DE102021204200A1

DE102021204200A1 - Hollow inner shaft for a rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE102021204200A1
Application number: DE102021204200.7A
Authority: DE
Inventors: Patrick Altherr; Mario Mohler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hohle Innenwelle (4) für einen Rotor (4) einer elektrischen Maschine (2), an der zumindest eine mantelseitige Öffnung (9) und zumindest ein Strömungsleitelement (11) angeordnet sind, über welches eine Umlenkung eines durch die hohle Innenwelle (4) und die mantelseitige Öffnung (9) strömenden Fluidstroms möglich ist.Hierdurch kann eine kostengünstige Rotorinnenkühlung verwirklicht werden.The invention relates to a hollow inner shaft (4) for a rotor (4) of an electrical machine (2), on which at least one opening (9) on the shell side and at least one flow guide element (11) are arranged, via which a deflection of a flow through the hollow inner shaft (4) and the shell-side opening (9) of fluid flow is possible.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hohle Innenwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer solchen hohlen Innenwelle sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor.The present invention relates to a hollow inner shaft for a rotor of an electrical machine. The invention also relates to a rotor for an electrical machine with such a hollow inner shaft and an electrical machine with such a rotor.

Aus der DE 10 2018 221 569 A1 ist ein Rotor für eine elektrische Maschine bekannt, umfassend eine Rotorwelle mit einem Rotorpaket, wobei die Rotorwelle mindestens abschnittsweise als Hohlwelle mit einer Innenwandung ausgestaltet ist und wobei eine Fluidlanze zur Rotorinnenkühlung in die Hohlwelle eingebracht ist. Die Innenwandung der Hohlwelle ist dabei mit einem Aufprallhügel ausgestattet, um eine Verteilung des Kühlfluids zu verbessern.From the DE 10 2018 221 569 A1 a rotor for an electrical machine is known, comprising a rotor shaft with a rotor stack, the rotor shaft being designed at least in sections as a hollow shaft with an inner wall, and a fluid lance for internal rotor cooling being introduced into the hollow shaft. The inner wall of the hollow shaft is equipped with an impact hill in order to improve distribution of the cooling fluid.

