt des zweiten Elements und zwischen diesen beiden Abschnitten des ersten Teilelements und des zweiten Teilelements ein gemeinsamer Überlappungsbereich entlang der Axialrichtung besteht, entlang dessen die beiden Abschnitte jeweils eine Radialebene schneiden. Insbesondere greift so das zweite Teilelement bzw. zumindest ein Abschnitt des zweiten Teilelements in das erste Teilelement hinein. Das ist ein Beispiel für eine Verkämmung des ersten Teilelements mit dem zweiten Teilelement. Das hat insbesondere die Wirkung, dass im Betrieb der elektrischen Maschine ein Teilstrom des Kühlmittels, welcher aus der Aufnahmeöffnung aus der Hohlwelle herausströmt, zunächst zwischen der Lanze und dem zweiten Teilelement gegen die Axialrichtung strömt, anschließen durch das erste Teilelement am weiterströmen gegen die Axialrichtung behindert wird, insbesondere durch den Topfgrund und in Radialrichtung entlang vom ersten Teilelement, insbesondere entlang des Topfgrund am zweiten Teilelement vorbeiströmt und anschließend wieder durch das erste Teilelement, insbesondere der Topfwand am Weiterströmen in Radialrichtung gehindert wird. Anschließend strömt die Teilströmung in Axialrichtung zwischen dem zweiten Teilelement und dem ersten Teilelement, insbesondere der Topfwand. Am axialen Ende bzw. Stirnseite der Topfwand bzw. des ersten Teilelements kann die Teilströmung in Axialrichtung nach außen entweichen. Die aus der Hohlwelle entweichende Teilströmung wird auf einen labyrinthartigen bzw. mäanderförmigen Pfand gezwungen, so dass ein Druckabfall erreicht wird.
In vorteilhaften Weiterbildungen können das erste Teilelement und das zweite Teilelement weitere ineinandergreifende, sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Abschnitte aufweisen, so dass ein Strömungsweg weiter verlängert wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass das erste Teilelement zwei oder mehr konzentrisch angeordnete Topfwände aufweist, welche sich aus einem gemeinsamen Topfgrund erstrecken und in Radialrichtung zueinander beabstandet sind. Das zweite Teilelement kann zwei oder mehrere sich in Axialrichtung erstreckende, konzentrisch zueinander angeordnete Abschnitt aufweisen, welche jeweils zwischen zwei Topfwände des ersten Teilelements eingreifen.
Eine weitere vorteilhafte Variante eines Dichtelements ist gegeben, wenn zwischen der Hohlwelle und der Lanze eine Gleitringdichtung ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist die Gleitringdichtung innerhalb der Hohlwelle angeordnet. Typischerweise weist eine Gleitringdichtung einen Gleitring auf, welcher mit einem Gegenring zusammenwirkt. Beispielweise kann der Gleitring auf der Hohlwelle angeordnet sein und der Gegenring auf der Lanze, es ist jedoch auch denkbar, dass der Gleitring auf der Lanze angeordnet ist und der Gegenring auf der Hohlwelle. Vorteilhaft weist die Wirkfläche zwischen dem Gleitring und dem Gegenring einen Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften auf, insbesondere Kohlenstoff bzw. Graphit und/oder einen keramischen Werkstoff - beispielsweise Siliziumcarbid oder Wolframcarbid. und/oder einen metallischen Werkstoff - beispielweise Edelstahl - und/oder einen Kunststoff. Besonders vorteilhaft weist die Wirkfläche zwischen dem Gleitring und dem Gegenring Polytetrafluorethylen (PTFE) auf.
In bevorzugten Ausführungsformen weist die elektrische Maschine wenigstens zwei Dichtelemente auf, insbesondere eine Labyrinthdichtung und eine Gleitringdichtung.
Die elektrische Maschine kann weiter verbessert werden, wenn an der Aufnahmeöffnung eine Einführschräge angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich die Leckage an der Aufnahmeöffnung weiter reduzieren, indem es möglich ist, einen Innendurchmesser der Hohlwelle am Einlass der Lanze so nah wie möglich am Außendurchmesser der Lanze zu wählen. Je kleiner die Differenz zwischen dem Innendurchmesser der Hohlwelle und dem Außendurchmesser der Lanze, umso kleiner ist der Strömungsquerschnitt zwischen der Lanze und dem Innendurchmesser der Hohlwelle, durch welchen das Kühlmittel durch die Aufnahmeöffnung nach außen aus der Hohlwelle strömen kann. Jedoch kann die Differenz zwischen dem Innendurchmesser der Hohlwelle und dem Außendurchmesser der Lanze im Stand der Technik nicht beliebig klein gewählt werden, da sonst die Montage der Lanze in die Hohlwelle zu schwierig wird. Mit einer Einführschräge an der Aufnahmeöffnung lässt sich die Differenz zwischen dem Innendurchmesser der Hohlwelle und dem Außendurchmesser der Lanze gegenüber dem Stand der Technik absenken und ermöglicht weiterhin eine einfache Montage.
Unter einer Einführschräge soll insbesondere verstanden werden, dass der Innendurchmesser der Hohlwelle ausgehend von der Aufnahmeöffnung von einem ersten Innendurchmesser in Axialrichtung bzw. in die Hohlwelle hinein auf einen zweiten Innendurchmesser abfällt. Die Form der Einführschräge kann dabei linear sein, also, dass der Innendurchmesser zwischen dem ersten Innendurchmesser und zweiten Durchmesser linear mit dem axialen Abstand abfällt. Es ist aber auch denkbar, dass die Einführschräge konkav oder konvex ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Innendurchmesser an der Einführschräge quadratisch, hyperbolisch, exponentiell, logarithmisch oder sinusförmig abnehmen.
Eine besonders günstige und einfach herstellbare Form ist gegeben, wenn die Einführschräge konusförmig ausgebildet ist. Darunter, dass die Einführschräge konusförmig ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Einfuhrschräge rotationssymmetrisch um die Drehachse ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass die Lanze bei der Montage unabhängig von der Position der Rotorwelle einfach eingeführt werden kann. Besonders vorteilhaft hat die Einführschräge die Form eines gedachten Kegelstumpfmantels bzw. äußeren Kegelstumpfmantels.
In weiteren vorteilhaften Varianten weist die Hohlwelle einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass zum Austritt des Kühlmittels und der erste Auslass und der zweite Auslass sind entlang einer Axialrichtung zueinander beabstandet angeordnet.
Das hat den Vorteil, dass das Kühlmittel an unterschiedliche Bereiche der elektrischen Maschine transportiert werden kann, beispielsweise an eine erste axiale Stirnseite des Rotors und eine zweite axiale Stirnseite des Rotors. Damit kann die elektrische Maschine gezielt an den Stellen gekühlt werden, die einen erhöhten Kühlbedarf haben, wie beispielsweise Wickelköpfe.
Die elektrische Maschine wird weiter verbessert, wenn ist die Hohlwelle derart ausgebildet ist, dass das Kühlmittel innerhalb der Hohlwelle zumindest einen ersten Teilströmungsweg und einen zweiten Teilströmungsweg durchströmt, wobei der erste Teilströmungsweg den Einlass mit dem ersten Auslass fluidtechnisch verbindet und der zweite Teilströmungsweg den Einlass mit dem zweiten Auslass fluidtechnisch verbindet.
Das hat den Vorteil, dass das Kühlmittel jeweils voneinander unabhängig zum ersten Auslass und zum zweiten Auslass transportiert werden kann. Auf diese Weise kann eine ausreichende Versorgung der elektrischen Maschine mit Kühlmittel sowohl am ersten Auslass als auch am zweiten Auslass sichergestellt werden. Die Kühlung, insbesondere gleichmäßige Kühlung der elektrischen Maschine wird verbessert.
Unter einem Teilströmungsweg soll insbesondere ein Bereich in der Hohlwelle verstanden werden, welcher in einem Betrieb der elektrischen Maschine von einem Teilstrom des Kühlmittels vom Einlass zu einem Auslass weitgehend vollständig durchströmt wird. Dabei ist der Teilstrom des Kühlmittels ein Teil des durch den Einlass in die Hohlwelle einströmenden Gesamtstroms des Kühlmittels. Insbesondere soll der erste Teilströmungsweg von einem ersten Teilstrom des Kühlmittels vom Einlass zum ersten Auslass durchströmt werden und der zweite Teilströmungsweg von einem zweiten Teilstrom des Kühlmittels vom Einlass zum zweiten Auslass durchströmt werden.
