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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2019 112 790 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf, welcher eine Rotorwelle aufweist. Die Rotorwelle weist einen inneren Kanal auf, welcher von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist. Des Weiteren weist die Rotorwelle eine Außenverzahnung auf, welche Zähne und Nuten aufweist. Dabei sind die Zähne und Nuten der Außenverzahnung in Umfangsrichtung des Rotors abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Der Rotor umfasst außerdem ein auf der Rotorwelle angeordnetes Blechpaket, welches eine Innenverzahnung aufweist und mittels der Innenverzahnung und der Außenverzahnung drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, derart, dass die Außenverzahnung mit der Innenverzahnung in Eingriff steht beziehungsweise umgekehrt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine elektrische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotorwelle eine erste Reihe von in Umfangsrichtung des Rotors aufeinanderfolgenden, ersten Überströmöffnungen aufweist, welche beispielsweise als erste Bohrungen, insbesondere als erste Radialbohrungen, ausgebildet sind. Über die Überströmöffnungen kann das beispielsweise flüssige oder aber gasförmige Kühlmittel aus dem inneren Kanal in erste der Nuten der Außenverzahnung eingeleitet werden. Hierzu münden beispielsweise die Überströmöffnungen einenends, insbesondere direkt, in den inneren Kanal und andernends, insbesondere direkt, in die ersten Nuten der Außenverzahnung. Die Rotorwelle weist außerdem eine in axialer Richtung des Rotors von der ersten Reihe beabstandete, zweite Reihe von in um die axiale Richtung des Rotors verlaufender Umfangsrichtung des Rotors aufeinanderfolgenden, zweiten Überströmöffnungen auf, welche beispielsweise als zweite Bohrungen, insbesondere als zweite Radialbohrungen, ausgebildet sein können. Über die zweiten Überströmöffnungen kann das Kühlmittel aus dem inneren Kanal in zweite der Nuten der Außenverzahnung eingeleitet werden, insbesondere dadurch, dass die zweiten Überströmöffnungen einenends, insbesondere direkt, in den inneren Kanal und andernends, insbesondere direkt, in die zweiten Nuten der Außenverzahnungen münden. Beispielsweise sind die ersten Nuten und die zweiten Nuten in Umfangsrichtung des Rotors abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass über die Überströmöffnungen das Kühlmittel aus dem inneren Kanal bezogen auf die ersten Nuten und die zweiten Nuten der Außenverzahnung ausschließlich in dabei ersten Nuten eingeleitet werden kann, insbesondere derart, dass beispielsweise die ersten Überströmöffnungen bezogen auf die ersten Nuten und die zweiten Nuten ausschließlich in die ersten Nuten münden, ferner ist es denkbar, dass über die zweiten Überströmöffnungen das Kühlmittel aus dem inneren Kanal bezogen auf die ersten Nuten und die zweiten Nuten ausschließlich in die zweiten Nuten eingeleitet werden kann, beispielsweise dadurch, dass die zweiten Überströmöffnungen bezogen auf die ersten Nuten und die zweiten Nuten ausschließlich in die zweiten Nuten münden. Hierdurch kann eine wechselseitige oder gegenläufige Kühlung des Rotors, das heißt eine Gegenstromkühlung des Rotors realisiert werden. Mit anderen Worten kann eine wechselseitige oder gegenläufige Strömung des Kühlmittels durch die Nuten hindurch realisiert werden, insbesondere derart, dass beispielsweise das über die ersten Überströmöffnungen in die ersten Nuten eingeleitete Kühlmittel die ersten Nuten in eine erste Strömungsrichtung durchströmen kann, wobei die erste Strömungsrichtung parallel zur axialen Richtung des Rotors verläuft. Das über die zweiten Überströmöffnungen in die zweiten Nuten eingeleitete Kühlmittel kann die zweiten Nuten in eine zweite Strömungsrichtung durchströmen, wobei die zweite Strömungsrichtung parallel zur axialen Richtung des Rotors verläuft und der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzt ist. Da die ersten Nuten und die zweiten Nuten in um die axiale Richtung des Rotors verlaufender Umfangsrichtung des Rotors abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sind die ersten Strömungsrichtungen und die zweiten Strömungsrichtungen in Umfangsrichtung des Rotors abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Dies bedeutet, dass sich die auch als Durchflussrichtung bezeichnete Strömungsrichtung in Umfangsrichtung