DE102022121895A1

DE102022121895A1 - Rotor with cooling channels and method for cooling an electrical machine

Info

Publication number: DE102022121895A1
Application number: DE102022121895.3A
Authority: DE
Inventors: Jochen Kronsteiner; Andreas Wagner; Michael Maurer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Es wird ein Rotor für eine elektrische Maschine beschrieben. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle und einen auf der Rotorwelle angeordneten Rotorkörper, wobei der Rotorkörper einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper aufweist, die entlang der Rotorwelle hintereinander angeordnet sind. Der Rotor ist ausgebildet, Kühlmittel durch einen Hohlraum in der Rotorwelle, über ein oder mehrere radiale Zuleitungen, die an einer Zentralposition zwischen dem erste Teilkörper und dem zweiten Teilkörper angeordnet sind, in ein oder mehrere erste axiale Kühlmittelkanäle durch den ersten Teilkörper und in ein oder mehrere zweite axiale Kühlmittelkanäle durch den zweiten Teilkörper zu leiten.A rotor for an electrical machine is described. The rotor comprises a rotor shaft and a rotor body arranged on the rotor shaft, the rotor body having a first partial body and a second partial body which are arranged one behind the other along the rotor shaft. The rotor is designed to transmit coolant through a cavity in the rotor shaft, via one or more radial supply lines which are arranged at a central position between the first partial body and the second partial body, into one or more first axial coolant channels through the first partial body and into one or more to guide several second axial coolant channels through the second partial body.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, etwa einer Synchronmaschine, sowie ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine.The invention relates to a rotor of an electrical machine, such as a synchronous machine, and a method for cooling an electrical machine.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt. Der Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine (PSM) weist Permanentmagneten auf, die in Magnettaschen des Rotorkörpers des Rotors angeordnet sind.An at least partially electrically driven vehicle includes an electric machine for driving the vehicle. The electrical machine includes a stator that encloses a rotor of the electrical machine. The rotor of a permanent magnet synchronous machine (PSM) has permanent magnets which are arranged in magnetic pockets of the rotor body of the rotor.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung, insbesondere der Magneten, eines Rotors einer elektrischen Maschine und ggf. von weiteren Komponenten der elektrischen Maschine zu bewirken.The present document deals with the technical task of achieving particularly efficient and reliable cooling, in particular of the magnets, of a rotor of an electrical machine and, if necessary, of other components of the electrical machine.

Die Aufgabe wird durch jeden einzelnen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The task is solved by each of the independent claims. Advantageous embodiments are described, among other things, in the dependent claims. It should be noted that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all the features of the independent patent claim, without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can be made the subject of an independent claim, a division application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the description, which may constitute an invention independent of the features of the independent patent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM) oder für eine stromerregte Synchronmaschine (SSM), beschrieben. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor, insbesondere der Rotorkörper des Rotors, kreiszylinderförmig ausgebildet sein kann, und wobei der Stator ausgebildet sein kann, den Rotor, insbesondere den Rotorkörper, zu umschließen.According to one aspect, a rotor for an electrical machine, in particular for a permanent-magnet synchronous machine (PSM) or for a current-excited synchronous machine (SSM), is described. The electrical machine comprises a rotor and a stator, wherein the rotor, in particular the rotor body of the rotor, can be designed in the shape of a circular cylinder, and wherein the stator can be designed to enclose the rotor, in particular the rotor body.

Der Rotorkörper des Rotors kann z.B. ein (senkrechter) Zylinder sein, der eine ebene Grundfläche aufweist, die von einer Leitkurve definiert wird. Die Leitkurve kann kreisförmig sein, sodass ein kreiszylinderförmiger Rotorkörper gebildet wird. Bevorzugt ist die Leitkurve jedoch nicht genau kreisförmig, sondern weist ausgehend von einem Kreis mehrere (z.B. 6 oder mehr, oder 8 oder mehr) Einbuchtungen zu der Rotorachse hin auf. Die Einbuchtungen können jeweils zwischen einem Paar von Magneten des Rotors angeordnet sein. So können die magnetischen Eigenschaften des Rotors verbessert werden.The rotor body of the rotor can be, for example, a (vertical) cylinder that has a flat base surface that is defined by a guide curve. The guide curve can be circular, so that a circular cylindrical rotor body is formed. However, the guide curve is preferably not exactly circular, but rather has several (e.g. 6 or more, or 8 or more) indentations starting from a circle towards the rotor axis. The indentations can each be arranged between a pair of magnets of the rotor. In this way, the magnetic properties of the rotor can be improved.

