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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungswegelement und eine elektrische rotierende Maschine.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Eine rotierende elektrische Maschine ist mit einem Rotor, der eine Welle aufweist, und einem Stator versehen, der dem Rotor mit einem Spalt in radialer Richtung gegenüberliegt. An Eingangswellen von einigen rotierenden elektrischen Maschinen sind ein Ölzufuhrkanal, der sich in axialer Richtung erstreckt, und mehrere Ölzufuhrbohrungen vorgesehen, die sich von dem Ölzufuhrkanal radial nach außen erstrecken und auf der Außenumfangsfläche münden (z. B. Patentdokument 1). Das von einer Ölpumpe dem Ölzufuhrkanal der Eingangswelle zugeführte Öl wird von den Ölzufuhrbohrungen durch die Zentrifugalkraft in das Innere eines Magnetrotors zugeführt. An der Eingangswelle ist der Ölzufuhrkanal eine Stoppbohrung mit einem Boden, wobei sich der Boden des Ölzufuhrkanals in Form einer Kegelbohrung vertieft.
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ERMITTELTE SCHRIFT
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PATENTDOKUMENT
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Patentdokument 1:
JP 5730740 A -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
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Im oben beschriebenen Ölzufuhrkanal ist der Druckverlust in der Nähe des Bodens tendenziell groß. D. h., Turbulenzen in der Nähe des Bodens erzeugen häufig große Wirbel, die den Ölfluss vom Ölzufuhrkanal in die Ölzufuhrbohrung behindern können. Um einen reibungslosen Zufluss von Öl vom Ölzufuhrkanal in die Ölzufuhrbohrung zu bewirken, ist es beispielsweise denkbar, den Boden des Ölzufuhrkanals von der Ölzufuhrbohrung in axialer Richtung weiter entfernt anzuordnen. In diesem Fall erhöht sich jedoch durch die Verlängerung des Ölzufuhrkanals in axialer Richtung die Bearbeitungszeit bei der Herstellung und die Festigkeit der Eingangswelle reduziert sich.
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Einer der Zwecke der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Strömungswegelement und eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die den Druckverlust eines innen strömended Fluids reduzieren können.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Strömungswegelement mit einem Strömungsweg, durch dessen Inneres ein Fluid fließt, wobei der Strömungsweg mit einem ersten Strömungswegteil, der eine Bohrungsform mit einem Boden annimmt, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und einem zweiten Strömungswegteil versehen ist, der von dem ersten Strömungswegteil abzweigt und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet. Der erste Strömungswegteil weist einen Boden auf, der das in der ersten Richtung einseitige Ende des ersten Strömungswegteils abdichtet. Der Boden weist einen konvexen Teil auf, der zur anderen Seite der ersten Richtung hin vorsteht.
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Ein Aspekt der rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung ist mit einem Rotor, der um eine sich in die erste Richtung erstreckende Mittelachse drehbar ist, und einem Stator versehen, der radial außerhalb des Rotors positioniert ist. Der Rotor weist das oben beschriebene Strömungswegelement und einen Rotorkern auf, der auf der Außenumfangsfläche des Strömungswegelements fixiert ist. Das durch den zweiten Strömungsweg strömende Fluid strömt zu dem Rotorkern und/oder dem Stator.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Durch das Strömungswegelement und die rotierende elektrische Maschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Druckverlust des innen strömenden Fluids reduziert werden.
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Figurenliste
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- 1 eine Schnittansicht einer rotierenden elektrische Maschine in einer Ausführungsform;
- 2 eine Schnittansicht, die einen Teil einer Hohlwelle der rotierenden elektrischen Maschine vergrößert zeigt;
- 3 ein Diagramm für die Beziehung zwischen dem Überstand h eines konvexen Teils und dem Druckverlust;
- 4 ein Diagramm für die Beziehung zwischen dem Spitzenwinkel α des konvexen Teils und dem Druckverlust; und
- 5 ein schematisches Strukturbild, das ein abgewandeltes Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine in einer Ausführungsform perspektivisch zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Wie in 1 dargestellt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Richtung, in der sich die Mittelachse J einer rotierenden elektrischen Maschine 10 erstreckt, einfach als „axiale Richtung“ bezeichnet. Die Mittelachse J ist auch die Mittelachse (Mittellinie) des später beschriebenen ersten Strömungswegteils 92. Die Erstreckungsrichtung des ersten Strömungswegteils 92 wird als „erste Richtung“ bezeichnet. In der später beschriebenen Ausführungsform sind die Mittelachse J und die erste Richtung parallel. In der vorliegenden Ausführungsform ist die axiale Richtung z. B. eine Richtung entlang einer horizontalen Richtung. Die axiale Richtung entspricht der Richtung der X-Achse, die in jeder Zeichnung dargestellt ist. Eine Seite der axialen Richtung (eine Seite der ersten Richtung) ist die +X-Seite, und die andere Seite der axialen Richtung (die andere Seite der ersten Richtung) ist die -X-Seite. In der vorliegenden Ausführungsform wird ferner die radiale Richtung um die Mittelachse J einfach als „radiale Richtung“ bezeichnet, und die Umfangsrichtung um (in Bezug auf) die Mittelachse J (oder „der ersten Richtung“) wird einfach als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Die Richtung, die die „erste Richtung“ schneidet, wird als „zweite Richtung“ bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die „zweite Richtung“ die Richtung, die orthogonal zur „ersten Richtung“ ist. Wenn die „erste Richtung“ parallel zur Mittelachse J ist, ist die „zweite Richtung“ die „radiale Richtung“. Die radiale Innenseite ist die Innenseite der zweiten Richtung, und die radiale Außenseite ist die Außenseite der zweiten Richtung.