Moderne Elektromotoren bzw. generell moderne elektrische Maschinen, müssen aufgrund ihrer hohen Drehzahlen bzw. Leistung gezielt und zugleich kostengünstig gekühlt werden, wozu beispielsweise auch bereits Rotorinnenkühlungen bekannt sind. Eine derartige Rotorinnenkühlung ist jedoch vergleichsweise aufwendig und damit teuer.Modern electric motors or modern electric machines in general must be cooled in a targeted and at the same time cost-effective manner due to their high speeds or power, for which purpose internal rotor cooling systems are already known, for example. However, such internal rotor cooling is comparatively complex and therefore expensive.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine hohle Innenwelle für einen Rotor anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying a hollow inner shaft for a rotor which, in particular, overcomes the disadvantages known from the prior art.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of independent claim 1 . Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine hohle Innenwelle in einer Rotorwelle eines Rotors einer elektrischen Maschine einzusetzen und über diese hohle Innenwelle Kühlmedium, beispielsweise Öl, in einen Hohlraum zwischen der hohlen Innenwelle und der hohlen Rotorwelle zu spritzen und dadurch den Rotor bzw. die elektrische Maschine zu kühlen. Eine Förderung des Kühlmediums aus der hohlen Innenwelle heraus erfolgt dabei über Zentrifugalkräfte, da die hohle Innenwelle drehfest mit der Rotorwelle der elektrischen Maschine verbunden ist. Um darüber hinaus auch eine Umlenkung in Axialrichtung und damit eine gleichmäßige und verbesserte Kühlung der Rotorwelle und des Rotors der elektrischen Maschine bewirken zu können, ist zumindest ein Strömungsleitelement vorgesehen, welches je nach Ausführungsform sogar eine Strömungsumkehr ermöglicht. In Bezug auf beispielsweise an einer Innenmantelfläche der Rotorwelle angeordnete Umlenkelemente, wie beispielsweise ein aus der DE 10 2018 221 569 A1 bekannter Aufprallhügel, ermöglicht die hohle Innenwelle eine deutlich kostengünstigere Ausführung, da in diesem Fall eine vergleichsweise komplexe und damit auch teure Bearbeitung der Rotorwelle an deren schwer zugänglicher Innenmantelfläche gänzlich entfallen kann und lediglich das zumindest eine Strömungsleitelement an der hohlen Innenwelle vorgesehen werden muss. Die hohle Innenwelle besitzt dabei zumindest eine mantelseitige Öffnung und zumindest ein Strömungsleitelement, welches im Bereich der mantelseitigen Öffnung angeordnet ist und welches eine Umlenkung eines durch die hohle Innenwelle und die mantelseitige Öffnung durchströmenden Fluidstroms, beispielsweise eines Kühlmediums, ermöglicht. Sowohl die mantelseitige Öffnung in der hohlen Innenwelle als auch das zumindest eine Strömungsleitelement können dabei, beispielsweise durch ein einfaches Stanzen, Prägen bzw. Umformen, aus dem Material der hohlen Innenwelle geformt werden, wodurch die die Effizienz der elektrischen Maschine steigernde Kühlung fertigungstechnisch einfach und zugleich kostengünstig erreicht werden kann.The present invention is based on the general idea of using a hollow inner shaft in a rotor shaft of a rotor of an electrical machine and of injecting cooling medium, for example oil, via this hollow inner shaft into a cavity between the hollow inner shaft and the hollow rotor shaft, thereby cooling the rotor or to cool the electric machine. The cooling medium is conveyed out of the hollow inner shaft via centrifugal forces, since the hollow inner shaft is connected to the rotor shaft of the electrical machine in a rotationally fixed manner. In order to also be able to effect a deflection in the axial direction and thus a uniform and improved cooling of the rotor shaft and the rotor of the electric machine, at least one flow guide element is provided which, depending on the embodiment, even enables flow reversal. With regard to, for example, arranged on an inner surface of the rotor shaft deflection elements, such as one from the DE 10 2018 221 569 A1 well-known impact hill, the hollow inner shaft enables a significantly more cost-effective design, since in this case a comparatively complex and therefore also expensive machining of the rotor shaft on its inner lateral surface, which is difficult to access, can be completely dispensed with and only the at least one flow guide element has to be provided on the hollow inner shaft. The hollow inner shaft has at least one shell-side opening and at least one flow guide element, which is arranged in the region of the shell-side opening and which enables a fluid flow, for example a cooling medium, flowing through the hollow inner shaft and the shell-side opening to be deflected. Both the shell-side opening in the hollow inner shaft and the at least one flow guide element can be formed from the material of the hollow inner shaft, for example by simple stamping, embossing or forming, whereby the cooling that increases the efficiency of the electric machine is simple and simultaneous in terms of production technology can be achieved inexpensively.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das zumindest eine Strömungsleitelement einstückig mit der hohlen Innenwelle ausgebildet. In diesem Fall kann beispielsweise ein entsprechender Flügel aus der Mantelfläche der hohlen Innenwelle ausgestanzt und umgeformt werden, wodurch nicht nur die mantelseitige Öffnung, sondern zugleich auch das Strömungsleitelement einfach herstellbar sind. Durch eine einstückige Ausbildung des Strömungsleitelements mit der hohlen Innenwelle sind zudem ein separater Montageaufwand sowie ein separates Fertigen des Strömungsleitelements mit den damit verbundenen Lager- und Logistikkosten entbehrlich.In an advantageous development of the solution according to the invention, the at least one flow guide element is designed in one piece with the hollow inner shaft. In this case, for example, a corresponding vane can be stamped out of the lateral surface of the hollow inner shaft and formed, as a result of which not only the opening on the lateral side but also the flow guide element can be produced easily. A one-piece design of the flow guide element with the hollow inner shaft also eliminates the need for separate assembly work and separate manufacture of the flow guide element with the associated storage and logistics costs.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen hohlen Innenwelle ist das zumindest eine Strömungsleitelement als separater Flügel ausgebildet, der mit der hohlen Innenwelle verbunden ist. Hierdurch kann eine von dem Material und der Form der hohlen Innenwelle unabhängige Formgebung für das zumindest eine Strömungsleitelement erreicht werden, wodurch beispielweise komplexe Formen für das Strömungsleitelement möglich sind, die durch ein einfaches Ausstanzen und Umbiegen einer einstückig mit dem Material der hohlen Innenwelle ausgebildeten Tasche nicht umsetzbar wären.In an alternative embodiment of the hollow inner shaft according to the invention, the at least one flow guide element is designed as a separate wing which is connected to the hollow inner shaft. This allows the at least one flow guide element to be shaped independently of the material and shape of the hollow inner shaft, which means that, for example, complex shapes are possible for the flow guide element that cannot be achieved by simply punching out and bending over a pocket formed in one piece with the material of the hollow inner shaft could be implemented.