Es ist vorgesehen, dass der erste Teilströmungsweg weitgehend vom zweiten Teilströmungsweg getrennt ist, bzw. dass im Betrieb der elektrischen Maschine der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom weitgehend voneinander getrennt sind, insbesondere sich nicht vermischen. Darunter, dass zwei Teilströmungswege weitgehend voneinander getrennt sind, soll insbesondere verstanden werden, dass sie jeweils zumindest auf 90%, bevorzugt zumindest 95%, besonders bevorzugt zumindest 98% ihrer jeweiligen Gesamtlänge voneinander getrennt sind. Es ist denkbar, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom im Bereich des Einlasses noch nicht getrennt sind und erst ab einen Abstand, welcher höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5% bevorzugt höchstens 2% einer Gesamtlänge der Rotorwelle in Axialrichtung weitgehend voneinander getrennt sind, bevorzugt voneinander getrennt sind.
Darunter, dass zwei Teilströmungswege voneinander getrennt sind soll insbesondere verstanden werden, dass die Rotorwelle bzw. Hohlwelle derart ausgebildet ist, dass im regulären Betrieb der elektrischen Maschine der erste Teilstrom des ersten Teilströmungswegs nicht den zweiten Teilströmungsweg durchströmt und dass der zweite Teilstrom des zweiten Teilströmungswegs nicht den ersten Teilströmungsweg durchströmt.
Die beiden Teilströmungswege bzw. Teilströme können durch bauliche Elemente der Hohlwelle voneinander getrennt sein, beispielsweise durch Trennwände, Hülsen, Leitplanken und dergleichen. Es ist zum Beispiel denkbar, dass wenigstens ein Teilströmungsweg durch einen Rohrabschnitt führt, welcher auf diese Weise den Teilströmungsweg von einem weiteren Teilströmungsweg zumindest abschnittsweise trennt. Es ist auch denkbar, dass die beiden Teilströmungswege bzw. Teilströme durch eine besondere Anordnung des Einlasses, des ersten Auslasses und/oder des zweiten Auslasses, insbesondere von einer Lanze bzw. Lanzenspitze weitgehend voneinander getrennt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Einlass, insbesondere die Lanzenspitze weitgehend mittig zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung angeordnet ist. Auf diese Weise strömen vom Einlass bzw. der Lanzenspitze ausgehend der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom jeweils in entgegengesetzte Richtungen, so dass der erste Teilströmungsweg und der zweite Teilströmungsweg weitgehend voneinander getrennt sind.
Vorteilhaft ist in der Hohlwelle ein Trennelement angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, die Hohlwelle in zumindest den ersten Teilströmungsweg und den zweiten Teilströmungsweg aufzuteilen. Das ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Bereitstellung einer Hohlwelle mit einem ersten Teilströmungsweg und einem zweiten Teilströmungsweg.
Unter einem Trennelement soll insbesondere ein weitgehend für das Kühlmittel undurchlässiges Element verstanden werden. Vorteilhaft ist das Trennelement mit der Hohlwelle bzw. Rotorwelle verbunden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Es ist denkbar, dass das Trennelement einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet ist. In besonders vorteilhaften Varianten ist das Trennelement als ein Einsatz ausgebildet, welcher beispielsweise bei der Herstellung der elektrischen Maschine in die Hohlwelle einführbar ausgebildet ist und bevorzugt in der fertig montierten elektrischen Maschine mit der Hohlwelle bzw. Rotorwelle verbunden ist. Ein Einsatz hat den Vorteil, dass die Rotorwelle mit dem Trennelement besonders einfach gefertigt werden kann. So kann zunächst eine einfache Hohlwelle mit einem zylinderförmigen hohlen Abschnitt bzw. Bereich hergestellt werden, beispielsweise durch Bohren, und in einem darauffolgenden Arbeitsschritt kann der separat hergestellte Einsatz in die Hohlwelle eingeführt werden.
Vorteilhaft ist das Trennelement, insbesondere ein als Einsatz ausgebildetes Trennelement aus einem anderen Material ausgebildet als die Hohlwelle bzw. Rotorwelle. Insbesondere kann das Trennelement bzw. der Einsatz aus ein Material aufweisen, welches besonders widerstandsfähig gegenüber dem Kühlmittel ist.
Wenn der erste Teilströmungsweg einen ersten Teilströmungsquerschnitt aufweist und der zweite Teilströmungsweg einen zweiten Teilströmungsquerschnitt aufweist, wobei der erste Teilströmungsquerschnitt im Wesentlichen dem zweiten Teilströmungsquerschnitt entspricht hat das den Vorteil, dass das Kühlmittel besonders gleichmäßig auf den ersten Auslass und den zweiten Auslass verteilt wird. Auf diese Weise wird die elektrische Maschine besonders gleichmäßig gekühlt. Insbesondere entsteht am ersten Auslass und zweiten Auslass im Betrieb der elektrischen Maschine ein weitgehend gleichmäßiger Sog.
Unter einem Teilströmungsquerschnitt eines Teilströmungswegs soll insbesondere eine Querschnittsfläche des Teilströmungswegs verstanden werden. Bevorzugt ist der Teilströmungsquerschnitt entlang des Teilströmungswegs weitgehend konstant. Bei einem sich mit dem Teilströmungsweg veränderlichen Teilströmungsquerschnitt ist insbesondere der Teilströmungsquerschnitt bzw. Querschnittsfläche am jeweiligen zugeordneten Auslass maßgeblich.
Darunter, dass sich der erste Teilströmungsquerschnitt und der zweite Teilströmungsquerschnitt im Wesentlichen entsprechen soll insbesondere verstanden werden, dass der erste Teilströmungsquerschnitt sich um weniger als 10% vom zweiten Teilströmungsquerschnitt unterscheidet, bevorzugt um weniger als 5%, besonders bevorzugt um weniger als 2%.
In Varianten mit einem Trennelement, welches sich im Wesentlichen in Richtung des ersten Teilströmungswegs bzw. zweiten Teilströmungswegs erstreckt, wird der erste Teilstrom bzw. zweite Teilstrom durch das Trennelement begrenzt, insbesondere wird im Wesentlichen der erste Teilströmungsquerschnitt bzw. der zweite Teilströmungsquerschnitt durch das Trennelement begrenzt.
In vorteilhaften Varianten weist die Hohlwelle ein Verengungselement auf, insbesondere ein rohrförmiges Verengungselement, welches sich im Wesentlichen entlang des zweiten Teilströmungswegs erstreckt. Auf diese Weise kann auf eine besonders einfache Weise der zweite Teilströmungsquerschnitt auf einen gewünschten Wert angepasst werden, insbesondere kann so der zweite Teilströmungsquerschnitt so angepasst werden, dass er im Wesentlichen dem ersten Teilströmungsquerschnitt entspricht.
Unter einem Verengungselement kann insbesondere ein Element verstanden werden, welches innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist und den Strömungsquerschnitt der Hohlwelle verkleinert. Bevorzugt erstreckt sich das Verengungselement entlang der Hohlwelle bzw. in Axialrichtung. Vorteilhaft ist das Verengungselement als Einsatz ausgebildet, welcher beispielsweise bei der Herstellung der elektrischen Maschine in die Hohlwelle einführbar ausgebildet ist und bevorzugt in der fertig montierten elektrischen Maschine mit der Hohlwelle bzw. Rotorwelle verbunden ist. So kann zunächst eine einfache Hohlwelle mit einem zylinderförmigen hohlen Abschnitt bzw. Bereich hergestellt werden, beispielsweise durch Bohren, und in einem darauffolgenden Arbeitsschritt kann das separat hergestellte Verengungselement in die Hohlwelle eingeführt werden, um den Strömungsquerschnitt bzw. Teilströmungsquerschnitt auf den gewünschten Wert anzupassen.
Ist der hohle Abschnitt bzw. Bereich weitgehend zylinderförmig ausgebildet, so ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verengungselement im Wesentlichen als Rohr bzw. als Hohlzylinder ausgebildet ist, welcher mit seiner Außenfläche an der Innenwand des Hohlzylinders anliegt, insbesondere verbunden ist, vorteilhaft formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden.
Wenn der erste Auslass an einer ersten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet ist und/oder der zweite Auslass an einer zweiten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet ist, kann der Rotor besonders effizient gekühlt werden. Die erste axiale Stirnseite des Rotors ist der zweiten axialen Stirnseite des Rotors gegenüberliegend angeordnet. Vorteilhaft ist der erste Auslass derart an der ersten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet bzw. ausgerichtet, dass das Kühlmittel im Betrieb der elektrischen Maschine aus dem ersten Auslass auf die erste axiale Stirnseite des Rotors spritzt. Vorteilhaft ist der zweite Auslass derart an der zweiten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet bzw. ausgerichtet, dass das Kühlmittel im Betrieb der elektrischen Maschine aus dem zweiten Auslass auf die zweite axiale Stirnseite des Rotors spritzt.