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In der vorliegenden Ausführungsform bildet die rotierende elektrische Maschine 10 einen Teil eines Antrieb 100. Der Antrieb 100 ist in einem Fahrzeug eingebaut und dreht die Fahrzeugwelle, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist. Das Fahrzeug, in dem der Antrieb 100 eingebaut ist, ist ein motorgetriebenes Fahrzeug, wie z. B. ein Hybridfahrzeug (HEV), ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV) oder ein Elektrofahrzeug (EV).
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Der Antrieb 100 ist mit dem rotierenden Elektromotor 10, einer nicht dargestellten Übertragungseinrichtung (z.B. Getriebevorrichtung), einer Gehäuseeinheit 80, deren Darstellung teilweise weggelassen wird, und einem Kühlmittelströmungsweg 90 versehen, dessen Darstellung teilweise weggelassen wird. Die Übertragungseinrichtung ist mit der rotierenden elektrischen Maschine 10 verbunden und überträgt die Drehung eines Rotors 30 der rotierenden elektrischen Maschine 10 auf die Fahrzeugwelle des Fahrzeugs. Die Übertragungseinrichtung weist eine Untersetzungsvorrichtung, die mit der rotierenden elektrischen Maschine 10 verbunden ist, und eine Differenzialvorrichtung auf, die mit der Untersetzungsvorrichtung verbunden ist.
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Die rotierende elektrische Maschine 10 ist mit dem Rotor 30, der um die Mittelachse J drehbar ist, dem Stator 40, der radial außerhalb des Rotors 30 positioniert ist, einem Gehäuse 11 und mehreren Lagern 15, 16 versehen. Die rotierende elektrische Maschine 10 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Innenläufermotor. Der Rotor 30 dreht sich um die Mittelachse J in Bezug auf den Stator 40.
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Das Gehäuse 11 nimmt den Rotor 30 und den Stator 40 auf. Das Gehäuse 11 bildet einen Teil der Gehäuseeinheit 80. Die Gehäuseeinheit 80 weist das Gehäuse 11 und ein Getriebegehäuse 12 auf, in dem die Untersetzungsvorrichtung und die Differentialvorrichtung der Übertragungseinrichtung aufgenommen sind. Das Gehäuse 11 kann auch Motorgehäuse genannt werden. Die Gehäuseeinheit 80 nimmt ferner das Öl O auf. Das Öl O ist ein Fluid. Das Öl O wälzt sich im Kühlmittelströmungsweg 90 um. Das Öl O wird als Kühlmittel zur Kühlung der rotierenden elektrischen Maschine 10 verwendet. Das Öl O wird ferner als Schmieröl für die Lager 15, 16, das Untersetzungsgetriebe und das Differentialgetriebe verwendet. Als Öl O wird bevorzugt ein Öl verwendet, das z. B. einem Automatikgetriebeöl (ATF: Automatic Transmission Fluid) mit einer relativ niedrigen Viskosität entspricht, um die Funktionen eines Kühlmittels und eines Schmieröls zu erfüllen.
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Das Gehäuse 11 nimmt eine röhrenförmige Form an, die sich in axialer Richtung erstreckt. Das Gehäuse 11 weist einen Umfangswandabschnitt 11a und paarweise Seitenwandabschnitte 11b, 11 c auf. Der Umfangswandabschnitt 11a ist zylindrisch um die Mittelachse J und erstreckt sich in axialer Richtung. Die paarweisen Seitenwandabschnitte 11b, 11c sind jeweils plattenförmig. Jedes der paarweisen Seitenwandabschnitte 11b, 11c weist paarweise Plattenfläche auf, die in axialer Richtung orientiert sind. Von den paarweisen Seitenwandabschnitten 11b, 11c ist ein Seitenwandabschnitt 11b mit einem axialen Ende des Umfangswandabschnitts 11a verbunden. Von den paarweisen Seitenwandabschnitten 11b, 11c ist der andere Seitenwandabschnitt 11c mit dem anderen axialen Ende des Umfangswandabschnitts 11a verbunden. Ein Seitenwandabschnitt 11b hält ein Lager 15. Der andere Seitenwandabschnitt 11c hält ein Lager 16. Die mehreren Lager 15, 16 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet. Bei den Lagern 15, 16 handelt es sich z. B. um ein Kugellager oder ein Rollenlager.