Der Rotor umfasst eine Rotorwelle und einen auf der Rotorwelle angeordneten Rotorkörper, der sich in axialer Richtung von einer ersten Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche erstreckt. Der Rotorkörper kann N Magnettaschen für N Permanentmagneten des Rotors aufweisen, z.B. mit N gleich wie oder größer als 8 oder 12. Die Permanentmagneten können in den einzelnen Magnettaschen angeordnet sein. Die N Magnettaschen können sich jeweils in axialer Richtung (d.h. entlang der Rotorwelle) von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers erstrecken. Ferner können die N Magnettaschen, insbesondere (in Umfangsrichtung) gleichmäßig verteilt, um die Rotorwelle angeordnet sein.The rotor comprises a rotor shaft and a rotor body arranged on the rotor shaft, which extends in the axial direction from a first end face to an opposite second end face. The rotor body can have N magnetic pockets for N permanent magnets of the rotor, e.g. with N equal to or greater than 8 or 12. The permanent magnets can be arranged in the individual magnetic pockets. The N magnetic pockets can each extend in the axial direction (i.e. along the rotor shaft) from the first end face to the second end face of the rotor body. Furthermore, the N magnetic pockets can be arranged around the rotor shaft, in particular evenly distributed (in the circumferential direction).

Die N Magnettaschen (und die entsprechenden N Magneten) können derart ausgerichtet sein, das durch ein Paar von direkt benachbarten Magnettaschen jeweils ein V gebildet wird. Dabei wird von den Magnettaschen jeweils ein Schenkel des Buchstabens „V“ gebildet. Der Scheitelpunkt des von den einzelnen Paaren von Magnettaschen gebildeten V kann in Umfangsrichtung abwechselnd der Mantelfläche des Rotorkörpers oder der Rotorwelle zugewandt sein. Eine derartige Anordnung der Magnettaschen bzw. Magneten kann als V Konfiguration bezeichnet werden.The N magnetic pockets (and the corresponding N magnets) can be aligned in such a way that a V is formed by a pair of directly adjacent magnetic pockets. The magnetic pockets each form one leg of the letter “V”. The apex of the V formed by the individual pairs of magnetic pockets can alternately face the lateral surface of the rotor body or the rotor shaft in the circumferential direction. Such an arrangement of the magnetic pockets or magnets can be referred to as a V configuration.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Rotorkörper ggf. eine weitergehende Anordnung von Magnettaschen aufweisen kann. Beispielsweise können Magnettaschen derart angeordnet sein, dass durch die Magnettaschen mehrere (z.B. zwei) ineinander verschachtelte Buchstaben „V“ gebildet werden. Alternativ oder ergänzend können ggf. ein oder mehrere Magnettaschen vorgesehen sein, die jeweils an der offenen Seite eines durch Magnettaschen gebildeten Buchstabens „V“ angeordnet sind, sodass durch jeweils drei Magnettaschen ein Dreieck gebildet wird.It should be noted that the rotor body may have a further arrangement of magnetic pockets. For example, magnetic pockets can be arranged in such a way that several (e.g. two) nested letters “V” are formed by the magnetic pockets. Alternatively or additionally, one or more magnetic pockets can be provided, each of which is arranged on the open side of a letter “V” formed by magnetic pockets, so that a triangle is formed by three magnetic pockets.

Der Rotorkörper umfasst einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper, die entlang der Rotorwelle hintereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten, der Rotorkörper kann sich aus zwei (ggf. baugleichen) Teilkörpern zusammensetzen. Die Teilkörper können jeweils zylinderförmig sein. Die Leitkurve der zylinderförmigen Teilkörper kann dabei ein Kreis sein, der bevorzugt mehrere Einbuchtungen bzw. Einschnürungen (etwa zwischen Paaren von Magneten) aufweist. Ferner können die Teilkörper an einer Zentralposition entlang der Rotorwelle miteinander verbunden sein (z.B. über ein oder mehrere Sonder-Rotorbleche).The rotor body comprises a first partial body and a second partial body, which are arranged one behind the other along the rotor shaft. In other words, the rotor body can be composed of two (possibly identical) partial bodies. The partial bodies can each be cylindrical. The guide curve of the cylindrical partial bodies can be a circle, which preferably has several indentations or constrictions (e.g. between pairs of magnets). Furthermore, the partial bodies can move along a central position The rotor shaft must be connected to one another (e.g. via one or more special rotor plates).