Zweckmäßig ist das zumindest eine Strömungsleitelement mit der hohlen Innenwelle verklebt, verschweißt oder verlötet. Insbesondere eine Verklebung ermöglicht eine materialuneinheitliche Ausbildung des Strömungsleitelements und der hohlen Innenwelle, so dass für das zumindest eine Strömungsleitelement beispielsweise auch Kunststoff zum Einsatz kommen kann. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch eine rein mechanische Verbindung, beispielsweise eine Schraubverbindung, zur Fixierung des zumindest einen Strömungsleitelements an der hohlen Innenwelle denkbar. Durch ein Verschweißen bzw. Verlöten kann ebenso wie durch ein Verkleben eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem zumindest einen Strömungsleitelement und der hohlen Innenwelle geschaffen werden, wodurch eine zuverlässige und zugleich kostengünstige Fixierung des Strömungsleitelements an der hohlen Innenwelle ermöglicht werden.The at least one flow guide element is expediently glued, welded or soldered to the hollow inner shaft. In particular, a bond allows a non-uniform material formation of the flow guide and the hollow inner shaft, so that for the at least one Strö tion guiding element, for example, plastic can also be used. Purely theoretically, of course, a purely mechanical connection, for example a screw connection, is also conceivable for fixing the at least one flow guide element to the hollow inner shaft. A material connection between the at least one flow guide element and the hollow inner shaft can be created by welding or soldering as well as by gluing, whereby a reliable and at the same time cost-effective fixation of the flow guide element on the hollow inner shaft is made possible.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen hohlen Innenwelle sind drei um 120° in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Strömungsleitelemente an der hohlen Innenwelle angeordnet. In gleicher Weise sind den drei Strömungsleitelementen auch drei in Umfangsrichtung um 120° voneinander beabstandete mantelseitige Öffnungen in der hohlen Innenwelle vorgesehen, wodurch eine unwuchtfreie Anordnung sowohl der mantelseitigen Öffnungen als auch der Strömungsleitelemente und zugleich eine vergleichsweise gleichmäßige Beaufschlagung einer Innenmantelfläche der Rotorwelle mit Kühlmedium und damit eine gleichmäßige Kühlung des Rotors ermöglicht werden. Selbstverständlich können alternativ dazu auch vier um 90° in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Strömungsleitelemente an der hohlen Innenwelle angeordnet sein oder lediglich nur zwei um 180° zueinander versetzte.In a further advantageous embodiment of the hollow inner shaft according to the invention, three flow guide elements spaced apart from one another by 120° in the circumferential direction are arranged on the hollow inner shaft. In the same way, the three flow guide elements are also provided with three shell-side openings spaced 120° apart from one another in the hollow inner shaft in the circumferential direction, resulting in an unbalanced arrangement of both the shell-side openings and the flow guide elements and at the same time a comparatively uniform application of cooling medium to an inner shell surface of the rotor shaft a uniform cooling of the rotor is made possible. Of course, as an alternative to this, four flow guide elements spaced apart from one another by 90° in the circumferential direction can also be arranged on the hollow inner shaft, or just two that are offset from one another by 180°.