des Rotors betrachtet sozusagen abwechselt. Insbesondere kann eine axial symmetrische Kühlung des Rotors realisiert werden. Eine wechselweise Strömung des Kühlmittels durch die Nuten kann zum Beispiel heißen, dass in Umfangsrichtung des Rotors betrachtet auf die erste Strömungsrichtung direkt die zweite Strömungsrichtung folgt und so weiter, oder dass beispielsweise zwei oder dem gegenüber mehr in Umfangsrichtung des Rotors direkt aufeinanderfolgende Nuten der Außenverzahnung in die erste Strömungsrichtung und in Umfangsrichtung des Rotors darauffolgend zwei oder demgegenüber mehr Nuten der Außenverzahnung in die zweite Strömungsrichtung von dem Kühlmittel durchströmt werden. Ferner ist es denkbar, dass auf eine Nut, die in die erste Strömungsrichtung durchströmt wird, eine Nut folgt, die nicht von dem Kühlmittel durchströmt wird, woran sich in Umfangsrichtung des Rotors eine Nut anschließt, die in der zweiten Strömungsrichtung von dem Kühlmittel durchströmt wird.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Überlegungen und Erkenntnisse zugrunde. In elektrischen Maschinen wie der erfindungsgemäßen, beispielsweise als Radialflussmaschine (RFM) ausgebildeten, elektrischen Maschine mit hoher Leistung werden im Rotor Permanent-Magnete eingesetzt, welche auch einfach als Magnete bezeichnet werden. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann alternativ auch als fremderregte Synchronmaschine oder Asynchronmaschine ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als Innenläufermaschine ausgebildet. Die magnetischen Eigenschaften der Permanent-Magnete bleiben auch im Betrieb nur bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur bestehen, so beispielsweise bei Seltenerdmagneten bis ca. 200°C. Um eine Überhitzung zu vermeiden und die Leistung der elektrischen Maschine nicht beschränken zu müssen, ist eine leistungsfähige Kühlung, insbesondere des Rotors, möglichst nahe an den Magneten vorteilhaft. Bei bisherigen Lösungen mit Welle-Nabe-Verbindung (WNV) zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket durch einen Querpressverband sind zum Realisieren der Überdeckung Mindestwanddicken im Blechpaket und der Wanddicke der Rotorwelle erforderlich. Das dabei übliche Kühlen im Inneren der Rotorwelle ist ineffektiv, zumal ein Wärmedurchgang vom Elektroblech in die Rotorwelle durch die Fügestelle gewährleistet sein muss. Bei Nut-Feder-Verbindungen oder Verzahnungen ist die Kontaktfläche für die Wärmeableitung üblicherweise reduziert. Durch die Erfindung können die zuvor genannten Probleme und Nachteile vermieden werden. Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine magnetnahe Kühlung des Rotors und leistet somit einen Beitrag zum funktionalen Leichtbau. Insbesondere kann dadurch, dass die Innenverzahnung und die Außenverzahnung in Eingriff miteinander stehen, eine Nut-Feder-Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket realisiert werden, wodurch die Rotorwelle und das Blechpaket drehfest miteinander verbunden sind. Insbesondere kann es sich bei den Nuten der Außenverzahnung und der Rotorwelle um Zahnlücken der Außenverzahnung und der Rotorwelle handeln.
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Denkbar ist beispielsweise der Einsatz von radialen Kühlölbohrungen durch das auch als Rotorblechpaket bezeichnete Blechpaket. Ein hieraus resultierender Nachteil ist jedoch, dass Öl im Luftspalt zum Statorpaket zu Wirkungsgradverlusten führt. Ein Querpressverband als WNV hat Nachteile in Form von großen radialen Wanddicken des Rotorblechpakets und der Rotorwelle, was zu einem unerwünschten Mehrgewicht der Rotoranordnung führen kann und zu einer vergleichsweise großen zu kühlenden Masse (Trägheit/Hysterese). Ein weiterer Nachteil ist eine geringe Kühlwirkung (nur Ölfilm in Hohlkammer beziehungsweise Innenbohrung der Rotorwelle). Längsbohrungen durch das Rotorblechpaket weisen den Nachteil einer großen radialen Wanddicke beziehungsweise eines kleineren Innendurchmessers des Rotorblechpakets auf, so dass es zu einem Mehrgewicht kommen kann. Weitere diesbezügliche Nachteile sind: aufwendige Ölverteilung zu den Längsbohrungen durch dickwandige Axialscheiben sind erforderlich (Kostenaufwand); eine Abdichtung zwischen den Rotorsegmenten ist schwierig, große Axialkräfte und -spannungen im Betrieb sind erforderlich, zum Beispiel bewirkbar mit einer Bundmutter; aufwendige Herstellung der Schraubverbindung, hohe Kosten.