In einem bevorzugten Beispiel bilden der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper jeweils eine Rotorkörper-Hälfte, sodass die Zentralposition in axialer Richtung in der Mitte des Rotorkörpers angeordnet ist.In a preferred example, the first partial body and the second partial body each form a rotor body half, so that the central position is arranged in the axial direction in the middle of the rotor body.

Der Rotor ist ausgebildet, Kühlmittel (z.B. Öl) durch einen Hohlraum in der Rotorwelle (insbesondere durch die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle), über ein oder mehrere, in radialer Richtung verlaufende, radiale Zuleitungen, die an der Zentralposition zwischen dem erste Teilkörper und dem zweiten Teilkörper angeordnet sind, in ein oder mehrere erste axiale Kühlmittelkanäle (die durch den ersten Teilkörper verlaufen) und in ein oder mehrere zweite axiale Kühlmittelkanäle (die durch den zweiten Teilkörper verlaufen) zu leiten.The rotor is designed to supply coolant (e.g. oil) through a cavity in the rotor shaft (in particular through the rotor shaft designed as a hollow shaft), via one or more radial supply lines running in the radial direction, which are at the central position between the first partial body and the second Partial bodies are arranged to direct into one or more first axial coolant channels (which run through the first part body) and into one or more second axial coolant channels (which run through the second part body).

Der Rotor kann somit derart ausgebildet sein, dass Kühlmittel in einer Zentralposition in axiale Kühlmittelkanäle eingeleitet wird, wobei das Kühlmittel von der Zentralposition in axialer Richtung nach Außen, d.h. zu den jeweiligen Stirnflächen des Rotorkörpers hin, geleitet wird. Durch eine derartige Aufteilung des Kühlmittelflusses kann eine besonders gleichmäßige und zuverlässige Kühlung des Rotors der elektrischen Maschine bewirkt werden. Dabei können die Kühlmittelkanäle in unmittelbarer Nähe zu den (Permanent- oder Elektro-) Magneten des Rotors angeordnet sein, um eine besonders zuverlässige Kühlung des Rotors zu ermöglichen.The rotor can thus be designed in such a way that coolant is introduced into axial coolant channels in a central position, the coolant being directed from the central position in the axial direction outwards, i.e. towards the respective end faces of the rotor body. By dividing the coolant flow in this way, particularly uniform and reliable cooling of the rotor of the electrical machine can be achieved. The coolant channels can be arranged in close proximity to the (permanent or electro) magnets of the rotor in order to enable particularly reliable cooling of the rotor.

In einem bevorzugten Beispiel erstrecken sich die ein oder mehreren ersten Kühlmittelkanäle in axialer Richtung durch den ersten Teilkörper von der Zentralposition bis zu der ersten Stirnfläche des Rotorkörpers. Ferner können sich die ein oder mehreren zweiten Kühlmittelkanäle in axialer Richtung durch den zweiten Teilkörper von der Zentralposition bis zu der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers erstrecken. So kann in besonders zuverlässiger Weise der Rotorkörper entlang der gesamten axialen Ausbreitung gekühlt werden.In a preferred example, the one or more first coolant channels extend in the axial direction through the first partial body from the central position to the first end face of the rotor body. Furthermore, the one or more second coolant channels can extend in the axial direction through the second partial body from the central position to the second end face of the rotor body. In this way, the rotor body can be cooled in a particularly reliable manner along the entire axial spread.