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Der Rotor 30 weist ein Strömungswegelement, einen Rotorkern 32 und einen Magneten 33 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Strömungswegelement eine Hohlwelle 31. Die Hohlwelle 31 erstreckt sich in axialer Richtung um die Mittelachse J. Die Hohlwelle 31 ist zylindrisch. Die Hohlwelle 31 ist durch die mehreren Lager 15, 16 um die Mittelachse J drehbar gehalten. Die Hohlwelle 31 weist einen Strömungsweg 91 auf, durch dessen Inneres das Öl O, also das Fluid fließt. Der Strömungsweg 91 bildet einen Teil des Kühlmittelströmungswegs 90. Der Kühlmittelströmungsweg 90 wird später gesondert beschrieben.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist der Strömungsweg 91 mit einem ersten Strömungswegteil 92 und einem zweiten Strömungswegteil 93 versehen. Der erste Strömungswegteil 92 nimmt eine Bohrungsform mit einem Boden an, die sich in einer Richtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die eine Richtung der axialen Richtung. Im Detail nimmt der erste Strömungswegteil 92 eine kreisförmige Bohrungsform mit einem Boden an, die sich in axialer Richtung um die Mittelachse J erstreckt. Der zweite Strömungswegteil 93 zweigt von dem ersten Strömungswegteil 92 ab und erstreckt sich in einer Richtung, die die Mittelachse J schneidet. D. h., der zweite Strömungswegteil 93 erstreckt sich in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung schneidet. Das dem Strömungsweg 91 zugeführte Öl O fließt durch den ersten Strömungswegteil 92 zu einer Seite (+X-Seite) in axialer Richtung und fließt von dem ersten Strömungswegteil 92 in den zweiten Strömungswegteil 93 ein. Das durch den zweiten Strömungswegteil 93 fließende Öl O fließt zu dem Rotorkern 32 und/oder dem Stator 40 hin. In der vorliegenden Ausführungsform fließt das durch den zweiten Strömungswegteil 93 fließende Öl O zum Rotorkern 32 hin aus und ein Teil des Öls O, das das Innere des Rotorkerns 32 passiert, fließt durch Zentrifugalkraft usw. zu einem Teil des Stators 40 hin aus. Der Teil des Stators 40 weist beispielsweise eine Spule 43, die später beschrieben wird, auf.
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Der erste Strömungswegteil 92 weist einen Boden 94 auf, der das axial einseitige Ende des ersten Strömungswegteils 92 abdichtet. Der Boden 94 ist ein Wandteil, der einen Teil der Innenwand des ersten Strömungswegteils 92 ausbildet, ist am axial einseitigen Ende des ersten Strömungswegteils 92 angeordnet und zur axial anderen Seite (-X-Seite) gerichtet. D. h., der erste Strömungswegteil 92 ist eine so genannte Stoppbohrung mit einem gesperrten Ende auf axial einer Seite. Obwohl dies nicht besonders dargestellt ist, ist das Ende des ersten Strömungswegteils 92 auf der axial anderen Seite mit einem Teil (einem stromaufwärts gelegten Strömungsweg, der später beschrieben wird) des Kühlmittelströmungswegs 90 abgesehen vom Strömungsweg 91 verbunden.
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Der Boden 94 weist einen konvexen Teil 95 auf, der auf die axial andere Seite vorsteht. Das in 2 dargestellte Zeichen VS bezeichnet eine virtuelle Ebene VS, die durch einen Rand 92a des ersten Strömungswegteils 92 verläuft, die am weitesten auf axial einer Seite liegt, und sich in einer Richtung erweitert, die senkrecht zur Mittelachse J steht. Der konvexe Teil 95 steht auf die axial andere Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS vor. D. h., der konvexe Teil 95 ist weiter auf der axial anderen Seite als die virtuelle Ebene VS angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt der konvexe Teil 95 eine konische Form an.
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Wenn der Boden des ersten Strömungswegteils beispielsweise eine konische Bohrungsform annimmt, die sich auf die axial eine Seite vertieft, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist, entsteht in der Nähe des Bodens ein großer Wirbel (turbulente Strömung) mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen dem Durchmesser des ersten Strömungswegteils entspricht. Ein solcher großer Wirbel behindert den Ölfluss von dem ersten Strömungsweg in den zweiten Strömungsweg. Demgegenüber ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein konvexer Teil 95 am Boden 94 des ersten Strömungswegteils 92 vorgesehen, wodurch der Fluss des Öls O durch den konvexen Teil 95 geteilt, und der Durchmesser des in der Nähe des Bodens entstehenden Wirbels 94 klein gehalten werden kann. Konkret kann, wenn der konvexe Teil 95 am Boden 94 vorgesehen ist, der Durchmesser des in der Nähe des Bodens 94 entstehenden Wirbels beispielsweise auf etwa die Hälfte des Durchmessers D des ersten Strömungswegteils 92 unterdrückt werden. Daher wird der Fluss des Öls O von dem ersten Strömungswegteil 92 in den zweiten Strömungswegteil 93 weniger durch den Wirbel behindert, wird der Druckverlust des durch den Strömungsweg 91 fließenden Öls O reduziert und kann der Durchfluss des Öls, das über den zweiten Strömungswegteil 93 ausfließt, stabilisiert werden. Außerdem wird der Fluss des Öls O, das von dem ersten Strömungswegteil 92 in den zweiten Strömungswegteil 93 einfließt, weniger behindert, so dass der Boden 94 des ersten Strömungswegteils 92 und der zweite Strömungswegteil 93 in axialer Richtung nahe beieinander angeordnet sein können. Daher kann die axiale Abmessung des ersten Strömungswegteils 92 klein gehalten werden, die Bearbeitungszeit bei der Herstellung reduziert werden und die Festigkeit der Hohlwelle 31 leicht gesichert werden. Bei der Herstellung der Hohlwelle 31 kann ein konischer konvexer Teil 95 durch eine spanabhebende Bearbeitung mit einem Schneidwerkzeug, z. B. einem Schaftfräser, am Boden 94 des ersten Strömungswegteils 92 leicht gebildet werden, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist. Das zur Bildung des konvexen Teils 95 verwendete Schneidwerkzeug weist bspw. eine an der Spitze des Werkzeugs angeordnete Unterklinge auf, die sich radial nach innen des Werkzeugs schräg zum hinteren Ende des Werkzeugs hin erstreckt.