Eine gute Kühlung des Stators kann gewährleistet werden, wenn der erste Auslass an einem ersten Wickelkopf des Stators angeordnet ist und/oder der zweite Auslass an einem zweiten Wickelkopf des Stators angeordnet ist. Der erste Wickelkopf des Stators ist dem zweiten Wickelkopf des Stators gegenüberliegend angeordnet. Vorteilhaft ist der erste Auslass derart am ersten Wickelkopf des Stators angeordnet bzw. ausgerichtet, dass das Kühlmittel im Betrieb der elektrischen Maschine aus dem ersten Auslass auf den ersten Wickelkopf des Stators spritzt. Vorteilhaft ist der zweite Auslass derart an dem zweiten Wickelkopf des Stators angeordnet bzw. ausgerichtet, dass das Kühlmittel im Betrieb der elektrischen Maschine aus dem zweiten Auslass auf den zweiten Wickelkopf des Stators spritzt.
Die Verteilung des Kühlmittels kann weiter verbessert werden, wenn wenigstens der erste Auslass und/oder der zweite Auslass unter einem Winkel zur Radialrichtung ausgerichtet ist. Darunter, dass ein Auslass unter einem Winkel zur Radialrichtung ausgerichtet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Auslass unter einem Winkel zur Radialebene ausgerichtet ist. Dabei ist vorteilhaft der Auslass in Richtung des Rotors ausgerichtet, so dass das Kühlmittel in Richtung des Rotors aus der Hohlwelle austritt.
Als vorteilhafter Wert hat sich dabei ein Auslasswinkel zwischen Auslassrichtung bzw. Auslassachse und Radialrichtung bzw. Radialebene erwiesen, welcher zwischen 15° und 50° liegt, bevorzugt zwischen 20° und 50°, besonders bevorzugt 25° und 30°. Bei einem solchen Auslasswinkel ist im Betrieb der elektrischen Maschine eine axiale Stirnseite des Rotors bzw. ein Wickelkopf des Stators gut anspritzbar bei gleichzeitiger guter Sogwirkung.
In alternativen Varianten ist es denkbar, dass der Auslasswinkel derart ausgerichtet ist, dass weitere Komponenten der elektrischen Maschine mit dem Kühlmittel angespritzt werden können, beispielsweise Lager.
Eine besonders einfache Umsetzung eines Trennelements ist gegeben, wenn das Trennelement zumindest eine sich in Axialrichtung erstreckende Trennwand aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den Strömungsquerschnitt der Hohlwelle in zumindest einen ersten Teilströmungsquerschnitt und einen zweiten Teilströmungsquerschnitt aufzuteilen. Es ist denkbar, dass die Trennwand das Trennelement ausbildet. Insbesondere kann die Trennwand als Einsatz ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft kann sich die Trennwand im Profil bzw. in einer Radialebene entlang eines Durchmessers des hohlen Abschnitts bzw. Bereichs der Hohlwelle erstrecken. Auf diese Weise wird der Gesamtströmungsquerschnitt der Hohlwelle durch die Trennwand halbiert.
Besonders vorteilhaft ist eine sich in Axialrichtung erstreckende Trennwand in Varianten, in welchen der Einlass an einem axialen Ende der Rotorwelle angeordnet ist. Es ist denkbar, dass sich die Trennwand in diesen Varianten zumindest vom Einlass bis zum einem dem Einlass nächstgelegenen Auslass erstreckt, vorteilhaft wenigstens vom Einlass bis zum ersten Auslass und bis zum zweiten Auslass. Auf diese Weise ist der erste Teilströmungsweg weitgehend vom zweiten Teilströmungsweg getrennt.
Die elektrische Maschine wird weiter verbessert, wenn das Trennelement ein Rückhalteelement aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es ein Weiterströmen eines Teilstroms des Kühlmittels in Axialrichtung mindert. Das hat den Vorteil, dass das Kühlmittel bzw. ein Teilstrom des Kühlmittels zielgerichtet in den ersten Auslass und/oder zweiten Auslass lenkbar ist.
Unter einem Rückhalteelement soll insbesondere ein weitgehend für das Kühlmittel undurchlässiges Element verstanden werden. Vorteilhaft ist das Rückhalteelement mit dem Trennelement und/oder der Hohlwelle bzw. Rotorwelle verbunden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Es ist insbesondere denkbar, dass das Rückhalteelement einstückig mit dem Trennelement ausgebildet ist. Vorteilhaft ist das Rückhalteelement auf dem Trennelement stehend ausgebildet. Besonders vorteilhaft erstreckt sich das Rückhalteelement aus dem Trennelement.
Darunter, dass das Rückhalteelement einen Teilstrom des Kühlmittels in Axialrichtung mindert, soll insbesondere verstanden werden, dass zumindest die pro Zeiteinheit und Querschnittsfläche strömende Kühlmittelmenge des ersten Teilstroms oder zweiten Teilstroms am Rückhalteelement in Axialrichtung um wenigstens 90% reduziert wird, vorteilhaft um wenigstens 95%, besonders vorteilhaft um wenigstens 98%. Insbesondere kann das Rückhalteelement den ersten Strömungsquerschnitt und/oder den zweiten Strömungsquerschnitt reduzieren. Beispielsweise kann das Rückhalteelement als eine Erstreckung aus dem Trennelement und/oder aus der Rotorwelle ausgebildet sein, welche in einem Winkel zur Axialrichtung angeordnet ist, bevorzugt weitgehend senkrecht zur Axialrichtung. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Rückhalteelement weitgehend in Radialrichtung bzw. in der Radialebene. Es ist denkbar, dass das Rückhalteelement einen Teilströmungsweg verschließt oder teilweise verschließt.
Vorteilhaft ist das Rückhalteelement stromabwärts von einem zugeordneten Auslass angeordnet. Darunter, dass das Rückhalteelement stromabwärts von einem zugeordneten Auslass angeordnet ist soll insbesondere verstanden werden, dass das Rückhalteelement weiter vom Einlass entfernt ist als der zugeordnete Auslass. Vorteilhaft ist das Rückhalteelement am zugeordneten Auslass stromabwärts vom zugeordneten Auslass angeordnet. Sind einem Teilströmungsweg mehrere Auslässe zugeordnet bzw. fluidtechnisch mit diesem verbunden, ist es denkbar, dass jedem der Auslässe ein Rückhalteelement zugeordnet ist. Sind einem Teilströmungsweg mehrere Auslässe zugeordnet bzw. fluidtechnisch mit diesem verbunden, ist es auch denkbar, dass nur dem vom Einlass am weitesten entfernten Auslass ein Rückhalteelement zugeordnet ist.
Eine vorteilhafte Variante der elektrischen Maschine ist gegeben, wenn das Trennelement ein kreuzförmiges Profil aufweist und die Hohlwelle zumindest abschnittsweise in vier Teilströmungswege entlang der Drehachse unterteilt. Vorteilhaft erstreckt sich das Trennelement in Axialrichtung und weist ein Kreuzprofil auf bzw. ist als Kreuzprofil ausgebildet.
Ein Vorteil eines Trennelements mit kreuzförmigen Profils ist, dass ein derartiges Trennelement wie eine Pumpe wirkt und im Betrieb der elektrischen Maschine das Kühlmittel ansaugen kann. Das ermöglicht eine besonders gute Versorgung mit dem Kühlmittel. Zusätzlich bietet das den Vorteil, das Leckagen an der Aufnahmeöffnung weiter reduziert werden können. Weiterhin kann ein Ausströmen des Kühlmittels durch die Auslässe verbessert werden, da durch das kreuzförmige Profil das Kühlmittel im Betrieb der elektrischen Maschine teilweise in Radialrichtung beschleunigt werden kann.
Darunter, dass das Trennelement ein kreuzförmiges Profil aufweist soll insbesondere verstanden werden, dass das Trennelement in einem gedachten Schnitt senkrecht zur Axialrichtung bzw. in einem gedachten Schnitt mit einer Radialebene kreuzförmig ausgebildet ist. Vorteilhaft ist das kreuzförmige Profil des Trennelements entlang der Axialrichtung weitgehend gleichartig ausgebildet. Darunter, dass die Hohlwelle zumindest abschnittsweise in vier Teilströmungswege entlang der Drehachse unterteilt ist soll insbesondere verstanden werden, dass sich die vier Teilströmungswege jeweils im Wesentlichen entlang der Drehachse bzw. in Axialrichtung erstrecken.
Besonders vorteilhaft ist das kreuzförmige Profil des Trennelements derart ausgebildet, dass die vier Teilströmungswege jeweils einen sich untereinander im Wesentlichen entsprechenden Teilströmungsquerschnitt aufweisen. Auf diese Weise wird der Gesamtströmungsquerschnitt der Hohlwelle durch das Trennelement geviertelt.
Eine weitere vorteilhafte Variante der elektrischen Maschine ist gegeben, wenn die Hohlwelle einen dritten Auslass zum Austritt des Kühlmittels aufweist, welcher dem ersten Auslass bezüglich der Drehachse gegenüber angeordnet ist, und dass die Hohlwelle einen vierten Auslass zum Austritt des Kühlmittels aufweist, welcher dem zweiten Auslass bezüglich der Drehachse gegenüber angeordnet ist. Das ermöglicht eine besonders gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels. Eine besonders vorteilhafte Kombination ergibt sich zusammen mit einem Trennelement, welches ein kreuzförmiges Profil aufweist, wobei jedem der vier Teilströmungswege jeweils ein Auslass zugeordnet ist.