Zweckmäßig sind in Axialrichtung versetzt zumindest zwei mantelseitige Öffnungen und zwei Strömungsleitelemente an der hohlen Innenwelle vorgesehen. Durch eine axial versetzte Anordnung zumindest zwei derartiger mantelseitiger Öffnungen und zumindest zwei derartiger Strömungsleitelemente kann eine nochmals verbesserte gleichmäßige Ausbringung von Kühlmedium an die Innenmantelfläche der Rotorwelle und damit eine nochmals verbesserte Kühlung derselben erfolgen. Durch eine entsprechende Anordnung der mantelseitigen Öffnung bzw. Ausrichtung der zugehörigen Strömungsleitelemente kann auch eine gezielte Kühlung von thermisch hoch belasteten Bereichen realisiert werden. Hierdurch lassen sich insbesondere thermische Hotspots lokal verbessert kühlen. Hierbei kann insbesondere angedacht sein, zumindest zwei Strömungsleitelemente vorzusehen, die einen durch die jeweils zugehörige mantelseitige Öffnung strömenden Fluidstrom in entgegengesetzter Axialrichtung umlenken. Für die Strömungsleitelemente ist eine nahezu beliebige Umlenkung des durch die zugehörige mantelseitige Öffnung strömenden Fluidstroms möglich, so dass auch eine Strömungsumkehr denkbar ist, bei welcher der Fluidstrom innerhalb der hohen Innenwelle in die eine Axialrichtung und nach Austritt durch die mantelseitige Öffnung und Umlenkung durch das in diesem Bereich angeordnet Strömungsleitelement in die entgegengesetzte Axialrichtung strömt.At least two shell-side openings and two flow guide elements are expediently provided on the hollow inner shaft, offset in the axial direction. An axially offset arrangement of at least two such shell-side openings and at least two such flow guide elements can result in a further improved uniform delivery of cooling medium to the inner shell surface of the rotor shaft and thus further improved cooling of the same. By appropriately arranging the shell-side opening or aligning the associated flow guide elements, it is also possible to achieve targeted cooling of areas that are subjected to high thermal loads. As a result, thermal hotspots in particular can be cooled locally in an improved manner. In this context, it can be considered in particular to provide at least two flow guide elements which deflect a fluid flow flowing through the respectively associated shell-side opening in the opposite axial direction. Almost any deflection of the fluid flow flowing through the associated shell-side opening is possible for the flow guide elements, so that a flow reversal is also conceivable, in which the fluid flow within the high inner shaft in one axial direction and after exiting through the shell-side opening and deflection through the in flow guide element arranged in this area flows in the opposite axial direction.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle anzugeben, wobei in dieser Rotorwelle eine drehfest mit dieser verbundene hohle Innenwelle entsprechend den vorherigen Absätzen angeordnet ist. Darüber hinaus vorgesehen sind zwei Stirnscheiben, die einen Innenraum der Rotorwelle in Axialrichtung begrenzen, wobei jede Stirnscheibe eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist, durch die die hohle Innenwelle geführt ist. In jeder Stirnscheibe und/oder in jeder Mantelfläche der Rotorwelle sind/ist dabei zumindest eine Auslassöffnung zur Ableitung des Kühlmediums vorgesehen. Über die Kopplung der ein Kühlmedium führenden hohlen Innenwelle über die Stirnscheiben an der Rotorwelle kann eine vergleichsweise einfache Einbringung von Kühlmedium in die Rotorwelle und damit eine Rotorinnenkühlung geschaffen werden, welche aufgrund der Fixierung der hohlen Innenwelle an den beiden Stirnscheibe auch deutliche Vorteile im Hinblick auf eine Abdichtung, beispielsweise im Vergleich zu einer feststehenden und in den Innenraum der Rotorwelle ragenden Fluidlanze, aufweist. Darüber hinaus ist denkbar, dass die Rotorwelle zusammen mit den beiden Stirnscheiben und der Innenwelle auch als vorgefertigte Baugruppe ausgebildet sein kann, wodurch eine vergleichsweise schnelle und kostengünstige Montage der Rotorwelle in beispielsweise einer elektrischen Maschine ermöglicht wird.The present invention is also based on the general idea of specifying a rotor for an electrical machine with a rotor shaft designed as a hollow shaft, with a hollow inner shaft connected to it in a rotationally fixed manner being arranged in accordance with the previous paragraphs in this rotor shaft. In addition, two end disks are provided, which delimit an interior space of the rotor shaft in the axial direction, each end disk having a central through-opening through which the hollow inner shaft is guided. At least one outlet opening for discharging the cooling medium is/is provided in each end disk and/or in each lateral surface of the rotor shaft. By coupling the hollow inner shaft, which carries a cooling medium, via the end disks on the rotor shaft, a comparatively simple introduction of cooling medium into the rotor shaft and thus internal rotor cooling can be created, which, due to the fixing of the hollow inner shaft to the two end disks, also has significant advantages in terms of a Sealing, for example in comparison to a fixed fluid lance projecting into the interior of the rotor shaft. In addition, it is conceivable that the rotor shaft can also be designed as a prefabricated assembly together with the two end disks and the inner shaft, which enables the rotor shaft to be assembled comparatively quickly and inexpensively in, for example, an electrical machine.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist die hohle Innenwelle an einer Stirnscheibe mittels eines Stopfens verschlossen. In diesem Fall wird somit eine Zuführung von Kühlmedium in die hohle Innenwelle von lediglich einer Seite aus bewirkt, während die andere Seite mittels des Stopfens verschlossen ist. Dies bietet den großen Vorteil, dass durch Aufbauen eines steuerbaren bzw. regelbaren Drucks an Kühlmedium in der Innenwelle eine Austragsmenge und damit eine Kühlleistung steuerbar bzw. regelbar sind.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, the hollow inner shaft is closed on an end disk by means of a plug. In this case, a supply of cooling medium into the hollow inner shaft is effected from only one side, while the other side is closed by means of the plug. This offers the great advantage that by building up a controllable or regulatable pressure of cooling medium in the inner shaft, a discharge quantity and thus a cooling capacity can be controlled or regulated.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist die hohle Innenwelle durch die Durchgangsöffnungen der Stirnscheiben gepresst und dadurch fest in diesen verankert. Hierdurch kann eine fertigungstechnisch vergleichsweise einfache Fixierung der hohlen Innenwelle über die Stirnscheiben relativ zur Rotorwelle erreicht werden, wobei der Presssitz selbstverständlich zusätzlich durch beispielsweise eine Klebeverbindung verstärkt werden kann. Die Stirnscheiben wiederum können an ihren Außenmantelflächen fest in die Rotorwelle eingepresst und dadurch mittels eines Presssitzes in der Rotorwelle gehalten werden. Zusätzlich oder alternativ ist selbstverständlich auch hier eine Klebeverbindung denkbar.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, the hollow inner shaft is pressed through the through-openings of the end disks and is thereby firmly anchored in them. As a result, the hollow inner shaft can be fixed in place relative to the rotor shaft via the end disks, which is comparatively simple in terms of manufacturing technology, and the press fit can of course also be reinforced by an adhesive connection, for example. The end disks, in turn, can be fixed at their outer lateral surfaces pressed into the rotor shaft and thus held in the rotor shaft by means of a press fit. In addition or as an alternative, an adhesive connection is of course also conceivable here.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine elektrische Maschine mit einem Rotor entsprechenden den vorherigen Absätzen auszustatten. Hierdurch kann eine elektrische Maschine geschaffen werden, die über eine Rotorinnenkühlung optimal gekühlt werden kann und dadurch eine höhere Leistung bereitstellen kann.The present invention is also based on the general idea of equipping an electrical machine with a rotor corresponding to the previous paragraphs. In this way, an electrical machine can be created that can be optimally cooled via internal rotor cooling and can thereby provide a higher output.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße hohle Innenwelle, eingebaut in einen erfindungsgemäßen Rotor für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine,
2 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hohlen Innenwelle.