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In der vorliegenden Ausführungsform fließt das Öl O, das vom ersten Strömungswegteil 92 in den zweiten Strömungswegteil 93 reibungslos einfließt, stabil von dem zweiten Strömungswegteil 93. Daher kann zumindest einer von dem Rotorkern 32 und dem Stator 40 effizient und stabil gekühlt werden.
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Der konvexe Teil 95 nimmt zur axial anderen Seite hin in radialer Richtung ab. In der vorliegenden Ausführungsform fließt das Öl O durch den ersten Strömungswegteil 92 von der axial anderen Seite (-X-Seite) zur axial einen Seite (+X-Seite) und zwar entlang dem konvexen Teil 95 am Boden 94, wodurch der Fluss des Öls O reibungsloser verteilt wird. Daher ist es einfach, den Durchmesser des Wirbels, der in der Nähe des Bodens 94 entsteht, stabil klein zu halten. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenfläche des konvexen Teils 95 in der Schnittansicht entlang der Mittelachse J geradlinig, wie in 2 dargestellt. D. h., in der in 2 dargestellten Schnittansicht weist die Außenfläche des konvexen Teils 95 über die gesamte axiale Länge des konvexen Teils 95 einen konstanten Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachse J auf. Die Außenfläche des konvexen Teils 95 kann in der Schnittansicht entlang der Mittelachse J konvex oder konkav sein, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist.
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Der konvexe Teil 95 der vorliegenden Ausführungsform nimmt eine konische Form an, die von der virtuellen Ebene VS zur axial anderen Seite hin im Durchmesser schrumpft. Daher weist die Außenfläche des konvexen Teils 95 einen gekrümmten Oberflächenteil 95a auf, der zumindest teilweise gekrümmt ist. Der gekrümmte Oberflächenteil 95a ist in Form einer konvexen Kurve gekrümmt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der gekrümmte Oberflächenteil 95a über den gesamten Umfang des konvexen Teils 95 angeordnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform fließt das Öl O reibungslos entlang dem gekrümmten Oberflächenteil 95a, so dass der um den gekrümmten Oberflächenteil 95a entstehende Wirbel verkleinert werden kann und der Druckverlust weiter reduziert werden kann. Als konvexer Teil 95 mit dem gekrümmten Oberflächenteil 95a kann beispielsweise eine Kegelstumpfform abgesehen von der Kegelform verwendet werden, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist.
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Wenn der Durchmesser des ersten Strömungswegteils 92 D ist, liegt der Überstand h des konvexen Teils 95, der zur axial anderen Seite vorsteht, bevorzugt zwischen D/5 und D. 3 ist ein Diagramm für die Beziehung zwischen dem Überstand h des konvexen Teils 95 und dem Druckverlust des durch den Strömungsweg 91 fließenden Öls O. Im Detail zeigt 3 die Simulationsergebnisse im Fall, in dem der Durchmesser D des ersten Strömungswegteils 92 beispielsweise 10 mm beträgt und das Verhältnis des Überstands h zum Durchmesser D in einem vorgegebenen Bereich geändert wird. Die mit „FLACHE WAND“ bezeichnete Gerade im Diagramm von 3 stellt den Wert des Druckverlustes im Fall dar, in dem der Boden des ersten Strömungswegteils als eine Ebene (entsprechend der virtuellen Ebene VS) angenommen wird, die sich in Richtung senkrecht zur Mittelachse J erweitert, also es handelt sich um ein Vergleichsbeispiel.
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Wie in 3 dargestellt, ist der Druckverlustwert mit einem Überstand h des konvexen Teils 95 von gleich oder mehr als 2 mm, d. h. gleich oder mehr als D/5, im Vergleich zum Druckverlustwert mit einem Überstand h des konvexen Teils 95 von kleiner als D/5 (hier kleiner als 2 mm) klein. D. h., indem der Überstand h des konvexen Teils 95 D/5 oder mehr beträgt, kann die oben beschriebe Funktion des konvexen Teils 95 stabil erhalten werden und der Druckverlust angemessener reduziert werden. Der Druckverlustwert mit einem Überstand h des konvexen Teils 95 von gleich oder kleiner als 10 mm, d. h. gleich oder kleiner als D, ist im Vergleich zum Druckverlustwert mit dem Überstand h des konvexen Teils 95 größer als D (hier größer als 10 mm) klein. D. h., indem der Überstand h des konvexen Teils 95 gleich D oder kleiner als D ist, kann stabil unterdrückt werden, dass der Fluss des Öls O, das vom ersten Strömungswegteil 92 in den zweiten Strömungswegteil 93 einfließt, durch den konvexen Teil 95 leicht behindert wird, und der Druckverlust wird angemessener reduziert. Mit anderen Worten, indem der Überstand h des konvexen Teils 95 zwischen D/5 oder mehr und D oder kleiner liegt (D/5 ≤ h ≤ D), kann der Druckverlust im Strömungswegelement verkleinert werden.