Vorteilhaft weist die Hohlwelle wenigstens zwei, bevorzugt vier Auslässe zum Austritt des Kühlmittels aufweist, welche in einer ersten Spritzebene angeordnet sind und jeweils einem der zwei, bevorzugt vier Teilströmungswege fluidtechnisch verbunden sind. Auf diese Weise kann das Kühlmittel besonders gleichmäßig verteilt werden. Vorteilhaft kann die erste Spritzebene am ersten Wickelkopf und/oder an der ersten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet sein. Auf diese Weise kann der erste Wickelkopf und/oder die erste axiale Stirnseite des Rotors besonders gleichmäßig gekühlt werden. Vorzugsweise sind die Auslässe in der ersten Spritzebene weitgehend äquidistant entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle zueinander angeordnet. Vorteilhaft ist der erste Auslass einer der vier Auslässe der ersten Spritzebene.
Unter einer Spritzebene soll insbesondere eine gedachte Ebene verstanden werden, welche weitgehend senkrecht zur Drehachse bzw. Axialrichtung angeordnet ist und in welcher wenigstens zwei Auslässe angeordnet sind. Insbesondere kann eine Spritzebene sich in Radialrichtung bzw. in einer Radialebene erstrecken.
Vorteilhaft weist die Hohlwelle wenigstens zwei, bevorzugt vier Auslässe zum Austritt des Kühlmittels aufweist, welche in einer zweiten Spritzebene angeordnet sind und jeweils einem der zwei, bevorzugt vier Teilströmungswege fluidtechnisch verbunden sind. Auf diese Weise kann das Kühlmittel besonders gleichmäßig verteilt werden. Vorteilhaft kann die zweite Spritzebene am zweiten Wickelkopf und/oder an der zweiten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet sein. Auf diese Weise kann der zweite Wickelkopf und/oder die zweite axiale Stirnseite des Rotors besonders gleichmäßig gekühlt werden. Vorzugsweise sind die Auslässe in der zweiten Spritzebene weitgehend äquidistant entlang des äußeren Umfangs der Rotorwelle zueinander angeordnet. Vorteilhaft ist der zweite Auslass einer der vier Auslässe der zweiten Spritzebene.
Besonders vorteilhaft weist die Hohlwelle eine erste Spritzebene und eine zweite Spritzebene auf, welche entlang der Axialrichtung zueinander beabstandet sind. Auf diese Weise kann die gesamte elektrische Maschine besonders gleichmäßig gekühlt werden, insbesondere gleichmäßig auf beiden axialen Stirnseiten.
In alternativen Varianten weist die Lanze, welche zum Einführen des Kühlmittels in die Hohlwelle ausgebildet ist, welche an der Lanzenspitze den Einlass aufweist, einen Einlass auf, welcher zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Auslass angeordnet ist, bevorzugt weitgehend mittig angeordnet ist. Das stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, eine elektrische Maschine bereit zu stellen, bei welcher der erste Teilströmungsweg von zweiten Teilströmungsweg weitgehend getrennt ist. Insbesondere sind in derartigen Ausbildungen bauliche Elemente wie Trennwände nicht notwendig.
Darunter, dass der Einlass weitgehend mittig zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Auslass angeordnet ist, soll insbesondere verstanden, dass der Abstand, insbesondere axiale Abstand vom Einlass zum ersten Auslass und der Abstand, insbesondere axiale Abstand vom Einlass zum zweiten Auslass um weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 2% voneinander abweichen.
Vorteilhaft ist die Lanze innerhalb der Hohlwelle weitgehend entlang des ersten Teilströmungswegs angeordnet. Dadurch, dass die Hohlwelle im Betrieb der elektrischen Maschine um die Lanze rotiert, kann sich das vorteilhaft auf die Stabilität der ersten Teilströmung sowie auf die gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels auf mehrere fluidtechnisch mit dem ersten Teilströmungsweg verbundenen Auslässen auswirken. Auf diese Weise wird insbesondere der erste Teilströmungsquerschnitt durch die Lanze begrenzt. In vorteilhaften Varianten kann der zweite Teilströmungsquerschnitt durch ein Verengungselement verengt werden, insbesondere an den ersten Teilströmungsquerschnitt angepasst werden, vorteilhaft weitgehend angeglichen werden.
Wenn die Lanze und ein Verengungselement entlang der Axialrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind, hat das den Vorteil, dass insbesondere der Einlass und das Verengungselement zueinander beabstandet angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass eine gleichmäßige und weitgehend turbulenzfreie Aufteilung des Kühlmittels in den ersten Teilstrom und den zweiten Teilstrom möglich ist. Insbesondere ist auf diese Weise in Betrieb der elektrischen Maschine eine besonders gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels möglich.
Von Vorteil ist auch ein Getriebe mit einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Vorteilhaft weist das Getriebe ein Getriebegehäuse auf, in welchem die elektrische Maschine angeordnet ist. Vorteilhaft ist die elektrische Maschine als undichte Maschine im Motor ausgebildet, so dass das Kühlmittel, welches über die Rotorwelle zur Kühlung der elektrischen Maschine eingespritzt wird in das Getriebe zurückströmen bzw. abfließen kann. Vorteilhaft weist das Kühlmittel Schmiereigenschaften auf und ist zum Schmieren Getriebes geeignet. Beispielsweise kann das Kühlmittel ein Getriebeöl aufweisen.
Vorteilhaft weist die elektrische Maschine zwei Lagerschilde auf, welche jeweils axial stirnseitig am Stator bzw. an einem Statorgehäuse angeordnet sind. Die Lagerschilde sind zur Lagerung der Rotorwelle eingerichtet. Es ist auch denkbar, dass wenigstens an oder in einem der beiden Lagerschilde eine Steuerelektronik bzw. Leistungselektronik der elektrischen Maschine angeordnet ist. Insbesondere kann eines der beiden Lagerschilde eine Kontaktierung für Statorwicklungen aufweisen. Beispielsweise kann eines der oder beide Lagerschilde jeweils eine oder mehrere Abflussöffnungen aufweisen, welche zum Auslassen des Kühlmittels aus der elektrischen Maschine ausgebildet sind. Vorteilhaft ist die wenigstens eine Abflussöffnung am ersten Wickelkopf oder zweiten Wickelkopf angeordnet. Besonders vorteilhaft ist eine Vielzahl von Abflussöffnungen entlang des äußeren Umfangs von wenigstens einem der beiden Lagerschilde angeordnet.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der elektrischen Maschine sowie des Getriebes abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine Schnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine Detailansicht der Lanze und Aufnahmeöffnung der elektrischen Maschine aus 1,
3 eine Schnittansicht einer Variante einer elektrischen Maschine,
4 eine Detailansicht der Lanze und Aufnahmeöffnung der elektrischen Maschine aus 3,
5 eine Schnittansicht einer Variante der elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 eine schematische Darstellung der Rotorwelle der elektrischen Maschine,
7 eine Schnittansicht der Rotorwelle,
8 eine Ansicht auf die Rotorwelle mit dem Rotor der elektrischen Maschine,
9 eine Ansicht des Stators der elektrischen Maschine zusammen mit dem Rotor und der Rotorwelle,
10 eine Ansicht des Stators mit einem Lagerschild der elektrischen Maschine, sowie mit dem Rotor und der Rotorwelle,
11 eine schematische Darstellung eines Getriebes mit einer solchen elektrischen Maschine und
12 eine Schnittansicht einer Variante der Rotorwelle.

Beschreibung
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
1 zeigt eine elektrische Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 und einen Rotor 14 auf. Der Stator 12 ist als Außenstator ausgebildet und der Rotor 14 als Innenläufer, welcher innerhalb des Stators 12 angeordnet ist und im Betrieb der elektrischen Maschine 10 um eine Drehachse 16 rotiert. Die Drehachse 16 definiert eine Axialrichtung 18. Beispielhaft sind an den axialen Stirnseiten der elektrischen Maschine 10 Lagerschilde 20 angeordnet. Die elektrische Maschine weist einen ersten Lagerschild 20a und einen zweiten Lagerschild 20b auf. Die Axialrichtung 18 verläuft beispielhaft vom ersten Lagerschild 20a zum zweiten Lagerschild 20b.
Im Ausführungsbeispiel weist der Stator 12 als Erregerspulen Steckwicklungen 22 auf. Die Stechwicklungen 22 bilden an den axialen Stirnseiten des Stators 12 jeweils einen ersten Wickelkopf 24a und einen zweiten Wickelkopf 24b aus.