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Die Erfindung ermöglicht nun eine auch als Kühlmedienführung oder Kühlmittelführung des auch als Kühlmedium bezeichneten Kühlmittels unter dem auch als Rotorpaket bezeichneten Blechpaket durch die Nuten der Außenverzahnung der Rotorwelle. Das Kühlmittel wird vom Inneren der Rotorwelle über die beispielsweise als Radialbohrungen ausgebildeten Überströmöffnungen in die Nuten der Außenverzahnung geleitet. Hieraus ergibt sich eine Längsdurchströmung des Kühlmittels durch die Nuten, wobei die Richtung der Längsdurchströmung, mithin die Strömungsrichtung unter dem Rotorpaket durch eingreifende Zähne von axialen Wuchtscheiben in die Nuten der Außenverzahnung erzielt werden kann. Bei beidseitig angebrachten Überströmöffnungen beziehungsweise Radialbohrungen wird eine gegenläufige Durchströmung erzielt, indem beispielsweise die Überströmöffnungen abwechselnd in die auch als Überströmöffnungen abwechselnd in die auch als Verzahnungsnuten bezeichneten Nuten von rechts oder links gesetzt werden. Ein Austritt des Kühlmittels erfolgt beispielsweise in Zahnlücken unter den axialen Wuchtscheiben. Durch die Rotation wird das Kühlmittel radial in Richtung der ebenfalls zu kühlenden Wicklungsköpfe geschleudert. Durch die Wanddicken der Wuchtscheiben wird ein Abstand des Kühlmediums zum Luftspalt sichergestellt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich in axialer Richtung des Rotors an das Blechpaket beidseitig jeweils eine Wuchtscheibe anschließt, welche eine zweite Innenverzahnung aufweist und über die zweite Innenverzahnung und die Außenverzahnung drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, insbesondere derart, dass die zweite Innenverzahnung in Eingriff mit der Außenverzahnung und der Rotorwelle steht. Die jeweilige, zweite Innenverzahnung der jeweiligen Wuchtscheibe weist ein Verzahnungsmodul auf, welcher ein ganzzahliges Vielfaches eines Verzahnungsmoduls der Außenverzahnung der Rotorwelle ist. Die Wuchtscheiben sind in Umfangsrichtung des Rotors derart zueinander verdreht auf der Rotorwelle angeordnet, dass die jeweilige Nut der Außenverzahnung auf ihrer jeweiligen, ersten Seite mittels eines jeweiligen Zahns der zweiten Innenverzahnung einer der Wuchtscheiben abgedichtet ist, und dass auf einer jeweiligen, der jeweiligen ersten Seite in axialer Richtung des Rotors gegenüberliegenden, zweiten Seite der jeweiligen Nut der Außenverzahnung der Rotorwelle die zweite Innenverzahnung der anderen Wuchtscheibe eine Zahnlücke aufweist, wodurch die Zahnlücke der zweiten Innenverzahnung der anderen Wuchtscheibe einen Austritt für das Kühlmittel aus der jeweiligen Nut bildet.
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Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich durch eine Tellerfeder aus, mittels welcher eine axiale Verspannung der Wuchtscheiben bewirkt ist, wobei die Tellerfeder Aussparungen aufweist, welche einen Austritt des Kühlmittels aus dem Rotor bilden und axial auf gleicher Höhe oder weiter innen angeordnet sind als Wickelköpfe von Statorwicklungen eines Stators der elektrischen Maschine. Hierdurch kann aus dem Rotor austretendes Kühlmittel durch Fliehkräfte als Sprühnebel bzw. Sprühfächer auf die Wickelköpfe der Statorwicklungen gelangen.