They show, each schematically,

1 a sectional view through a hollow inner shaft according to the invention, installed in a rotor according to the invention for an electrical machine according to the invention,
2 a sectional view through a possible embodiment of a hollow inner shaft according to the invention.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 für eine nicht näher beschriebene elektrische Maschine 2, beispielsweise für einen Elektromotor, eine Rotorwelle 3 sowie eine koaxial innerhalb derselben angeordnete, hohle Innenwelle 4 auf. Auf einer Außenmantelfläche der Rotorwelle 3 sind dabei Blechpakete 5 angeordnet. Die hohle Innenwelle 4 ist in Bezug auf die Rotorwelle 3 mittels zweier Stirnscheiben 6a, 6b gehalten, wobei jede dieser Stirnscheiben 6a, 6b eine zentrale Durchgangsöffnung 7a, 7b aufweist, durch die die hohle Innenwelle 4 geführt ist. Die Stirnscheiben 6a, 6b können dabei mittels ihrer Durchgangsöffnungen 7a, 7b nicht nur auf die hohle Innenwelle 4 aufgeschoben, sondern bezüglich dieser auch mit einem Presssitz und/oder einer Verklebung mit der hohlen Innenwelle 4 fixiert sein.According to the 1 , A rotor 1 according to the invention for an electric machine 2, not described in detail, for example for an electric motor, has a rotor shaft 3 and a hollow inner shaft 4 arranged coaxially within the same. Laminated cores 5 are arranged on an outer lateral surface of the rotor shaft 3 . The hollow inner shaft 4 is held in relation to the rotor shaft 3 by means of two end plates 6a, 6b, each of these end plates 6a, 6b having a central through opening 7a, 7b through which the hollow inner shaft 4 is guided. The end disks 6a, 6b can not only be pushed onto the hollow inner shaft 4 by means of their through-openings 7a, 7b, but can also be fixed with respect to this with a press fit and/or adhesive bonding to the hollow inner shaft 4.