Der Rotor 14 ist auf einer Rotorwelle 26 angeordnet. Beispielhaft ist der Rotor 14 auf der Rotorwelle 26 aufgepresst. Im Ausführungsbeispiel weisen die Lagerschilde 20 jeweils ein Lager 56 auf. Der erste Lagerschild 20a weist ein erster Lager 56a auf. Der zweite Lagerschild 20b weist ein zweites Lager 56b auf. Die Lager 56 der Lagerschilde 20 nehmen die Rotorwelle 26 auf. Beispielhaft hat die Rotorwelle 26 einen Außendurchmesser von 30 mm.
Die Rotorwelle 26 ist als Hohlwelle 28 ausgebildet, welches zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist. Beispielhaft ist in der Hohlwelle 28 ein Trennelement 36 mit einem kreuzförmigen Profil angeordnet. Das Trennelement 36 wird weiter unten ab 6 näher erläutert. Die Hohlwelle weist vier Auslässe 40 auf, von denen zwei in der Schnittdarstellung in 1 zu erkennen sind.
Im Ausführungsbeispiel ist das Kühlmittel ein Öl. Die elektrische Maschine 10 weist beispielhaft eine Lanze 30 auf, welche zum Einspritzen des Kühlmittels in das Innere der Rotorwelle 26 ausgebildet ist. Die Rotorwelle 26 weist im Ausführungsbeispiel an einem axialen Ende der Rotorwelle, welches am ersten Lagerschild 24a angeordnet ist, eine Aufnahmeöffnung 32 auf. Die Aufnahmeöffnung 32 ist zur Aufnahme einer Austrittsöffnung der Lanze 30 vorgesehen, aus welcher das Kühlmittel in die Rotorwelle 26 zuführbar ist. Die Lanze 30 weist an ihrer axialen Lanzenspitze eine Öffnung zum Auslassen des Kühlmittels auf, welche den Einlass 34 ausbildet.
An der Aufnahmeöffnung 32 ist ein Dichtelement 58 angeordnet. Beispielhaft ist das Dichtelement 58 als eine Labyrinthdichtung 60 ausgebildet.
2 zeigt eine Detailansicht mit einer genaueren Ansicht auf die Labyrinthdichtung 60. Beispielhaft hat die Lanze 30 einen äußeren Lanzendurchmesser 62 von 10 mm. Der innere, hohle Abschnitt bzw. Bereich der Rotorwelle 26 bzw. Hohlwelle 28 hat beispielhaft zwei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern. Ein Hauptbereich hat einen inneren Hauptdurchmesser 64 von 13 mm. Ein Eingangsbereich hat einen Innendurchmesser 66 von 11 mm. Der Eingangsbereich erstreckt sich beispielhaft von der Aufnahmeöffnung 32 bis zum Einlass 34. Der Hauptbereich ist stromabwärts vom Einlass 34 aus angeordnet bzw. in Axialrichtung 18 vom Einlass 34 aus. Das Trennelement 36 erstreckt sich weitgehend im Hauptbereich. Die Lanze 30 erstreckt sich im Wesentlichen entlang des Eingangsbereich. Damit besteht im Eingangsbereich zwischen der Lanze 30 und der Hohlwelle 28 ein konzentrischer Strömungskanal mit einem Gesamtdurchmesser mit einer radialen Erstreckung von insgesamt 1 mm, durch welchen eine Leckage des Kühlmittels möglich ist.
Die Labyrinthdichtung 60 wird durch ein erstes Teilelement 68 und ein zweites Teilelement 70 ausgebildet, welche ineinandergreifen. Beispielhaft ist das zweite Teilelement 70 als ein Kragen ausgebildet, welcher sich aus der Rotorwelle 26 ausgehend von der axialen Stirnseite der Rotorwelle 26, an welcher die Aufnahmeöffnung 32 angeordnet ist, gegen die Axialrichtung 18 erstreckt. Beispielhaft ist das zweite Teilelement weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildet und rotationssymmetrisch zur Drehachse 16 angeordnet.
Das erste Teilelement 68 ist an der Lanze 30 angeordnet. Das erste Teilelement 68 ist weitgehend topfförmig ausgebildet und umgreift das zweite Teilelement 70 entlang des Umfangs. Beispielhaft weist das erste Teilelement 68 einen Topfgrund 68a auf, welcher sich in einer Radialebene erstreckt und weitgehend scheibenförmig ausgebildet ist. Aus dem Topfgrund 68 heraus erstreckt sich in Axialrichtung 18 eine Topfwand 68b. Die Topfwand 68b ist beispielhaft hohlzylinderförmig ausgebildet und rotationssymmetrisch zur Drehachse 16 angeordnet. Die Topfwand 68b umschließt abschnittsweise das zweite Teilelement 70 entlang seines Umfangs. Auf diese Weise greift insbesondere das zweite Teilelement 70 in das topfförmige erste Teilelement 68 ein. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten Teilelement 68 und dem zweiten Teilelement 70 ein labyrinthartiger bzw. mäanderförmiger Strömungsweg ausgebildet.
3 zeigt eine alternative Variante der elektrischen Maschine 10. Die in 3 abgebildete Variante ist der in 1 gezeigten sehr ähnlich, sie unterscheidet sich im Wesentlichen durch einen anderen Innendurchmesser 66 der Hohlwelle 28, durch eine Gleitringdichtung 72 und durch eine Einführschräge 74.
4 zeigt eine Detailansicht der elektrischen Maschine 10 aus 10 zur besseren Verdeutlichung der Gleitringdichtung 72 und der Einführschräge 74. Im in 4 gezeigten Beispiel ist zwischen der Hohlwelle 28 und der Lanze 30 eine Gleitringdichtung 72 angeordnet, welche eine Dichtelement 58 darstellt. Beispielhaft ist die Gleitringdichtung 72 unmittelbar am Einlass 34 bzw. an der axialen Lanzenspitze der Lanze 30 angeordnet. Innerhalb der Hohlwelle 28 ist die Gleitringdichtung 72 beispielhaft im Eingangsbereich angeordnet, unmittelbar an den Hauptbereich angrenzend. In der in 4 abgebildeten Variante ist keine Labyrinthdichtung 60 abgebildet. In vorteilhaften Varianten ist die Verwendung einer Labyrinthdichtung 60 und einer Gleitringdichtung 72 denkbar. Auf diese Weise kann eine besonders gute Abdichtung der Aufnahmeöffnung 32 möglich.
In der in 4 gezeigten Variante ist an der Aufnahmeöffnung 32 eine Einführschräge 74 angeordnet. Die Einführschräge 74 ist in der gezeigten Ausführung beispielhaft konusförmig ausgebildet. Beispielhaft reduziert sich der Innendurchmesser 66 von einem ersten Innendurchmesser 66a von 12.0 mm auf einen zweiten Innendurchmesser 66b von 10.5 mm. Der äußere Lanzendurchmesser 62 beträgt 10.0 mm. Beispielhaft ist der erste Innendurchmesser 66a unmittelbar an der Aufnahmeöffnung 32 angeordnet. Der zweite Innendurchmesser 66b ist im inneren Bereich der Hohlwelle 28 beispielhaft im Eingangsbereich angeordnet. Insbesondere ist der zweite Innendurchmesser 66b der kleinste Innendurchmesser 66 der Hohlwelle 28. Im Ausführungsbeispiel von 4 ist der zweite Innendurchmesser 66b an der Gleitringdichtung 72 angeordnet.
Die Rotorwelle weist beispielhaft im Eingangsbereich einen ersten Außendurchmesser von 22 mm auf. Die Rotorwelle weist beispielhaft im Hauptbereich einen zweiten Außendurchmesser von 33 mm auf. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Stärke der Einfuhrschräge 74, also die halbe Differenz aus ersten Innendurchmesser 66a und zweiten Innendurchmesser 66b 0.75 mm. Die Stärke der Hohlwelle an der Aufnahmeöffnung, also die halbe Differenz aus dem Innendurchmesser 66 an der Aufnahmeöffnung 32 bzw. dem zweiten Innendurchmesser 66b und dem Außendurchmesser der Rotorwelle 26 an der Aufnahmeöffnung 32 bzw. dem zweiten Außendurchmesser der Rotorwelle 26 beträgt im Ausführungsbeispiel 5.75 mm. In vorteilhaften Varianten beträgt die Stärke der Einfuhrschräge zwischen 5% und 50%, bevorzugt zwischen 10% und 40%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 30% der Stärkte der Hohlwelle an der Aufnahmeöffnung 32.
Beispielhaft erstreckt sich die Einfuhrschräge 74 in Axialrichtung 18 über 12 mm. In Vorteilhaften Varianten beträgt die Längserstreckung der Einfuhrschräge 74 in Axialrichtung 18 zwischen 50% und 150%, bevorzugt zwischen 70% und 130%, besonders bevorzugt zwischen 90% und 110% des äußeren Lanzendurchmessers 62.