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In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass eine jeweilige Zahnhöhe der Zähne der Innenverzahnung des Blechpakets geringer als eine jeweilige Zahnhöhe von Zähnen der Außenverzahnung der Rotorwelle ausgebildet ist und/oder die Außenverzahnung der Rotorwelle wenigstens einen Zahn aufweist, welcher eine Aussparung in einer Zahnmitte des wenigstens einen Zahns der Außenverzahnung aufweist.
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Mit anderen Worten kann eine axiale Vorspannung des Blechpakets durch die Tellerfeder erfolgen, wobei die Tellerfeder jedoch so gestaltet ist, dass eine gezielte Durchströmung des Kühlmittels aus den darunter liegenden Überströmöffnungen der Rotorwelle hin zu den Wickelköpfen des Stators realisiert wird. Eine Axialsicherung des Rotorblechpakets erfolgt durch Sicherungsringe, die gegen Aufweiten bei Drehzahlbelastung auf der einen Seite durch die eine Wuchtscheibe übergriffen werden und auf der anderen Seite durch spezielle Sicherungshaken an der Tellerfeder nach deren Rückfedern bei der Montage. Da nur eine der Wuchtscheiben diese Funktion übernimmt, ist nur dort die abgesetzte Verzahnung erforderlich. Die andere Wuchtscheibe kann vorteilhafterweise eine Innenverzahnung über die komplette Blechdicke haben. Eine radiale Leckage zwischen Rotorsegmenten wird durch die Vorspannung der Tellerfeder vermieden. Zusätzliche Sicherheit bringt ein optionales Auftragen einer Flüssigdichtung in den Anlageflächen zwischen den Rotorsegmenten. Dabei wird Flüssigdichtung ringförmig in einen definierten Abstand zur Innenverzahnung aufgetragen, so dass überschüssiges Dichtmittel nicht in die Ölkanäle gelangt, sondern von den Magnettaschen axial aufgenommen wird. Die Verzahnung wird nicht nur zum lateralen Kühlmedientransport genutzt, sondern auch zum Drehmomentübertragen zwischen Rotorsegmenten und Rotorwelle. Dazu werden einzelne Zahnrillen genutzt, so dass je Rotorsegment nur wenige Zähne innen erforderlich sind. Damit in den Verzahnungsrillen, die für das Drehmomentübertragen genutzt werden, trotzdem die Durchströmung zum Kühlen erfolgen kann, ist die Zahnhöhe verringert, und die Zähne sind als Hohlzahn ausgeführt. Insbesondere können die durch die Erfindung zumindest die Vorteile realisiert werden:
- - magnetnahe Kühlung und damit hohe Kühlwirkung
- - geringere radiale Wanddicken in Rotorwelle und Rotorsegmenten und damit Gewichtsvorteile
- - Fügedurchmesser/WNV auf größerem Durchmesser und damit größere Steifigkeit
- - pressenfallende Wuchtscheiben ohne Bohrungen zur Ölverteilung und so weiter, damit Kostenvorteile
- - Welle-Naben-Verbindung über Formschluss, Vorteil hohe Drehmomente bei geringerer Überdeckung möglich
- - gegenläufige Durchströmung von Zahnrille zu Zahnrille, Vorteil homogenere Kühlwirkung am Rotor, gegenüber einseitiger Durchströmung und damit auch nahe gleiche Kühlmedientemperatur für beide Wickelköpfe am Stator.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Vorderansicht einer ersten Wuchtscheibe der elektrischen Maschine;
- 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Rotorwelle der elektrischen Maschine;
- 4 eine schematische Vorderansicht einer zweiten Wuchtscheibe der elektrischen Maschine;
- 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Rotors der elektrischen Maschine;
- 6 eine weitere schematische Querschnittsansicht des Rotors der elektrischen Maschine;
- 7 eine schematische Querschnittsansicht eines Blechpakets der elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 8 eine schematische Querschnittsansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform; und
- 9 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine erste Ausführungsform einer auch als Elektromaschine oder E-Maschine bezeichneten, elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ganz insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Somit ist beispielsweise das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand mit der elektrischen Maschine 10 ausgestattet und mittels der elektrischen Maschine 10, insbesondere rein, elektrisch antreibbar. Die elektrische Maschine 10 ist eine Innenläufermaschine. Insbesondere ist die elektrische Maschine 10 eine Radialflussmaschine (RFM). Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 und einen Rotor 14 auf, welcher, wie durch einen Pfeil 16 veranschaulicht ist, um eine Drehachse 18 relativ zu dem Stator 12 drehbar ist. Die Drehachse 18 verläuft in axialer Richtung des Rotors 14 und somit der elektrischen Maschine 10, mithin fällt mit der axialen Richtung des Rotors 14 und somit der elektrischen Maschine 10 zusammen. Der Stator 12 weist ein auch als Statorpaket oder Statorblechpaket bezeichnetes, erstes Blechpaket 20 auf, welches Statorwicklungen 22 des Stators 12 trägt. Wickelköpfe der Statorwicklungen 22 sind in 1 mit 24 und 26 bezeichnet.