Der Rotor kann an der ersten Stirnfläche des Rotorkörpers ein oder mehrere Düsen aufweisen, die jeweils ausgebildet sind, Kühlmittel aus den, insbesondere entsprechenden, ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanälen auf einen ersten Wickelkopf (des Stators und/oder des Rotors) der elektrischen Maschine zu spritzen. Alternativ oder ergänzend kann der Rotor an der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers ein oder mehrere Düsen aufweisen, die jeweils ausgebildet sind, Kühlmittel aus den, insbesondere entsprechenden, ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanälen auf einen zweiten Wickelkopf (des Stators und/oder des Rotors) der elektrischen Maschine zu spritzen.The rotor can have one or more nozzles on the first end face of the rotor body, each of which is designed to direct coolant from the, in particular corresponding, one or more first axial coolant channels to a first winding head (of the stator and/or the rotor) of the electrical machine squirt. Alternatively or additionally, the rotor can have one or more nozzles on the second end face of the rotor body, each of which is designed to direct coolant from the, in particular corresponding, one or more second axial coolant channels to a second winding head (of the stator and/or the rotor). electrical machine to spray.

Zu diesem Zweck kann der Rotor an der ersten Stirnfläche und/oder an der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers jeweils eine Scheibe, insbesondere eine Spann- und/oder Wuchtscheibe, aufweisen, in der jeweils die ein oder mehreren Düsen angeordnet sind. Die Scheiben können dafür vorgesehen sein, die Teilkörper des Rotorkörpers auf der Rotorwelle zu fixieren. Die ein oder mehreren Düsen können dabei in effizienter Weise jeweils als schräg nach Außen verlaufender Kanal innerhalb der Scheibe ausgebildet sein.For this purpose, the rotor can have a disk, in particular a clamping and/or balancing disk, on the first end face and/or on the second end face of the rotor body, in which one or more nozzles are arranged. The disks can be intended to fix the partial bodies of the rotor body on the rotor shaft. The one or more nozzles can each be designed in an efficient manner as a channel within the disk that runs obliquely outwards.

Das durch die axialen Kühlmittelkanäle verlaufende Kühlmittel kann somit zusätzlich zur Kühlung der Statorwicklungen des Stators der elektrischen Maschine verwendet werden. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine bewirkt werden.The coolant running through the axial coolant channels can therefore also be used to cool the stator windings of the stator of the electrical machine. In this way, particularly efficient and reliable cooling of the electrical machine can be achieved.

Der Rotor kann M erste und M zweite axiale Kühlmittelkanäle aufweisen, wobei z.B. M gleich wie oder größer als 4 oder 6 ist. Des Weiteren kann der Rotor M radiale Zuleitungen zu den M ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanälen aufweisen. Außerdem kann die Rotorwelle M Öffnungen aufweisen, um Kühlmittel aus dem Hohlraum der Rotorwelle in die entsprechenden M radialen Zuleitungen zu leiten. In einem bevorzugten Beispiel ist M=N/2. Durch die Bereitstellung einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen, radialen Zuleitungen und axialen Kühlmittelkanälen kann ein besonders zuverlässiger Kühlmittelfluss bewirkt werden.The rotor may have M first and M second axial coolant channels, for example M being equal to or greater than 4 or 6. Furthermore, the rotor M can have radial feed lines to the M first and second axial coolant channels. In addition, the rotor shaft can have M openings in order to direct coolant from the cavity of the rotor shaft into the corresponding M radial supply lines. In a preferred example, M=N/2. By providing a corresponding number of openings, radial feed lines and axial coolant channels, a particularly reliable coolant flow can be achieved.

Es kann jeweils ein axialer Kühlmittelkanal zwischen einem Paar von direkt benachbarten Magnettaschen angeordnet sein. Der Rotor kann insbesondere zwischen den Magnettaschen, die ein V mit einem Scheitelpunkt bilden, der der Mantelfläche des Rotorkörpers zugewandt ist, jeweils zumindest einen axialen Kühlmittelkanal aufweisen. So kann eine besonders zuverlässige Kühlung der Magneten des Rotors bewirkt werden.An axial coolant channel can be arranged between a pair of directly adjacent magnetic pockets. The rotor can each have at least one axial coolant channel, in particular between the magnetic pockets, which form a V with a vertex that faces the lateral surface of the rotor body. In this way, particularly reliable cooling of the rotor magnets can be achieved.