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Wie in 2 dargestellt, weist der konvexe Teil 95 einen Innenumfangsführungsteil 95b auf, der radial innerhalb des Außenumfangsteils des Bodens 94 liegt. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Außenumfangsteil des Bodens 94 den Rand 92a auf axial einer Seite des ersten Strömungswegteils 92 auf. Der Innenumfangsführungsteil 95b steht weiter zur axial anderen Seite hin als der Außenumfangsteil des Bodens 94 vor. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Fluss des Öls O, das im ersten Strömungswegteil 92 zu axial einer Seite läuft, durch Führung durch den Innenumfangsführungsteil 95b leicht in radialer Richtung verteilt. Daher ist es einfach, den Durchmesser des Wirbels, der in der Nähe des Bodens 94 entsteht, stabil klein zu halten.
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Der konvexe Teil 95 weist einen Spitzenteil 95c auf, der sich zu der axial anderen Seite hin verjüngt. Der Spitzenteil 95c liegt radial innerhalb des Außenumfangsteils des Bodens 94. Der Spitzenteil 95c ist am Innenumfangsführungsteil 95b angeordnet. Der Spitzenteil 95c ist an einem Ende des konvexen Teils 95 auf der axial anderen Seite angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Spitzenteil 95c einen Teil auf, der auf der Mittelachse J liegt.
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Der Spitzenteil 95c weist einen Spitzenwinkel α im Querschnitt entlang der axialen Richtung auf, der bevorzugt zwischen 30 Grad und 140 Grad liegt, wie in 2 dargestellt. 4 ist ein Diagramm für die Beziehung zwischen dem Spitzenwinkel α des Spitzenteils 95c und dem Druckverlust des durch den Strömungsweg 91 fließenden Öls O. Die mit „FLACHE WAND“ bezeichnete Gerade im Diagramm von 4 ist dieselbe wie die oben beschriebene „FLACHE WAND“ in 3, und stellt ein Vergleichsbeispiel dar.
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Wie in 4 dargestellt, ist der Wert des Druckverlustes mit einem Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 von größer als 30 Grad im Vergleich zum Wert des Druckverlustes mit einem Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 kleiner als 30 Grad klein. D. h., indem der Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 30 Grad oder mehr beträgt, wird das Öl O durch den konvexen Teil 95 in radialer Richtung geändert und eine turbulente Strömung stabil unterdrückt, und der Druckverlust wird angemessener reduziert. Der Wert des Druckverlustes mit einem Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 von gleich oder kleiner als 140 Grad ist im Vergleich zum Wert des Druckverlustes mit einem Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 von größer als 140 klein. D. h., indem der Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 gleich oder kleiner als 140 Grad ist, kann der Überstand h des konvexen Teils 95 leichter gesichert, die oben beschriebene Funktion stabil erhalten und der Druckverlust angemessener reduziert werden. Mit anderen Worten, indem der Spitzenwinkel α des konvexen Teils 95 zwischen 30 Grad oder mehr und 140 Grad oder weniger liegt (30 Grad ≤ α ≤ 140 Grad), kann der Druckverlust im Strömungswegelement verkleinert werden.
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Wie in 1 dargestellt, ist in der vorliegenden Ausführungsform der zweite Strömungswegteil 93 röhrenförmig (bohrungsförmig) und erstreckt sich in radialer Richtung. Es genügt, wenn der zweite Strömungswegteil 93 vom ersten Strömungswegteil 92 abzweigt und sich in radialer Richtung erstreckt oder zumindest bohrungsförmig ist. Der zweite Strömungswegteil 93 mündet in die Innenumfangsfläche des ersten Strömungswegteils 92, d. h. in die Innenumfangsfläche der Hohlwelle 31, und in die Außenumfangsfläche der Hohlwelle 31. D. h., der zweite Strömungswegteil 93 durchdringt den Umfangswandteil der Hohlwelle 31 in radialer Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Querschnitt des zweiten Strömungswegteils 93 in der Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung kreisförmig.
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Mehrere zweite Strömungswegteile 93 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet. Jeder der zweiten Strömungswegteile 93 ist in radialer Richtung gesehen überlappend zum Rotorkern 32 angeordnet. Konkret überlappen die zweiten Strömungswegteile 93 die Teile, die zwischen den beiden axialen Enden des Rotorkerns 32 liegen, in radialer Richtung gesehen. Der zweite Strömungswegteil 93 ist mit einem im Rotorkern 32 vorgesehenen Ölströmungswegteil (nicht dargestellt) verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die mehreren zweiten Strömungswegteile 93 einen zweiten Strömungswegteil 93a, der mit dem axial einseitigen Ende des ersten Strömungswegteils 92 verbunden ist, und einen zweiten Strömungswegteil 93b, der mit einem Zwischenteil zwischen dem axial einseitigen Ende und dem axial anders-seitigen Ende des ersten Strömungswegteils 92 verbunden ist, auf.