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Der Rotor 14 weist eine Rotorwelle 28 und auch ein als Rotorpaket oder Rotorblechpaket bezeichnetes, zweites Blechpaket 30 auf, welches drehfest mit der Rotorwelle 28 verbunden ist. Die Rotorwelle 28 ist hohl, mithin als Hohlwelle ausgebildet und weist somit in ihrem Inneren eine Hohlwellenkammer 32 auf. Die Hohlwellenkammer 32 ist ein von einem Kühlmittel durchströmbarer, innerer Kanal, so dass beispielsweise während eines Betriebs der elektrischen Maschine 10 das gasförmige oder flüssige, auch als Kühlmedium bezeichnete Kühlmittel durch den inneren Kühlkanal hindurchströmt, insbesondere in axialer Richtung des Rotors 14.
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Wie in Zusammenschau mit 3 erkennbar ist, weist die Rotorwelle 28 eine Außenverzahnung 34 auf, welche erste Zähne 36 und erste Nuten 38 aufweist, wobei letztere auch als erste Zahnlücken der Außenverzahnung 34 bezeichnet werden. Aus 3 ist erkennbar, dass die Zähne 36 und die Nuten 38 in um die axiale Richtung des Rotors 14 und somit um die Drehachse 18 verlaufender Umfangsrichtung des Rotors 14 und somit mit der elektrischen Maschine 10 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. Das Blechpaket 30 weist eine erste Innenverzahnung 40 auf, welche beispielsweise zweite Zähne und zweite Nuten aufweist, wobei letztere auch als zweite Zahnlücken bezeichnet werden. Beispielsweise sind die zweiten Zähne und die zweiten Nuten in Umfangsrichtung des Rotors 14 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Das Blechpaket 30 ist insbesondere dadurch drehfest mit der Rotorwelle 28 verbunden, dass die Innenverzahnung 40 mit der Außenverzahnung 34 in Eingriff steht, insbesondere derart, dass die ersten Zähne 36 in die zweiten Zahnlücken oder zumindest in einige der zweiten Zahnlücken eingreifen und umgekehrt die zweiten Zähne in die ersten Zahnlücken 38 oder zumindest in einige der ersten Zahnlücken 38 eingreifen.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Kühlung, insbesondere des Rotors 14, realisieren zu können, weist die Rotorwelle 28 eine erste Reihe R1 von in Umfangsrichtung des Rotors aufeinanderfolgenden, ersten Überströmöffnungen 42 auf, welche beispielsweise als erste Bohrung, insbesondere als erste Radialbohrung, ausgebildet sind und auch als erste Medienaustrittsbohrungen bezeichnet werden. Erste der Nuten 38 der Außenverzahnung 34 werden auch als erste Außennuten bezeichnet, und zweite der Nuten 38 der Außenverzahnung 34 werden auch als zweite Außennuten bezeichnet. Über die ersten Überströmöffnungen 42 kann das Kühlmittel aus dem inneren Kanal bezogen auf die ersten Außennuten und die zweiten Außennuten ausschließlich in die ersten Außennuten eingeleitet werden, dadurch, dass die Überströmöffnungen 42 einenends jeweils direkt in den inneren Kanal und andernends bezogen auf die ersten Außennuten und die zweiten Außennuten ausschließlich in die ersten Außennuten münden.