Andererseits kann der Rotor ggf. zwischen den Magnettaschen, die ein V mit einem Scheitelpunkt bilden, der der Rotorwelle zugewandt ist, jeweils keinen axialen Kühlmittelkanal aufweisen. So kann eine mögliche Beeinträchtigung des magnetischen Flusses (und des Drehmoments der elektrischen Maschine) durch die axialen Kühlmittelkanäle reduziert werden.On the other hand, the rotor may not have an axial coolant channel between the magnetic pockets, which form a V with an apex that faces the rotor shaft. In this way, any possible impairment of the magnetic flux (and the torque of the electrical machine) through the axial coolant channels can be reduced.

Der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper des Rotorkörpers können jeweils eine Vielzahl von baugleichen Kanal-Rotorblechen aufweisen, die für jeden axialen Kühlmittelkanal jeweils ein Loch aufweisen. Die einzelnen Kanal-Rotorbleche (z.B. 50 oder mehr Kanal-Rotorbleche) können (jeweils elektrisch voneinander isoliert) aufeinandergestapelt werden, um den jeweiligen Teilkörper zu bilden. Dabei werden durch die einzelnen Löcher in effizienter Weise ein oder mehrere axiale Kühlmittelkanäle gebildet.The first partial body and the second partial body of the rotor body can each have a plurality of identical channel rotor laminations, each of which has a hole for each axial coolant channel. The individual channel rotor sheets (e.g. 50 or more channel rotor sheets) can be stacked on top of each other (each electrically insulated from each other) to form the respective partial body. One or more axial coolant channels are efficiently formed by the individual holes.

Der Rotorkörper kann an der Zentralposition ein erstes Zuleitungs-Rotorblech zur Versorgung der ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanäle mit Kühlmittel und ein zweites Zuleitungs-Rotorblech zur Versorgung der ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanäle mit Kühlmittel aufweisen. Ein Zuleitungs-Rotorblech kann dabei für jede radiale Zuleitung jeweils eine entsprechende, in radialer Richtung verlaufende, Zuleitungs-Aussparung in dem Rotorblech aufweisen, die von der zentralen Aussparung des Zuleitungs-Rotorblechs (für die Rotorwelle) bis zu einem Loch des Zuleitungs-Rotorblechs für einen axialen Kühlmittelkanal verläuft. Es können somit zumindest zwei Sonder-Rotorbleche verwendet werden, um in effizienter Weise die Zuleitungen zu den axialen Kühlmittelkanäle zu bilden.At the central position, the rotor body can have a first supply rotor plate for supplying the one or more first axial coolant channels with coolant and a second supply rotor plate for supplying the one or more second axial coolant channels with coolant. For each radial supply line, a supply line rotor plate can have a corresponding supply line recess in the rotor plate, which runs in the radial direction and extends from the central recess in the supply line rotor plate (for the rotor shaft) to a hole in the supply line rotor plate for runs an axial coolant channel. At least two special rotor laminations can therefore be used to efficiently form the supply lines to the axial coolant channels.

Der Rotor kann ferner ein Trenn-Rotorblech aufweisen, das zwischen dem ersten und dem zweiten Zuleitungs-Rotorblech angeordnet ist. Das Trenn-Rotorblech kann ausgebildet sein, eine Trennwand zwischen den ein oder mehreren Zuleitungs-Aussparungen und den ein oder mehreren Löchern des ersten und des zweiten Zuleitungs-Rotorblechs zu bilden. Durch das Trenn-Rotorblech kann somit in effizienter und zuverlässiger Weise eine Aufteilung des Kühlmittelflusses auf die beiden Teilkörper des Rotorkörpers bewirkt werden.The rotor may further comprise a separating rotor lamination which is arranged between the first and second supply line rotor laminations. The separating rotor lamination may be configured to form a partition wall between the one or more lead recesses and the one or more holes of the first and second lead rotor laminations. The separating rotor plate can thus be used to divide the coolant flow between the two partial bodies of the rotor body in an efficient and reliable manner.