Um eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 2 erreichen zu können, ist eine Kühlung vorgesehen, über welche ein Kühlmedium 8 durch die hohle Innenwelle 4 und durch mantelseitige Öffnungen 9 in einen Innenraum 10 geführt wird, welcher durch die Außenmantelfläche der hohlen Innenwelle 4, eine Innenmantelfläche der Rotorwelle 3 sowie die beiden Stirnscheiben 6a, 6b begrenzt ist. Dabei sind gemäß der 1 insgesamt vier derartige mantelseitige Öffnungen 9 an der hohlen Innenwelle 4 dargestellt, wobei selbstverständlich auch nur zwei oder noch deutlich mehr derartiger mantelseitiger Öffnungen 9 an der hohlen Innenwelle 4 vorgesehen werden können. Erfindungsgemäß ist nun zumindest ein Strömungsleitelement 11 vorgesehen, durch welches eine Umlenkung des durch die hohle Innenwelle 4 und die mantelseitige Öffnung 9 strömenden Fluidstroms des Kühlmediums 8 möglich ist. Insbesondere ist durch entsprechend ausgebildete Strömungsleitelemente 11 sogar eine Strömungsumkehr möglich, so dass bei der Ausführungsform des Rotors 1 gemäß der 1 das Kühlmedium 8 von rechts in die hohle Innenwelle 4 einströmt und beispielsweise durch das Strömungsleitelement 11a in die entgegengesetzte Axialrichtung 14 umgelenkt wird. Anschließend ändert das Kühlmedium 8 aufgrund der Fliegkräfte wiederum seine Richtung und wird nach radial außen an eine Innenmantelfläche der Rotorwelle 3 geschleudert. Durch das zumindest Strömungsleitelement 11 kann eine gezielte Strömungslenkung des Kühlmediums 8 erreicht werden, wodurch es möglich ist, thermisch besonders hochbelastete Bereiche lokal verstärkt zu kühlen. Auch kann durch eine strömungslenkende Wirkung des Strömungsleitelements 11 eine gleichmäßige axiale Verteilung des Kühlmediums 8 auf der Innenmantelfläche der Rotorwelle 3 und damit eine gleichmäßige Kühlung der Rotorwelle 3 erreicht werden. Die hohle Innenwelle 4 und die Strömungsleitelemente 11 sind somit so ausgebildet, dass das Kühlmedium 8 aus einer axialen Mitte der hohlen Innenwelle 4 mit Hilfe der Strömungsleitelemente 11 nach links und rechts geführt wird.In order to be able to achieve the highest possible performance of the electrical machine 2, a cooling system is provided, via which a cooling medium 8 is guided through the hollow inner shaft 4 and through openings 9 on the shell side into an interior space 10, which through the outer shell surface of the hollow inner shaft 4, a Inner lateral surface of the rotor shaft 3 and the two end plates 6a, 6b is limited. According to the 1 A total of four such openings 9 on the shell side are shown on the hollow inner shaft 4 , it being understood that only two or significantly more such openings 9 on the shell side can be provided on the hollow inner shaft 4 . According to the invention, at least one flow guide element 11 is now provided, through which a deflection of the fluid flow of the cooling medium 8 flowing through the hollow inner shaft 4 and the opening 9 on the shell side is possible. In particular, even a flow reversal is possible through appropriately designed flow guide elements 11, so that in the embodiment of the rotor 1 according to FIG 1 the cooling medium 8 flows from the right into the hollow inner shaft 4 and is deflected, for example, by the flow guide element 11a in the opposite axial direction 14 . The cooling medium 8 then changes its direction again due to the centrifugal forces and is thrown radially outwards against an inner lateral surface of the rotor shaft 3 . A targeted flow control of the cooling medium 8 can be achieved by the at least flow guiding element 11, whereby it is possible to locally cool particularly high thermally stressed areas. A flow-directing effect of the flow guide element 11 can also achieve a uniform axial distribution of the cooling medium 8 on the inner lateral surface of the rotor shaft 3 and thus a uniform cooling of the rotor shaft 3 . The hollow inner shaft 4 and the flow guide elements 11 are thus designed in such a way that the cooling medium 8 is guided to the left and right from an axial center of the hollow inner shaft 4 with the aid of the flow guide elements 11 .

Betrachtet man die in der 1 gezeigten rechten Strömungsleitelement 11 sowie die gemäß der 2 gezeigten Strömungsleitelemente 11, so sind diese einstückig mit der Innenwelle 4 ausgebildet, insbesondere als ausgestanzte und umgebogene Taschen 12. Dies bietet den großen Vorteil, dass eine separate Herstellung derartiger Strömungsleitelemente 11 sowie eine anschließende Montage an der hohlen Innenwelle 4 entfallen können. Alternativ hierzu ist selbstverständlich auch denkbar, dass das zumindest eine Strömungsleitelement 11 als separater Flügel 13 ausgebildet ist, der beispielsweise über eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung mit der hohlen Innenwelle 4 verbunden ist. Die hohle Innenwelle 4 kann dabei beispielsweise aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sein, wobei bei einer materialuneinheitlichen Ausbildung des Strömungsleitelements 11 dieses beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet und über eine Klebeverbindung stoffschlüssig mit der hohlen Innenwelle 4 verbunden sein kann.Looking at the in the 1 shown right flow guide element 11 and according to FIG 2 flow guide elements 11 shown, they are designed in one piece with the inner shaft 4, in particular as punched and bent pockets 12. This offers the great advantage that a separate production of such flow guide elements 11 and subsequent assembly on the hollow inner shaft 4 can be omitted. As an alternative to this, it is of course also conceivable for the at least one flow guide element 11 to be designed as a separate wing 13 which is connected to the hollow inner shaft 4 via an adhesive connection, a welded connection or a soldered connection, for example. The cave Inner shaft 4 can be made of metal or plastic, for example, wherein if the flow guide element 11 is made of non-uniform material, it can be made of plastic, for example, and connected to the hollow inner shaft 4 by an adhesive bond.