Besonders vorteilhaft ist die in 4 gezeigte Kombination aus einer Einfuhrschräge 74 und einer Gleitringdichtung 72, denn eine Gleitringdichtung 72 erfordert eine genaue Passung der Gleitringdichtung 72, also einem Außendurchmesser der Lanze 30 an der Gleitringdichtung 72, welcher weitgehend dem Innendurchmesser 66 der Hohlwelle 28 an der Gleitringdichtung 72 entspricht, so dass die Montage einer entsprechenden Lanze 30 durch eine Einfuhrschräge 74 erheblich vereinfacht werden kann.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der elektrische Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 und einen Rotor 14 auf. Der Stator 12 ist als Außenstator ausgebildet und der Rotor 14 als Innenläufer, welcher innerhalb des Stators 12 angeordnet ist und im Betrieb der elektrischen Maschine 10 um eine Drehachse 16 rotiert. Die Drehachse 16 definiert eine Axialrichtung 18. Beispielhaft sind an den axialen Stirnseiten der elektrischen Maschine 10 Lagerschilde 20 angeordnet. Die elektrische Maschine weist einen ersten Lagerschild 20a und einen zweiten Lagerschild 20b auf. Die Axialrichtung 18 verläuft beispielhaft vom ersten Lagerschild 20a zum zweiten Lagerschild 20b.
Im Ausführungsbeispiel weist der Stator 12 als Erregerspulen Steckwicklungen 22 auf. Die Stechwicklungen 22 bilden an den axialen Stirnseiten des Stators 12 jeweils einen ersten Wickelkopf 24a und einen zweiten Wickelkopf 24b aus.
Der Rotor 14 ist auf einer Rotorwelle 26 angeordnet. Beispielhaft ist der Rotor 14 auf der Rotorwelle 26 aufgepresst. Im Ausführungsbeispiel weisen die Lagerschilde 20 jeweils ein Lager auf. Die Lager der Lagerschilde 20 nehmen die Rotorwelle 26 auf. Beispielhaft hat die Rotorwelle 26 einen Außendurchmesser von 30 mm. In Weiterbildungen ist es denkbar, dass die Rotorwelle 26 einen Außendurchmesser zwischen 10 mm und 70 mm, bevorzugt zwischen 20 mm und 60 mm, besonders bevorzugt zwischen 40 mm und 50 mm. In weiteren Ausführungsbeispielen richtet sich der Außendurchmesser der Rotorwelle 26 nach den technischen Anforderungen an die elektrische Maschine 10, insbesondere einer Anforderung an das maximale Drehmoment.
Die Rotorwelle 26 ist als Hohlwelle 28 ausgebildet, welches zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist. Der innere, hohle Abschnitt bzw. Bereich der Rotorwelle 26 bzw. Hohlwelle 28 hat beispielhaft einen Innendurchmesser von 14 mm. In vorteilhaften Varianten beträgt der Innendurchmesser der Hohlwelle 28 50% von Außendurchmesser der Hohlwelle 28 bzw. Rotorwelle 26. In Weiterbildungen ist es denkbar, dass die Hohlwelle 28 einen Innendurchmesser aufweist, welcher zwischen 30% und 70%, bevorzugt zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55% des Außendurchmessers der Hohlwelle 28 beträgt. In weiteren Varianten richtet sich der Innendurchmesser der Hohlwelle 28 nach den technischen Anforderungen an die elektrischem Maschine 10. Beispielsweise kann durch die Auswahl des Innendurchmessers der Hohlwelle 28 das Trägheitsmoment der Rotorwelle 26 bzw. Hohlwelle 28 angepasst werden. Der Wert des Innendurchmessers der Hohlwelle 28 bestimmt auch einen maximal möglichen Fluss des Kühlmittels. Insbesondere begrenzt der Wert des Innendurchmessers der Hohlwelle 28 eine maximale Kühlleistung.
Im Ausführungsbeispiel ist das Kühlmittel ein Öl. Die elektrische Maschine 10 weist beispielhaft eine Lanze 30 auf, welche zum Einspritzen des Kühlmittels in das Innere der Rotorwelle 26 ausgebildet ist. Die Rotorwelle 26 weist im Ausführungsbeispiel an einem axialen Ende der Rotorwelle, welches am ersten Lagerschild 24a angeordnet ist, eine Aufnahmeöffnung 32 auf. Die Aufnahmeöffnung 32 ist zur Aufnahme einer Austrittsöffnung der Lanze 30 vorgesehen, aus welcher das Kühlmittel in die Rotorwelle 26 zuführbar ist. Die Aufnahmeöffnung 32 bildet insbesondere einen Einlass 34 der Hohlwelle 28.
Beispielhaft hat die Lanze 30 einen Lanzendurchmesser von 10 mm. Vorteilhaft weist die Lanze 30 einen Lanzendurchmesser auf, welcher zwischen 50% und 95%, bevorzugt zwischen 60% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 70% und 80% des Innendurchmessers der Hohlwelle 28 beträgt.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Rotorwelle 26 mit einem innerhalb der Hohlwelle 28 angeordneten Trennelement 36. Zur besseren Illustration des Trennelement 36 ist die Rotorwelle 26 durchsichtig dargestellt. Beispielhaft weist das Trennelement 36 ein kreuzförmiges Profil auf und unterteilt die Hohlwelle 34 in vier Teilströmungswege 38. Ein erster Teilströmungsweg 38a verbindet den Einlass 34 fluidtechnisch mit einem ersten Auslass 40a. Ein zweiter Teilströmungsweg 38b verbindet den Einlass 34 fluidtechnisch mit einem zweiten Auslass 40b. Ein dritter Teilströmungsweg 38c verbindet den Einlass 34 fluidtechnisch mit einem dritten Auslass 40c. Ein vierter Teilströmungsweg 38d verbindet den Einlass 34 fluidtechnisch mit einem vierten Auslass 40d. In 6 sind der dritte Auslass 40c und der vierte Auslass 40d auf einer vom Betrachter abgewandten Seite der Rotorwelle 26 angeordnet und gestrichelt eingezeichnet.
Im Ausführungsbeispiel sind die Auslässe 40 jeweils als Querbohrungen ausgebildet. Beispielhaft weisen die Auslässe 40 jeweils einen Öffnungsdurchmesser bzw. Öffnungsquerschnitt von 4 mm auf. In alternativen Ausbildungen können der Öffnungsdurchmesser bzw. Öffnungsquerschnitt eines Auslasses 40 zwischen 1 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 2°mm und 8 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 6 mm betragen. Die Größe des Öffnungsdurchmessers bzw. Öffnungsquerschnitts eines Auslasses 40 richtet sich nach den technischen Anforderungen an die elektrische Maschine, insbesondere nach der benötigten Kühlleistung am jeweiligen Auslass 40.
Im Ausführungsbeispiel weist die Hohlwelle 28 einen Gesamtströmungsquerschnitt auf, welcher kreisförmig ausgebildet ist. Beispielhaft weist jeder der vier Teilströmungswege 38 einen Teilströmungsquerschnitt auf, welcher weitgehend einem viertel Kreisausschnitt bzw. einem viertel Kreissektor entspricht. Auf diese Weise weist jeder der Teilströmungswege 38 einen Teilströmungsquerschnitt auf, welcher im Wesentlichen dem Teilströmungsquerschnitt von jeweils jedem Teilströmungsquerschnitt der anderen Teilströmungswege 38 entspricht. Insbesondere weist der erste Teilströmungsweg 38a einen ersten Teilströmungsquerschnitt auf, welcher einem zweiten Teilströmungsquerschnitt des zweiten Teilströmungswegs 38b entspricht.
Beispielhaft weist das Trennelement 36 ein erstes Rückhalteelement 42a auf. Das erste Rückhalteelement 42a ist derart ausgebildet, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 10 das Weiterströmen eines ersten Teilstroms des Kühlmittels durch den ersten Teilströmungsweg 38a verhindert wird. Das Trennelement 36 ist beispielhaft einstückig mit dem ersten Rückhalteelement 42a ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich das erste Rückhalteelement 42a in einer Radialebene senkrecht zur Axialrichtung 18. Das erste Rückhalteelement 42a ist beispielhaft im Wesentlichen eben ausgebildet und erstreckt sich in der Form eines Viertels eines Kreisausschnitts bzw. eines Viertels eines Kreissektors. Auf diese Weise verschließt bzw. überdeckt das erste Rückhalteelement 42a weitgehend vollständig den ersten Teilströmungsquerschnitt des ersten Teilströmungswegs 38a. Insbesondere ist das erste Rückhalteelement 42a weitgehend undurchlässig für ein Weiterströmen des Kühlmittels in Axialrichtung 18. Das erste Rückhalteelement 42a ist am ersten Auslass 40a angeordnet und stromabwärts vom ersten Auslass 40a angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 10 das durch den ersten Teilströmungsweg 38a strömende Kühlmittel durch den ersten Auslass 40a ausgespritzt wird und insbesondere nicht weiter in Axialrichtung 18 am ersten Auslass 40a vorbei in der Hohlwelle 28 weiterströmt.