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In der vorliegenden Ausführungsform fließt das Öl O vom ersten Strömungswegteil 92 in den einen zweiten Strömungswegteil 93a unter den mehreren zweiten Strömungswegteilen 93, der am weitesten auf axial einer Seite liegt, reibungslos und stabil ein. D. h., in der vorliegenden Ausführungsform liegt der zweite Strömungswegteil 93a unter den mehreren zweiten Strömungswegteilen 93 am weitesten auf axial einer Seite und liegt in axialer Richtung nahe dem Boden 94 und dem konvexen Teil 95. Daher kann der Durchfluss des Öls, das in jeden zweiten Strömungswegteil 93 einfließt, nur wenig schwanken oder variieren, selbst wenn die zweiten Strömungswegteile 93 an mehreren Stellen in axialer Richtung vorgesehen sind, wie in der vorliegenden Ausführungsform. Folglich kann das über jeden zweiten Strömungswegteil 93 ausfließende Öl O den Rotorkern 32, den Magneten 33, einen Teil des Stators 40 usw. stabil kühlen.
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Die mehreren zweiten Strömungswegteile 93 sind in Umfangsrichtung in gleichen Abständen vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zweiten Strömungswegteile 93a in gleichen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Außerdem sind die anderen zweiten Strömungswegteile 93b in gleichen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform kann das durch den ersten Strömungswegteil 92 fließende Öl O gleichmäßig in Umfangsrichtung zu jedem zweiten Strömungswegteil 93 fließen. Die turbulenten Strömungen des Öls O können unterdrückt werden und das Öl O kann reibungslos vom ersten Strömungswegteil 92 zum zweiten Strömungswegteil 93 fließen.
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Wie in 2 dargestellt, ist der konvexe Teil 95 weiter auf axial einer Seite der Bohrungsmitte C angeordnet, die die Mittelachse (Mittellinie) des zweiten Strömungswegteils 93 ist. Mit anderen Worten, der konvexe Teil 95 ist weiter auf axial einer Seite als der Mittelpunkt der Mündung des zweiten Strömungswegteils 93 in axialer Richtung angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform kann leichter unterdrückt werden, dass der konvexe Teil 95 den Fluss des Öls O von dem ersten Strömungswegteil 92 in den zweiten Strömungswegteil 93 behindert.
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Die axiale Abmessung L zwischen einem Teil des Bodens 94, der am weitesten auf axial einer Seite liegt, und dem zweiten Strömungswegteil 93 ist bevorzugt gleich oder größer als der Radius des ersten Strömungswegteils 92, d. h. gleich oder größer als D/2. In diesem Fall wird unterdrückt, dass der Boden 94 in axialer Richtung zu nahe am zweiten Strömungswegteil 93 liegt, und ein in der Nähe des Bodens 94 entstehender Wirbel wird häufiger vom zweiten Strömungswegteil 93 entfernt erzeugt, so dass der Druckverlust leichter reduziert werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Teil des Bodens 94, der am weitesten auf axial einer Seite liegt, der Außenumfangsteil des Bodens 94 einschließlich des Randes 92a. D. h., in der vorliegenden Ausführungsform ist die axiale Abmessung L der Abstand zwischen dem Rand 92a und dem einen Strömungswegteil 93a in axialer Richtung.
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Die axial Abmessung L zwischen dem Teil des Bodens 94, der am weitesten auf axial einer Seite liegt, und dem zweiten Strömungswegteil 93 ist bevorzugt gleich oder kleiner als der Durchmesser D des ersten Strömungswegteils 92. In diesem Fall kann der Effekt durch den konvexen Teil 95 des Bodens 94 in angemessener Weise erzielt werden, während die axiale Abmessung des ersten Strömungswegteils 92 klein gehalten wird.
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Wie in 1 dargestellt, nimmt der Rotorkern 32 eine röhrenförmige Form um die Mittelachse J an und erstreckt sich in axialer Richtung. Der Rotorkern 32 weist einen größeren Außendurchmesser als die Hohlwelle 31 auf. Der Rotorkern 32 weist eine kleinere axiale Abmessung als die Hohlwelle 31 auf. Der Rotorkern 32 ist radial außerhalb der Hohlwelle 31 angeordnet. Der Rotorkern 32 ist zwischen den beiden Enden der Hohlwelle 31 in axialer Richtung angeordnet. Die Innenumfangsfläche des Rotorkerns 32 ist mit der Außenumfangsfläche der Hohlwelle 31 durch Einpressen, Verkleben usw. fixiert. D. h., der Rotorkern 32 ist auf der Außenumfangsfläche der Hohlwelle 31 fixiert. Der Rotorkern 32 ist in axialer Richtung zwischen den paarweisen Lagern 15, 16 angeordnet. Der Magnet 33 ist an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 32 fixiert.
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Der Stator 40 liegt dem Rotor 30 mit einem Spalt in radialer Richtung gegenüber. Der Stator 40 umgibt den Rotor 30 radial von außen über den Umfang in Umfangsrichtung. Der Stator 40 weist einen Statorkern 41, einen Isolator 42 und eine Spule 43 auf.
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Der Statorkern 41 ist röhrenförmig um die Mittelachse J und erstreckt sich in axialer Richtung. Der Statorkern 41 umgibt den Rotor 30 radial von außen. Der Statorkern 41 weist z. B. mehrere elektromagnetische Stahlbleche (z.B. Bleche aus elektromagnetischem Stahl) auf, die in axialer Richtung gestapelt sind. Die Außenumfangsfläche des Statorkerns 41 ist in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Gehäuses 11. Der Statorkern 41 und das Gehäuse 11 werden z. B. durch Verschrauben oder Einfügen aneinander fixiert.