Gemäß einem weiteren Aspekt werden ein Trenn-Rotorblech, ein Zuleitungs-Rotorblech und/oder ein Kanal-Rotorblech beschrieben, die jeweils wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sind.According to a further aspect, a separation rotor lamination, a feed rotor lamination and/or a channel rotor lamination are described, each of which is designed as described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine (permanenterregte) Synchronmaschine, beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Rotor umfasst. Die elektrische Maschine umfasst ferner einen Stator.According to a further aspect, an electrical machine, in particular a (permanently excited) synchronous machine, is described, which includes the rotor described in this document. The electrical machine further includes a stator.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which includes the electric machine described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine beschrieben. Das Verfahren umfasst das Leiten von Kühlmittel durch einen Hohlraum einer Rotorwelle eines Rotors der elektrischen Maschine zu einer Zentralposition, die zwischen einem ersten Teilkörper und einem zweiten Teilkörper eines Rotorkörpers des Rotors angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Führen des Kühlmittels an der Zentralposition durch ein oder mehrere, in radialer Richtung verlaufende, radiale Zuleitungen. Das Kühlmittel kann zu und durch ein oder mehrere erste axiale Kühlmittelkanäle geführt werden, die jeweils in axialer Richtung durch den ersten Teilkörper bis zu einer ersten Stirnfläche des Rotorkörpers verlaufen. Des Weiteren kann das Kühlmittel zu und durch ein oder mehrere zweite axiale Kühlmittelkanäle geführt werden, die jeweils in axialer Richtung durch den zweiten Teilkörper bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers verlaufen.According to a further aspect, a method for cooling an electrical machine is described. The method includes directing coolant through a cavity of a rotor shaft of a rotor of the electrical machine to a central position that is arranged between a first partial body and a second partial body of a rotor body of the rotor. The method further includes guiding the coolant at the central position through one or more radial feed lines running in the radial direction. The coolant can be guided to and through one or more first axial coolant channels, each of which extends in the axial direction through the first partial body to a first end face of the rotor body. Furthermore, the coolant can be guided to and through one or more second axial coolant channels, each of which extends in the axial direction through the second partial body to an opposite second end face of the rotor body.

Das Verfahren kann ferner umfassen, das Nutzen des Kühlmittels an der ersten Stirnfläche des Rotorkörpers zur Kühlung eines ersten Wickelkopfes (eines Stators und/oder des Rotors) der elektrischen Maschine, und/oder das Nutzen des Kühlmittels an der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers zur Kühlung eines zweiten Wickelkopfes (des Stators und/oder des Rotors) der elektrischen Maschine.The method may further include using the coolant on the first end face of the rotor body to cool a first winding end (a stator and/or the rotor) of the electrical machine, and/or using the coolant on the second end face of the rotor body to cool a second winding head (the stator and/or the rotor) of the electrical machine.

In diesem Dokument wird primär auf eine permanenterregte elektrische Maschine, insbesondere auf einen Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine, eingegangen. Es sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Maßnahmen in entsprechender Weise auch auf eine stromerregte elektrische Maschine, insbesondere auf einen Rotor für eine stromerregte elektrische Maschine, anwendbar sind. In diesem Fall weist der Rotorkörper des Rotors typischerweise Schenkelpole auf, um die elektrisch leitende Wicklungen angeordnet sind, um magnetische Pole des Rotors zu bilden. Die einzelnen Rotorbleche können eine entsprechend angepasste Form aufweisen, um die Schenkelpole zu bilden. Die einzelnen axialen Kühlmittelkanäle können in den einzelnen Schenkelpolen angeordnet sein. Insbesondere kann jeder Schenkelpol jeweils zumindest oder genau einen axialen Kühlmittelkanal aufweisen.This document primarily deals with a permanently excited electrical machine, in particular a rotor for a permanently excited electrical machine. It should be noted that the measures described can also be applied in a corresponding manner to a current-excited electrical machine, in particular to a rotor for a current-excited electrical machine. In this case, the rotor body of the rotor typically has salient poles around which electrically conductive windings are arranged to form magnetic poles of the rotor. The individual rotor laminations can have a correspondingly adapted shape in order to form the salient poles. The individual axial coolant channels can be arranged in the individual salient poles. In particular, each salient pole can have at least or exactly one axial coolant channel.