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Des Weiteren weist die Rotorwelle 28 eine in axialer Richtung des Rotors 14 von der ersten Reihe R1 beabstandete, zweite Reihe R2 von in Umfangsrichtung des Rotors aufeinanderfolgenden, zweiten Überströmöffnungen 44 auf, welche beispielsweise als zweite Bohrungen, insbesondere als zweite Radialbohrung, ausgebildet sein können und auch als zweite Medienaustrittsbohrungen bezeichnet werden. Über die zweiten Überströmöffnungen 44 kann das Kühlmittel aus dem inneren Kanal (Hohlwellenkammer) bezogen auf die ersten Außennuten und die zweiten Außennuten ausschließlich in die zweiten Außennuten eingeleitet werden, insbesondere dadurch, dass die zweiten Überströmöffnungen 44 jeweils einenends direkt in den inneren Kanal und jeweils andernends bezogen auf die ersten Außennuten und die zweiten Außennuten ausschließlich in die zweiten Außennuten münden. Hierdurch ist in Umfangsrichtung des Rotors 14 betrachtet eine wechselseitige Durchströmung der Nuten 38 realisiert. Hierunter ist zu verstehen, dass während des Betriebs der elektrischen Maschine 10 das Kühlmittel in eine erste Strömungsrichtung durch die ersten Außennuten hindurchströmt, wobei die erste Strömungsrichtung parallel zur axialen Richtung des Rotors 14 verläuft. Während des Betriebs strömt das Kühlmittel in eine zweite Strömungsrichtung durch die zweiten Außennuten hindurch, wobei die zweite Strömungsrichtung parallel zur axialen Richtung des Rotors 14 verläuft und der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzt ist.
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Bei der elektrischen Maschine 10 ist es vorgesehen, dass sich in axialer Richtung des Rotors 14 an das Blechpaket 30 des Rotors 14 beidseitig jeweils eine Wuchtscheibe 46, 48 anschließt, so dass das Blechpaket 30 in axialer Richtung des Rotors 14 zwischen den Wuchtscheiben 46 und 48 angeordnet ist. Die Wuchtscheiben 46 und 48 sind jeweils innenverzahnt, so dass die jeweilige Wuchtscheibe 46, 48 eine jeweilige, zweite Innenverzahnung aufweist. Der Wuchtscheibe 46 ist eine Anschlagscheibe 50 zugeordnet, welche in axialer Richtung zwischen der Wuchtscheibe 46 und einer Tellerfeder 52 angeordnet ist, mittels welcher die Wuchtscheiben 46 und 48 unter Vermittlung des Blechpakets 30 axial gegeneinander verspannt sind. Eine Trennebene zwischen Rotorsegmenten des Blechpakets 30 ist in 1 mit 54 bezeichnet, wobei die Rotorsegmente des Blechpakets 30 in axialer Richtung des Rotors 14 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Eine optional vorgesehene Flüssigdichtung, insbesondere zwischen jeweils zwei der Rotorsegmente, ist in 1 mit 56 bezeichnet.
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In 2 ist die Wuchtscheibe 46 gezeigt, deren zweite Innenverzahnung in 2 mit 58 bezeichnet ist. In 4 ist die Wuchtscheibe 48 gezeigt, deren zweite Innenverzahnung mit 60 bezeichnet ist. In 5 ist eine der ersten Außennuten mit 62 bezeichnet. Eine weitere der ersten Außennuten ist in 6 gezeigt und dort mit 63 bezeichnet. Aus 5 geht eine Anordnung der Wuchtscheibe 46 auf der Rotorwelle 28 hervor und aus 6 geht eine Anordnung der Wuchtscheibe 48 auf der Rotorwelle 28 hervor. Die jeweilige Wuchtscheibe 46, 48 ist insbesondere derart mit der Rotorwelle 28 drehfest verbunden, dass die jeweilige, zweite Innenverzahnung 58, 60 der jeweiligen Wuchtscheibe 46, 48 in Eingriff mit der Außenverzahnung 34 der Rotorwelle 28 steht. In den 5 und 6 ist die erste Strömungsrichtung, in die das Kühlmittel durch die ersten Außennuten 62 und 63 hindurchströmt, veranschaulicht, wobei die erste Strömungsrichtung senkrecht zur Bildebene von 5 beziehungsweise 6 verläuft und dabei auf einen jeweiligen Betrachter von 5 beziehungsweise 6 zu verläuft, mithin aus der jeweiligen Bildebene von 5 beziehungsweise 6 heraustritt.