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Der Statorkern 41 weist einen Kernrücken 41a und mehrere Zähne 41b auf. Der Kernrücken 41a ist säulenförmig um die Mittelachse J. Die Außenumfangsfläche des Kernrückens 41a steht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Umfangswandabschnitts 11a. Die Zähne 41b stehen von der Innenumfangsfläche des Kernrückens 41a radial nach innen vor. Die Zähne 41b sind plattenförmig und paarweise Plattenflächen sind in Umfangsrichtung orientiert. Die mehreren Zähne 41b sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet. Die radial innere Fläche jedes der Zähne 41b liegt der Außenumfangsfläche des Rotors 30 mit einem Spalt gegenüber.
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Ein Isolator 42 wird auf den Statorkern 41 angebracht. Der Isolator 42 ist z. B. aus Harz gebildet und ist aus einem isolierenden Material usw. gebildet. Der Isolator 42 weist einen Abschnitt auf, der mindestens einen Teil jedes der Zähne 41b abdeckt. Die Spule 43 wird über den Isolator 42 an den Statorkern 41 angebracht. Die mehreren Spulen 43 sind in Umfangsrichtung nebeneinander vorgesehen. Jede Spule 43 wird über den Isolator 42 an jeden der Zähne 41b angebracht.
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Der Kühlmittelströmungsweg 90 ist in der Gehäuseeinheit 80 vorgesehen. Durch den Kühlmittelströmungsweg 90 fließt das Fluid als Kühlmittel, also das Öl O. Der Kühlmittelströmungsweg 90 ist über das Innere des Gehäuses 11 und das Innere des Getriebegehäuses 12 überspannend vorgesehen. In diesem Fall ist der Kühlmittelströmungsweg 90 beispielsweise ein Weg, über den das im Getriebegehäuse 12 gespeicherte Öl O der rotierenden Maschine 10 im Gehäuse 11 zugeführt wird und wieder in das Getriebegehäuse 12 zurückkehrt.
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Der Kühlmittelströmungsweg 90 weist den Strömungsweg 91, einen nicht dargestellten, stromaufwärts gelegenen Strömungsweg, der stromaufwärts des Strömungswegs 91 angeordnet ist, und einen nicht dargestellten, stromabwärts gelegenen Strömungsweg auf, der stromabwärts des Strömungswegs 91 angeordnet ist. Obwohl dies nicht besonders dargestellt ist, sind eine Pumpe und ein Kühler im Kühlmittelströmungsweg 90 vorgesehen. Bei der Pumpe handelt es sich z. B. um eine elektrische Ölpumpe oder eine mechanische Pumpe.
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Wenn das im Getriebegehäuse 12 gespeicherte Öl O von der Pumpe angesaugt wird, fließt das Öl O durch einen Teil des stromaufwärts gelegenen Strömungswegs in den Kühler. Das in den Kühler einfließende Öl O fließt, nachdem es im Kühler abgekühlt wurde, durch den anderen Teil des stromaufwärts gelegenen Strömungswegs in den Strömungsweg 91 ein. Das in den Strömungsweg 91 fließende Öl O fließt durch den ersten Strömungswegteil 92 und den zweiten Strömungsweg 93, fließt von dem zweiten Strömungswegteil 93 aus und wird mindestens einem oder beiden von dem Rotorkern 32 und dem Stator 40, zugeführt. Nach dem Austritt von dem zweiten Strömungswegteil 93 wird das Öl O durch den stromabwärts gelegenen Strömungswegteil in das Getriebegehäuse 12 zurückgeführt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und die Ausbildung kann z. B. wie nachstehend beschrieben geändert werden, ohne vom Zweck/Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel angeführt und erläutert, bei dem der konvexe Teil 95 ein Kegel mit einem gekrümmten Oberflächenteil 95a ist, und ein Kegelstumpf usw. abgesehen von der Kegelform auch in Frage kommt. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Außenfläche des konvexen Teils kann einen flachen Teil aufweisen, der zumindest teilweise flach ist, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist. In diesem Fall kann der konvexe Teil z. B. eine Pyramidenform, eine Pyramidenstumpfform oder eine Pyramidenform mit Stufen annehmen. Bei einer Pyramidenform weist der konvexe Teil eine abwechselnde Anordnung von zur axial anderen Seite gerichteten Endflächen und radial nach außen gerichteten Seitenflächen auf, wobei die radiale Abmessung zur axial anderen Seite hin stufenweise abnimmt. Durch Vorsehen des flachen Teils am konvexen Teil wird die Aufteilung des Flusses des Öls O in die gewünschten Richtungen durch den flachen Teil erleichtert, so dass die Entstehung einer turbulenten Strömung unterdrückt und der Druckverlust weiter reduziert werden kann. Der konvexe Teil 95 kann auch eine Säulenform, ein Polygonal usw. annehmen, wobei die radiale Abmessung entlang der axialen Richtung konstant ist.
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Die Außenkante (z.B. der Außenrand) des konvexen Teils 95 kann von dem Rand 92a des ersten Strömungswegteils 92 entfernt angeordnet sein. D. h., die Außenkante des konvexen Teils 95 kann weiter auf der Seite der Mittelachse J als der Rand 92a des ersten Strömungswegteils 92 liegen.