Der in diesem Dokument beschriebene Rotor kann somit z.B. einen Rotorkörper mit M (stromerregten) Schenkelpolen aufweisen. Ferner kann der Rotorkörper M axiale Kühlmittelkanäle aufweisen, die in den entsprechenden M Schenkelpolen angeordnet sind.The rotor described in this document can therefore, for example, have a rotor body with M (currently excited) salient poles. Furthermore, the rotor body M can have axial coolant channels which are arranged in the corresponding M salient poles.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any can Aspects of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways. Furthermore, features listed in brackets are to be understood as optional features.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1a eine beispielhafte elektrische Maschine;
1b eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorkörpers;
1c eine beispielhafte Ansicht auf eine Stirnfläche des Rotorkörpers;
2a eine Explosionsansicht eines beispielhaften Rotors;
2b eine Schnittansicht eines beispielhaften Rotors;
3a bis 3c beispielhafte Rotorbleche; und
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Kühlung einer elektrischen Maschine.

The invention is further described in more detail using exemplary embodiments. Show it

1a an exemplary electric machine;
1b a perspective view of an exemplary rotor body;
1c an exemplary view of an end face of the rotor body;
2a an exploded view of an example rotor;
2 B a sectional view of an exemplary rotor;
3a to 3c exemplary rotor laminations; and
4 a flowchart of an exemplary method for cooling an electrical machine.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Kühlung der Magneten eines Rotors einer elektrischen Maschine. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 kann der Längsachse des Stators 110 und/oder der Rotations- bzw. Rotorachse bzw. der Rotorwelle des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 entsprechen. Die Welle 101 verläuft entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems.As explained at the beginning, this document deals with the efficient and reliable cooling of the magnets of a rotor of an electrical machine. In this context shows 1a an exemplary electrical machine 100 in a view perpendicular to the shaft 101 of the electrical machine 100. The shaft 101 of the electrical machine 100 can correspond to the longitudinal axis of the stator 110 and/or the rotation or rotor axis or the rotor shaft of the rotor 120 of the electrical machine correspond to 100. The shaft 101 runs along the z-axis of the Cartesian coordinate system shown.

Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Die Statorwicklungen können an den gegenüberliegenden Stirnflächen des Rotors 120 jeweils einen Wickelkopf bilden. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.The electrical machine 100 includes a stator 110 with a plurality of stator windings 111, which are arranged at different angular positions around the axis of rotation of the rotor 120, and which are set up to generate a rotating electromagnetic field. The stator windings can each form a winding head on the opposite end faces of the rotor 120. The stator 110 is surrounded by a housing 135 of the electrical machine 100.

Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorwelle des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorwelle des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.Furthermore, the electric machine 100 includes the rotor 120, which is driven by the rotating field caused by the stator 110. The rotor 120 is firmly connected to the shaft 101 driven by the electric machine 100 (which may be connected to the rotor shaft of the rotor 120 or which corresponds to the rotor shaft of the rotor 120). The rotor 120 includes a rotor body 122.

Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Rotorblechen) aufweisen. In entsprechender Weise kann auch der Stator 110 aus einzelnen (gegenseitig isolierten) Statorblechen (z.B. Eisenblechen) zusammengesetzt sein. Der Rotorkörper 122 kann z.B. 100 oder mehr einzelne Rotorbleche aufweisen. The rotor 120 of an electrical machine 100 can have an iron sheet core (e.g. composed of mutually insulated rotor sheets) as the rotor body 122. In a corresponding manner, the stator 110 can also be composed of individual (mutually insulated) stator sheets (e.g. iron sheets). The rotor body 122 can have, for example, 100 or more individual rotor laminations.

1b zeigt einen beispielhaften Rotorkörper 122 eines Rotors 120 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotorkörper 122 erstreckt sich entlang der Rotationsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche 125 bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 125. Der Rotorkörper 122 weist mehrere Magnettaschen 130 auf, die (gleichverteilt) um die Rotationsachse des Rotorkörpers 122 angeordnet sind. Die einzelnen Magnettaschen 130 erstrecken sich jeweils von der ersten Stirnfläche 125 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 125. Eine Magnettasche 130 kann einer Aussparung innerhalb des Rotorkörpers 122 entsprechen. 1b shows an exemplary rotor body 122 of a rotor 120 in a perspective view. The rotor body 122 extends along the axis of rotation of the rotor 120 from a first end face 125 to an opposite second end face 125. The rotor body 122 has a plurality of magnetic pockets 130 which are arranged (uniformly distributed) around the axis of rotation of the rotor body 122. The individual magnet pockets 130 each extend from the first end face 125 to the opposite second end face 125. A magnet pocket 130 can correspond to a recess within the rotor body 122.