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7 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht das Blechpaket 30 des Rotors 14 der elektrischen Maschine 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Ein Rotorblech des Blechpakets 30 ist mit 64 bezeichnet. Die auch als erste Innenverzahnung bezeichnete Innenverzahnung des Blechpakets 30 ist in 7 mit 40 bezeichnet. Einer der zweiten Zähne der Innenverzahnung 40 ist in 7 mit 68 bezeichnet. Am Beispiel des Zahns 68 ist erkennbar, dass der Zahn 68 als ein Hohlzahn ausgebildet ist. Außerdem sind Magnettaschen des Blechpakets 30 in 8 mit 70 bezeichnet, wobei in der jeweiligen Magnettasche wenigstens oder genau ein Permanent-Magnet des Rotors 14 angeordnet ist.
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Des Weiteren ist in 8 eine der zweiten Außennuten mit 72 veranschaulicht, wobei das Kühlmittel die Außennut 72 in die zweite Strömungsrichtung durchströmt, wobei die zweite Strömungsrichtung senkrecht zur Bildebene von 8 verläuft und dabei von einem jeweiligen Betrachter von 8 weg verläuft, mithin in die Bildebene in 8 hinein verläuft, während die erste Strömungsrichtung senkrecht zur Bildebene in 8 verläuft und dabei aus der Bildebene von 8 heraustritt. Die jeweilige, erste Außennut wird auch als erster Durchflusskanal bezeichnet oder erster Durchflusskanal, durch den das Kühlmittel in die erste Strömungsrichtung hindurchströmt. Die jeweilige Außennut wird auch als zweiter Durchflusskanal bezeichnet oder ist ein jeweiliger zweiter Durchflusskanal, durch die das Kühlmittel in die zweite Strömungsrichtung hindurchströmt. Hierdurch ist eine wechselseitige Durchströmung der Durchflusskanäle realisiert. Die wechselseitige Durchströmung der Durchflusskanäle kann vorsehen, dass sich in Umfangsrichtung des Rotors 14 betrachtet die ersten Strömungsrichtungen und die zweiten Strömungsrichtungen abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. Ferner ist es denkbar, dass in Umfangsrichtung des Rotors 14 betrachtet zwei oder demgegenüber mehr erste Strömungsrichtungen direkt benachbart sind, woran sich zwei oder demgegenüber mehr in Umfangsrichtung des Rotors 14 betrachtet direkt benachbarte, zweite Strömungsrichtungen anschließen. Ferner ist es denkbar, dass in Umfangsrichtung des Rotors 14 betrachtet zwischen einer ersten Strömungsrichtung und einer zweiten Strömungsrichtung wenigstens eine oder mehrere der Nuten 38 nicht von dem Kühlmittel durchströmt wird beziehungsweise werden.
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9 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Querschnittsansicht den Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei aus 9 besonders gut der Zahn 68 erkennbar ist. Der Zahn 68 ist vorteilhaft so ausgebildet, dass sich die Aussparung in der Zahnmitte des Hohlzahns bis auf den Innendurchmesser des Blechpakets erstreckt. Die jeweilige, erste Strömungsrichtung ist in 9 mit 74 bezeichnet, und die jeweilige, zweite Strömungsrichtung ist in 9 mit 76 bezeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Stator
- 14
- Rotor
- 16
- Pfeil
- 18
- Drehachse
- 20
- Blechpaket
- 22
- Statorwicklung
- 24
- Wickelkopf
- 26
- Wickelkopf
- 28
- Rotorwelle
- 30
- Blechpaket
- 32
- Hohlwellenkammer
- 34
- Außenverzahnung
- 36
- Zahn
- 38
- Nut
- 40
- Innenverzahnung
- 42
- erste Überströmöffnung
- 44
- zweite Überströmöffnung
- 46
- Wuchtscheibe
- 48
- Wuchtscheibe
- 50
- Anschlagscheibe
- 52
- Tellerfeder
- 54
- Trennebene
- 56
- Flüssigdichtung
- 58
- zweite Innenverzahnung
- 60
- zweite Innenverzahnung
- 62
- erste Außennut
- 63
- erste Außennut
- 64
- Rotorblech
- 68
- Zahn
- 70
- Magnettasche
- 72
- zweite Außennut
- 74
- erste Strömungsrichtung
- 76
- zweite Strömungsrichtung
- R1
- erste Reihe
- R2
- Zweite Reihe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019112790 A1 [0002]