Im Ausführungsbeispiel weist das Trennelement ein zweites Rückhalteelement 42b auf. Das zweite Rückhalteelement 42b ist derart ausgebildet, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 10 das Weiterströmen eines zweiten Teilstroms des Kühlmittels durch den zweiten Teilströmungsweg 38b verhindert wird. Das zweite Rückhalteelement 42b ist im Wesentlichen strukturell gleichartig wie das erste Rückhalteelement 42a ausgebildet. Das Trennelement 36 ist beispielsweise einstückig mit dem zweiten Rückhalteelement 42b ausgebildet. Wie das erste Rückhalteelement 42 erstreckt sich beispielhaft auch das zweite Rückhalteelement 42b in einer Radialebene senkrecht zur Axialrichtung 18 und ist im Wesentlichen eben ausgebildet und erstreckt sich in der Form eines Viertels eines Kreisausschnitts bzw. eines Viertels eines Kreissektors. Das zweite Rückhalteelement 42b ist am zweiten Auslass 40b angeordnet und stromabwärts vom zweiten Auslass 40b angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 10 das durch den zweiten Teilströmungsweg 38b strömende Kühlmittel durch den zweiten Auslass 40b ausgespritzt wird und insbesondere nicht weiter in Axialrichtung 18 am zweiten Auslass 40b vorbei in der Hohlwelle 28 weiterströmt. In einer alternativen Variante ist es denkbar, dass der hohle Abschnitt bzw. Bereich der Hohlwelle 28 stromabwärts nach dem zweiten Auslass 40b endet, so dass ein Weiterströmen des Kühlmittels in Axialrichtung 18 nicht möglich ist.
Die schematische Darstellung der Hohlwelle 28 in 6 dient der Illustration des Aufbaus und ist nicht maßstabgerecht. 7 zeigt eine maßstabgerechte Darstellung, in welcher ein Schnitt durch die Hohlwelle 28 entlang der Drehachse 16 abgebildet ist. Der Schnitt in 7 geht mitten durch den ersten Auslass 40a. Der zweite Auslass 40b wäre in einer vollständigen Darstellung der Rotorwelle 26 bzw. Hohlwelle 28 in 7 auf den Betrachter gerichtet und ist daher in der Schnittdarstellung nicht sichtbar.
Im Ausführungsbeispiel ist der dritte Auslass 40c dem ersten Auslass 40a bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere ist der erste Teilströmungsweg 38a dem dritten Teilströmungsweg 38c bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend angeordnet. Beispielhaft ist eine Auslassachse bzw. Auslassrichtung des ersten Auslasses 40a parallel zu einer Auslassachse bzw. Auslassrichtung des dritten Auslasses 40c angeordnet. Insbesondere fluchtet der erste Auslass 40a mit dem dritten Auslass 40c. Beispielhaft definieren der erste Auslass 40a und der dritte Auslass 40c eine gedachte erste Spritzebene 44a, welche sich weitgehend in Radialrichtung bzw. in einer Radialebene erstreckt. In 7 ist die Position der erste Spritzebene 44a bezüglich der Drehachse 16 mit einer gestrichelten Linie angedeutet, welche sich in der Spritzebene 44a erstreckt.
Im Ausführungsbeispiel ist der vierte Auslass 40d dem zweiten Auslass 40b bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend angeordnet, siehe 6. Insbesondere ist der zweite Teilströmungsweg 38b dem vierten Teilströmungsweg 38d bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend angeordnet. Beispielhaft ist eine Auslassachse bzw. Auslassrichtung des zweiten Auslasses 40b parallel zu einer Auslassachse bzw. Auslassrichtung des vierten Auslasses 40d angeordnet. Insbesondere fluchtet der zweite Auslass 40b mit dem vierten Auslass 40d. Beispielhaft definieren der zweite Auslass 40b und der vierte Auslass 40d eine gedachte zweite Spritzebene 44b, welche sich weitgehend in Radialrichtung bzw. in einer Radialebene erstreckt. In 7 sind der zweite Auslass 40b und der vierte Auslass 40d nicht sichtbar, aber die Position der zweiten Spritzebene 44b bezüglich der Drehachse 16 mit einer gestrichelten Linie angedeutet, welche sich in der Spritzebene 44b erstreckt.
Beispielhaft weist das Trennelement 36 die in 7 abgebildete Ausführungsform Stabilisierungselemente 46 auf. In dieser Ausführungsform sind die Stabilisierungselement 46 in nicht durchströmten Abschnitten der Hohlwelle 28 angeordnet. Beispielhaft sind die Stabilisierungselemente 46 in den Bereichen angeordnet, welche eine Stromabwärts des ersten Teilströmungsweg 38a oder des dritten Teilströmungswegs 38c in Axialrichtung 18 angeordnet sind. Insbesondere sind die Bereiche mit den Stabilisierungselementen 46 durch das erste Rückhalteelement 42a vom ersten Teilströmungsweg 38a oder durch ein drittes Rückhalteelement 42c vom dritten Teilströmungsweg 38c fluidtechnisch getrennt. Beispielhaft sind die Rückhalteelemente 46 gleichartig wie die Rückhalteelemente 42 des Ausführungsbeispiels ausgebildet. Auf diese Weise wird das Trennelement 36 stabilisiert, insbesondere gegenüber einer Torsion oder Verwindung. Es ist auch denkbar, dass ein Rückhalteelement 46 derart ausgebildet ist, dass es einen Teilströmungsweg nicht behindert bzw. im Betrieb der elektrischen Maschine 10 durchlässig für das Kühlmittel ausgebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel ist der erste Auslass 40a an einer ersten axialen Stirnseite 48a des Rotors 14 angeordnet, siehe 8. Beispielhaft ist auch der dritte Auslass 40c an der ersten axialen Stirnseite 48a des Rotors 14 angeordnet. Insbesondere ist die erste Spritzebene 44a an der ersten axialen Stirnseite 48a des Rotors 14 angeordnet. Vorteilhaft ist der zweite Auslass 40b an einer zweiten axialen Stirnseite 48b des Rotors 14 angeordnet. Beispielhaft ist der vierte Auslass 40d an der zweiten axialen Stirnseite 48b des Rotors 14 angeordnet, siehe 8. Insbesondere ist die zweite Spritzebene 44b an der zweiten axialen Stirnseite 48b des Rotors 14 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel ist der erste Auslass 40a am ersten Wickelkopf 24a des Stators 12 angeordnet, siehe 9. Beispielhaft ist der dritte Auslass 40c am ersten Wickelkopf 24a des Stators 12 angeordnet. Insbesondere ist die erste Spritzebene 44a am ersten Wickelkopf 24a angeordnet. Vorteilhaft liegt der erste Wickelkopf 24a in der ersten Spritzebene 44a. Das ermöglicht eine besonders gute und zielgerichtete Kühlung des ersten Wickelkopfs 24a.
Weiterhin ist im Ausführungsbeispiel der zweite Auslass 40b am zweiten Wickelkopf 24b des Stators 12 angeordnet. Beispielhaft ist auch der vierte Auslass 40d am zweiten Wickelkopf 24b des Stators 12 angeordnet. Insbesondere ist die zweite Spritzebene 44b am zweiten Wickelkopf 24b angeordnet. Vorteilhaft liegt der zweite Wickelkopf 24b innerhalb der zweiten Spritzebene 44b. Das hat den Vorteil, dass eine gute und lokalisierte Kühlung des zweiten Wickelkopfs 24b bereitstellbar ist.
10 zeigt den Stator 12 und Rotor 14 mit dem montierten zweiten Lagerschild 20b. Beispielhaft weist der zweite Lagerschild 20b mehrere, entlang seines äußeren Umfangs angeordnete Abflussöffnungen 50 auf. Die Abflussöffnungen 50 sind am zweiten Wickelkopf 24b angeordnet. Insbesondere sind die Abflussöffnungen 50 in der zweiten Spritzebene 44b angeordnet. Auf diese Weise ist insbesondere das aus dem zweiten Auslass 40b spritzende Kühlmittel aus der elektrischen Maschine 10 ableitbar. Vorteilhaft weist der erste Lagerschild 20a eine Mehrzahl an Abflussöffnungen 50 auf, insbesondere in der ersten Spritzebene 44a angeordnete Abflussöffnungen 50.