Um eine möglichst gleichmäßige Beaufschlagung der Rotorwelle 3 mit Kühlmedium 8 und damit eine gleichmäßige Kühlung des Rotors 1 erreichen zu können, können beispielsweise drei um 120° in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Strömungsleitelemente 11 an der hohlen Innenwelle 4 angeordnet sein, wobei alternativ selbstverständlich auch vier um 90° oder zwei um 180° (vgl. 2) in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Strömungsleitelemente 11 an der hohlen Innenwelle 4 angeordnet sein können. Auch können, wie dies gemäß der 1 dargestellt ist, in Axialrichtung 14 zumindest zwei Öffnungen 9 und zwei Strömungsleitelemente 11 an der hohlen Innenwelle 4 vorgesehen sein, wodurch ein axialpositionsabhängiger Ausstoß von Kühlmedium 8 aus der hohlen Innenwelle 4 und dadurch auch eine axialpositionsabhängige Kühlung der Rotorwelle 3 ermöglicht werden.In order to be able to apply the cooling medium 8 to the rotor shaft 3 as uniformly as possible and thus to achieve uniform cooling of the rotor 1, three flow guide elements 11 spaced apart from one another by 120° in the circumferential direction can be arranged on the hollow inner shaft 4, for example, with four as an alternative, of course, also being spaced at 90 ° or two by 180° (cf. 2 ) Flow guide elements 11 spaced apart from one another in the circumferential direction can be arranged on the hollow inner shaft 4 . Also can like this according to the 1 is shown, at least two openings 9 and two flow guide elements 11 may be provided on the hollow inner shaft 4 in the axial direction 14, whereby an axial position-dependent ejection of cooling medium 8 from the hollow inner shaft 4 and thereby also an axial position-dependent cooling of the rotor shaft 3 are made possible.

In jeder der Stirnscheiben 6a, 6b und/oder in einer Mantelfläche 15 der Rotorwelle 3 ist zumindest eine Auslassöffnung 16 zur Ableitung des Kühlmediums 8 aus dem Innenraum 10 vorgesehen. Die hohle Innenwelle 4 kann beispielsweise an einem Ende mittels eines Stopfens 17 verschlossen sein, wodurch eine Beaufschlagung der hohlen Innenwelle 4 mit Kühlmedium 8 von ausschließlich einer einzigen Seite, hier von der rechten Seite aus, erfolgt. Die Stirnscheiben 6a, 6b können an ihrer Außenmantelfläche fest in die Rotorwelle 3 eingepresst und zusätzlich oder alternativ auch mit dieser verklebt sein. Hierdurch soll eine zuverlässige Fixierung der Stirnscheiben 6a, 6b an der Rotorwelle 3 ermöglicht werden.At least one outlet opening 16 for discharging the cooling medium 8 from the interior 10 is provided in each of the end disks 6a, 6b and/or in a lateral surface 15 of the rotor shaft 3 . The hollow inner shaft 4 can, for example, be closed at one end by means of a plug 17, as a result of which the hollow inner shaft 4 is acted upon by cooling medium 8 from only a single side, here from the right side. The end disks 6a, 6b can be firmly pressed into the rotor shaft 3 on their outer lateral surface and additionally or alternatively can also be glued to it. This is intended to enable the end disks 6a, 6b to be reliably fixed on the rotor shaft 3.

Die Innenwelle 4 kann darüber hinaus in Axialrichtung 14 über die Rotorwelle 3 und das Blechpaket 5 überstehen und zumindest eine Lagerstelle 8 zur Lagerung des Rotors 1 aufweisen. Die Stirnscheiben 6a, 6b können auch als Endflansch oder alternativ als Antriebs-/Abtriebsflansch ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die hohle Innenwelle 4 in eine sacklochartige Ausnehmung des Antriebsflansches bzw. des Abtriebflansches eingepresst sein kann. Die mantelseitigen Öffnungen 9 an der hohlen Innenwelle 4 können beispielsweise durch Stanzen, Prägen, Bohren oder Aufbiegen eingebracht werden. Zudem kann ein Verhältnis eines Außendurchmessers d_A der hohlen Innenwelle zu deren Innendurchmesser d_I zwischen 1,1 und 1,6 betragen.The inner shaft 4 can also project beyond the rotor shaft 3 and the laminated core 5 in the axial direction 14 and have at least one bearing point 8 for mounting the rotor 1 . The end plates 6a, 6b can also be designed as an end flange or alternatively as a drive/output flange, in which case the hollow inner shaft 4 can be pressed into a blind hole-like recess in the drive flange or the driven flange. The shell-side openings 9 on the hollow inner shaft 4 can be introduced, for example, by punching, embossing, drilling or bending. In addition, a ratio of an outer diameter d _A of the hollow inner shaft to its inner diameter d _I can be between 1.1 and 1.6.