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In den vorstehenden Ausführungsform wird ein Beispiel angeführt, bei dem der zweite Strömungswegteil 93 einen Teil zwischen den axialen beiden Enden des Rotorkerns 32 überlappt, in radialer Richtung gesehen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der zweite Strömungswegteil 93 kann auch derart angeordnet sein, dass dieser in radialer Richtung das axiale Ende des Rotorkerns 32 überlappt, in radialer Richtung gesehen. Am axialen Ende des Rotorkerns 32 ist z. B. eine Endplatte angeordnet. Der zweite Strömungswegteil 93 kann, in radialer Richtung gesehen, derart angeordnet sein, dass dieser in radialer Richtung die am axialen Ende des Rotorkerns 32 angeordnete Endplatte überlappt. Der zweite Strömungswegteil 93 kann in radialer Richtung gesehen auch derart angeordnet sein, dass dieser in radialer Richtung die Spule 43 überlappt.
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In der vorgenannten Ausführungsform ist das Strömungswegelement die Hohlwelle 31 des Rotors 30, und das Öl O, das vom zweiten Strömungswegteil 93 der Hohlwelle 31 ausfließt, kühlt den Rotorkern 32, den Magneten 33 und einen Teil des Stators 40 usw. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und das Strömungswegelement der vorliegenden Erfindung kann auch auf andere Bauteile als die Hohlwelle 31 angewendet werden. 5 ist ein schematisches Strukturbild, das ein abgewandeltes Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine 10 in der vorgenannten Ausführungsform perspektivisch zeigt. Wie in 5 dargestellt, ist das Strömungswegelement beispielsweise lotrecht oberhalb des Stators 40 der rotierenden elektrischen Maschine 10 angeordnet und kann eine Kühlleitung 50 sein, die den Stator 40 und die Lager 15, 16 usw. mit Öl O versorgt. Die Form des Strömungswegelements ist nicht auf eine Röhrenform beschränkt, und kann auch ein massives Element sein, wie z. B. ein quaderförmiges oder kugelförmiges Element, obwohl dies nicht besonders dargestellt ist. In diesem Fall weist das massive Element den Strömungsweg 91 auf, durch dessen Inneres das Öl O fließt, und der Strömungsweg 91 weist den ersten Strömungswegteil 92 und den zweiten Strömungswegteil 93 auf.
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Das Kühlmittel, das durch den Strömungsweg 91 fließt, ist nicht auf Öl O beschränkt. Das Kühlmittel kann z. B. eine Isolierflüssigkeit oder Wasser sein. Falls das Kühlmittel Wasser ist, kann die Oberfläche des Stators 40 einer Isolierungsbehandlung unterzogen werden. Das durch den Strömungsweg 91 strömende Fluid ist nicht auf das Kühlmittel beschränkt.
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Der erste Strömungswegteil 92 muss nicht unbedingt eine kreisförmige Bohrung annehmen. D. h., der Querschnitt des ersten Strömungswegteils 92 in der Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung kann nicht nur eine Kreisform, sondern auch symmetrische oder asymmetrische Formen wie Ellipsen und Polygone einschließlich Kreise annehmen. Der Querschnitt des zweiten Strömungswegteils 93 in der Richtung senkrecht zur Streckrichtung kann nicht nur eine Kreisform, sondern auch symmetrische oder asymmetrische Formen aufweisen.
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Außerdem kann das erfindungsgemäße Strömungswegelement den Druckverlust im Kühlmittel (Fluid) besonders verkleinern, wenn das Strömungswegelement stillsteht oder mit geringer Geschwindigkeit rotiert.
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Die rotierende elektrische Maschine, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist nicht auf einen Motor beschränkt, und kann auch ein Generator sein. Der Verwendungszweck der rotierenden elektrischen Maschine ist nicht besonders beschränkt. Die rotierende elektrische Maschine kann beispielsweise in einem Fahrzeug für andere Verwendungszwecke als das Drehen der Fahrzeugwelle eingebaut werden oder kann in einem anderen Gerät als einem Fahrzeug eingebaut sein. Die Körperhaltung, in der die rotierende elektrische Maschine eingesetzt wird, ist nicht besonders beschränkt.
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Soweit nicht vom Umfang der Erfindung abgewichen wird, kann jede der in der oben beschriebenen Ausführungsformen und jedem abgewandelten Beispiel usw. erläuterten Ausbildungen kombiniert werden, und die Ausbildungen können hinzugefügt, weggelassen, ersetzt oder anderweitig geändert werden. Die vorliegende Erfindung wird nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern lediglich durch die Patentansprüche eingeschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- rotierende elektrische Maschine
- 30
- Rotor
- 31
- Hohlwelle (Strömungswegelement)
- 32
- Rotorkern
- 40
- Stator
- 50
- Kühlleitung (Strömungswegelement)
- 91
- Strömungsweg
- 92
- erster Strömungswegteil
- 93, 93a, 93b
- zweiter Strömungswegteil
- 94
- Boden
- 95
- konvexer Teil
- 95a
- gekrümmter Oberflächenteil
- 95b
- Innenumfangsführungsteil
- 95c
- Spitzenteil
- C
- Bohrungsmitte
- D
- Durchmesser
- h
- Überstand
- J
- Mittelachse
- L
- axiale Abmessung
- α
- Spitzenwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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