11 zeigt schematisch ein Getriebe 52 mit der elektrischen Maschine 10. Das Getriebe 52 weist ein Getriebegehäuse, in welchem die elektrische Maschine 10 angeordnet ist. Die elektrische Maschine 10 weist eine Ausgangswelle auf, welche zur Krafteinkopplung bzw. Drehmomenteinkopplung in das Getriebe 52 vorgesehen ist. Vorteilhaft ist die Ausgangswelle der elektrischen Maschine 10 mit Wellen des Getriebes 52 gekoppelt. Im Betrieb des Getriebes 52 wird das Kühlmittel über die Lanze 30 in den Einlass 34 eingeleitet. Im Betrieb der elektrischen Maschine 10 wirkt durch die Rotation des Rotors 14 eine Zentrifugalkraft auf das Kühlmittel, durch welche das Kühlmittel durch die Auslässe 40 gespritzt wird. Das in der elektrischen Maschine 10 verspritzte Kühlmittel kann durch die Abflussöffnungen 50 aus der elektrischen Maschine 10 in das Getriebe 52 bzw. Getriebegehäuse abfließen. Im Getriebe 52 kann das Kühlmittel das Getriebe 52 kühlen und/oder schmieren, insbesondere ein Kühlmittel, welches Öl aufweist. Das Getriebe 52 bzw. Getriebegehäuse kann ein Auffangmittel aufweisen, welches dafür eingerichtet ist, das im Getriebe 52 strömende Kühlmittel aufzufangen. Das Getriebe 52 bzw. Getriebegehäuse kann ein Kühlmitteltransportsystem aufweisen, welches dafür eingerichtet ist, das durch das Auffangmittel aufgenommene bzw. aufgefangene Kühlmittel zurück zur Lanze 30 zu transportieren. Insbesondere kann das Kühlmitteltransportsystem dafür eingerichtet sein, das Kühlmittel zu kühlen und/oder zu reinigen, insbesondere von Sand. Auf diese Weise kann insbesondere ein Kühlmittelkreislauf durch die elektrische Maschine 10 und/oder das Getriebe 52 bereitgestellt werden.
In 12 ist eine Variante mit einem Trennelement 36 mit kreuzförmigen Profil gezeigt. Die in 12 gezeigte Variante ist eine vorteilhafte Weiterbildung der in den 7 abgebildeten Ausführungsform. Der in 12 gezeigten Variante fehlen gegenüber der Ausbildungsform aus 7 die Rückhalteelemente 42 und die Stabilisierungselemente 46. In der in 12 vorliegenden Weiterbildung sind beispielhaft in der ersten Spritzebene 44a und der zweiten Spritzebene 44b jeweils vier Auslässe 40 angeordnet. Insbesondere ist jeder der vier Teilströmungswege 38a, 38b, 38c, 38d jeweils mit genau zwei Auslässen 40 fluidtechnisch verbunden, von denen einer in der ersten Spritzebene 44a angeordnet ist und der andere in der zweiten Spritzebene 44b angeordnet ist.
12A zeigt einen Schnitt durch die Rotorwelle 26 entlang der Drehachse 16. Wie deutlich zu erkennen ist, erstreckt sich das Trennelement 36 weitgehend vollständig entlang der Hohlwelle 28.
12B zeigt einen Schnitt durch die erste Spritzebene 44a bzw. entlang der Linie XII B-XII B in 12A. In der ersten Spritzebene 44a ist der erste Auslass 40a und der dritte Auslass 40c angeordnet. In der ersten Spritzebene 44a ist ein fünfter Auslass 40e angeordnet. Der fünfte Auslass 40e ist fluidtechnisch mit dem zweiten Teilströmungsweg 38b verbunden. In der ersten Spritzebene 44a ist ein sechster Auslass 40f angeordnet. Der sechste Auslass 40f ist fluidtechnisch mit dem vierten Teilströmungsweg 38d verbunden. Beispielhaft ist der fünfte Auslass 40e dem sechsten Auslass 40f bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend angeordnet. Vorteilhaft ist eine Auslassachse bzw. Auslassrichtung des sechsten Auslasses 40f parallel zu einer Auslassachse bzw. Auslassrichtung des fünften Auslasses 40e angeordnet. Insbesondere fluchtet der fünfte Auslass 40e mit dem sechsten Auslass 40f. Beispielhaft sind der erste Auslass 40a, der dritte Auslass 40c, der fünfte Auslass 40e und der sechste Auslass 40f weitgehend äquidistant entlang des Außenumfangs der Rotorwelle angeordnet. Insbesondere spannen jeweils zwei zueinander in Umfangsrichtung benachbarte Auslässe bzw. Ihre Auslassachsen einen weitgehend rechten Winkel auf.
12C zeigt einen Schnitt durch die zweite Spritzebene 44b bzw. entlang der Linie XII C-XII C in 12A. In der zweiten Spritzebene 44b ist der zweite Auslass 40b und der vierte Auslass 40d angeordnet. In der zweiten Spritzebene 44ba ist ein siebter Auslass 40g angeordnet. Der siebte Auslass 40g ist fluidtechnisch mit dem dritten Teilströmungsweg 38c verbunden. In der zweiten Spritzebene 44b ist ein achter Auslass 40h angeordnet. Der achte Auslass 40h ist fluidtechnisch mit dem ersten Teilströmungsweg 38a verbunden. Beispielhaft ist der siebte Auslass 40g dem achten Auslass 40h bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend angeordnet. Vorteilhaft ist eine Auslassachse bzw. Auslassrichtung des siebten Auslasses 40g parallel zu einer Auslassachse bzw. Auslassrichtung des achten Auslasses 40h angeordnet. Insbesondere fluchtet der siebte Auslass 40he mit dem achten Auslass 40h. Beispielhaft sind der zweite Auslass 40b, der vierte Auslass 40d, der siebte Auslass 40g und der achte Auslass 40h weitgehend äquidistant entlang des Außenumfangs der Rotorwelle angeordnet. Insbesondere spannen jeweils zwei zueinander in Umfangsrichtung benachbarte Auslässe bzw. Ihre Auslassachsen einen weitgehend rechten Winkel auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015223073 A1 [0002]

Claims

Elektrische Maschine (10), aufweisend einen Stator (12) und einen Rotor (14), wobei der Rotor (14) um eine Drehachse (16) drehbar gelagert ist und auf einer Rotorwelle (26) angeordnet ist, wobei die Rotorwelle (26) zumindest abschnittsweise als Hohlwelle (28) ausgebildet ist, wobei die Hohlwelle (28) zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist, und die Hohlwelle (28) eine Aufnahmeöffnung (32) zur Aufnahme einer Lanze (30), aus welcher das Kühlmittel über einen Einlass (34) in die Rotorwelle (26) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufnahmeöffnung (32) und/oder am Einlass (34) wenigstens ein Dichtelement (58) für das Kühlmittel angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lanze (30) ein erstes Teilelement (68) angeordnet ist und an der Aufnahmeöffnung (32) ein zweites Teilelement (70) angeordnet ist, wobei das erste Teilelement (68) und das zweite Teilelement (70) ineinandergreifen und zusammen eine Labyrinthdichtung (60) ausbilden.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 2, wobei das zweite Teilelement (70) einen sich aus der Rotorwelle (26) in einer Axialrichtung (18) erstreckenden Kragen () aufweist und das erste Teilelement (68) weitgehend topfförmig ausgebildet ist und das zweite Teilelement (70) in Umfangsrichtung umgreift.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hohlwelle (28) und der Lanze (30) eine Gleitringdichtung (72) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufnahmeöffnung (32) eine Einführschräge (74) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführschräge (74) konusförmig ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) einen ersten Auslass (40a) und einen zweiten Auslass (40b) zum Austritt des Kühlmittels aufweist, wobei der erste Auslass (40a) und der zweite Auslass (40b) entlang einer Axialrichtung (18) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmittel innerhalb der Hohlwelle (28) zumindest einen ersten Teilströmungsweg (38a) und einen zweiten Teilströmungsweg (38b) durchströmt, wobei der erste Teilströmungsweg (38a) den Einlass (34) mit dem ersten Auslass (40a) fluidtechnisch verbindet und der zweite Teilströmungsweg (48b) den Einlass (34) mit dem zweiten Auslass (40b) fluidtechnisch verbindet.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hohlwelle (28) ein Trennelement (36) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, die Hohlwelle (28) in zumindest den ersten Teilströmungsweg (38a) und den zweiten Teilströmungsweg (38b) aufzuteilen.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilströmungsweg (38a) einen ersten Teilströmungsquerschnitt aufweist und der zweite Teilströmungsweg (38b) einen zweiten Teilströmungsquerschnitt aufweist, wobei der erste Teilströmungsquerschnitt im Wesentlichen dem zweiten Teilströmungsquerschnitt entspricht.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auslass (40a) an einer ersten axialen Stirnseite (48a) des Rotors (14) angeordnet ist und/oder der zweite Auslass (40b) an einer zweiten axialen Stirnseite (48b) des Rotors (14) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auslass (40a) an einem ersten Wickelkopf (24a) des Stators (12) angeordnet ist und/oder der zweite Auslass (40b) an einem zweiten Wickelkopf (24b) des Stators (12) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (36) ein Rückhalteelement (42) aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es ein Weiterströmen eines Teilstroms des Kühlmittels in Axialrichtung (18) mindert.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (36) ein kreuzförmiges Profil aufweist und die Hohlwelle (28) zumindest abschnittsweise in vier Teilströmungswege (38, 38a, 38b, 38c, 38d) entlang der Drehachse (16) unterteilt.
Getriebe (52) mit einer elektrischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.