Alles in allem kann mit der hohlen Innenwelle 4 und dem Rotor 1 eine Kühlung des Rotors 1 deutlich verbessert werden, da über die zumindest eine mantelseitige Öffnung 9 und dass zumindest eine zugehörige Strömungsleitelement 11 eine Umlenkung eines Fluidstroms des Kühlmediums 8 möglich ist. Durch mehrere derartiger Strömungsleitelemente 11 kann auch eine gezielte Steuerung des Kühlmediumstroms, beispielsweise an thermische Hotspots, und damit ebenfalls eine deutliche verbesserte Kühlung erreicht werden.All in all, cooling of the rotor 1 can be significantly improved with the hollow inner shaft 4 and the rotor 1, since a deflection of a fluid flow of the cooling medium 8 is possible via the at least one opening 9 on the shell side and that at least one associated flow guide element 11. A targeted control of the cooling medium flow, for example at thermal hotspots, and thus also significantly improved cooling can also be achieved by means of a plurality of such flow guide elements 11 .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018221569 A1 [0002, 0006]

Claims

Hollow inner shaft (4) for a rotor (1) of an electrical machine (2), on which at least one opening (9) on the shell side and at least one flow guide element (11) are arranged, via which a deflection of a flow through the hollow inner shaft (4) and the shell-side opening (9) flowing fluid stream is possible.

Hollow inner shaft after claim 1 , characterized in that the at least one flow guide element (11) is formed in one piece with the hollow inner shaft (4).

Hollow inner shaft after claim 2 , characterized in that the at least one flow guide element (11) is formed as a punched and bent pocket (12).

Hollow inner shaft after claim 1 , characterized in that the at least one flow guide element (11) is designed as a separate wing (13) which is connected to the hollow inner shaft (4).

Hollow inner shaft after claim 4 , characterized in that the at least one flow guide element (11) is glued, welded or soldered to the hollow inner shaft (4).

Hollow inner shaft after claim 4 or 5 , characterized in that the at least one flow guide element (11) is formed from the same material as the hollow inner shaft (4) or from a different material, in particular plastic.

Hollow inner shaft according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that - that three flow guide elements (11) spaced apart from one another by 120° in the circumferential direction are arranged on the hollow inner shaft (4), or - that four flow guide elements (11) spaced apart from one another by 90° in the circumferential direction are arranged on the hollow inner shaft (4) are arranged.

Hollow inner shaft after claim 7 , characterized in that at least two flow-guiding elements (11) are provided, which deflect a fluid flow flowing through the respectively associated shell-side opening (9) in opposite axial directions (14).

Hollow inner shaft according to one of the preceding claims, characterized in that at least two openings (9) and two flow guide elements (11) are provided offset in the axial direction (14) on the hollow inner shaft (4).

Rotor (1) for an electrical machine (2), - with a designed as a hollow shaft rotor shaft (3) with an inner lateral surface, - wherein in the rotor shaft (3) a hollow inner shaft (4) according to one of Claims 1 until 9 - wherein two end disks (6a, 6b) are provided which delimit an interior space (10) of the rotor shaft (3) in the axial direction (14), each end disk (6a, 6b) having a central through-opening (7a, 7b). through which the hollow inner shaft (4) is guided, - at least one outlet opening (16) for discharging the fluid flow being/is provided in each end disk (6a, 6b) and/or in a lateral surface (15) of the rotor shaft (3). .

rotor after claim 10 , characterized in that - that the hollow inner shaft (4) is closed on an end plate (6a) by means of a plug (17), and/or - that the hollow inner shaft (4) passes through the through openings (7a, 7b) of the end plates (6a , 6b) is pressed and thus firmly anchored in it.

Rotor after one of Claims 10 or 11 , characterized in that - the front discs (6a, 6b) are pressed firmly into the rotor shaft (3) on their outer lateral surface, and/or - the front discs (6a, 6b) are glued to the rotor shaft (3) on their outer lateral surface.

Rotor after one of Claims 10 until 12 , characterized in that the hollow inner shaft (4) protrudes in the axial direction (14) over the rotor shaft (3) and a laminated core (5) and has at least one bearing point (18) for mounting the rotor (1).

Electrical machine (2) with a rotor (1) according to one of Claims 10 until 13 .