Die einzelnen Magnettaschen 130 können zumindest teilweise unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen, um entsprechende unterschiedliche Ausrichtungen der darin angeordneten Magneten zu bewirken. Die unterschiedliche Ausrichtung der einzelnen Magnettaschen 130 bzw. Magneten kann dazu dienen, die räumliche Anordnung des von den Magneten bewirkten magnetischen Flusses zu optimieren (um ein möglichst hohes Drehmoment der elektrischen Maschine 100 zu ermöglichen).The individual magnet pockets 130 can at least partially have different orientations in order to effect corresponding different orientations of the magnets arranged therein. The different orientation of the individual magnetic pockets 130 or magnets can serve to optimize the spatial arrangement of the magnetic flux caused by the magnets (in order to enable the highest possible torque of the electrical machine 100).

In dem in 1b dargestellten Beispiel sind die einzelnen Magnettaschen 130 schräg in Bezug auf die radiale Richtung angeordnet, wobei jeweils eine schmale Seite der Magnettasche 130 der zentralen Aussparung 128 des Rotorkörpers 122 und die gegenüberliegende schmale Seite der Magnettasche 130 der Mantelfläche 126 des Rotorkörpers 122 zugewandt ist. Ferner können die Magnettaschen 130 sternförmig um die Rotationsachse und/oder um die zentrale Aussparung 128 herum angeordnet sein. Zu diesem Zweck können abwechselnd die schmalen Seiten von direkt benachbarten Magnettaschen 130, die paarweise einander zugewandt sind, jeweils der zentralen Aussparung 128 oder der Mantelfläche 126 zugewandt sein. Die in 1b dargestellte Konfiguration der Magnettaschen 130 bzw. der Magneten kann als V-Konfiguration bezeichnet werden (da durch zwei direkt benachbarte Magnettaschen 130 bzw. Magneten jeweils ein V gebildet wird). Dabei kann der Scheitelpunkt des gebildeten V abwechselnd der Mantelfläche 126 oder der zentralen Aussparung 128 zugewandt sein.In the in 1b In the example shown, the individual magnetic pockets 130 are arranged obliquely with respect to the radial direction, with one narrow side of the magnetic pocket 130 facing the central recess 128 of the rotor body 122 and the opposite narrow side of the magnetic pocket 130 facing the lateral surface 126 of the rotor body 122. Furthermore, the magnetic pockets 130 can be arranged in a star shape around the axis of rotation and/or around the central recess 128. For this purpose, the narrow sides of directly adjacent magnetic pockets 130, which face each other in pairs, can alternately face the central recess 128 or the lateral surface 126. In the 1b The configuration of the magnetic pockets 130 or the magnets shown can be referred to as a V configuration (since a V is formed by two directly adjacent magnetic pockets 130 or magnets). The apex of the V formed can alternately face the lateral surface 126 or the central recess 128.

Eine Magnettasche 130, insbesondere der Querschnitt einer Magnettasche 130, weist jeweils einen Magnetbereich 131 auf, in dem ein Magnet angeordnet werden kann. Ferner kann eine Magnettasche 130, insbesondere der Querschnitt einer Magnettasche 130, an den schmalen Seiten jeweils einen Leerbereich 132 aufweisen, durch den jeweils eine magnetische Verengung zur räumlichen Ausrichtung des magnetischen Flusses gebildet wird (siehe 1c). Ein Leerbereich 132 kann auch als Nase bezeichnet werden. Ein Leerbereich 132 ist typischerweise mit Luft gefüllt.A magnetic pocket 130, in particular the cross section of a magnetic pocket 130, each has a magnetic area 131 in which a magnet can be arranged. Furthermore, a magnetic pocket 130, in particular the cross section of a magnetic pocket 130, can have an empty area 132 on the narrow sides, through which a magnetic constriction is formed for the spatial alignment of the magnetic flux (see 1c ). A void area 132 can also be referred to as a nose. A void area 132 is typically filled with air.

Die in den Magnettaschen 130 angeordneten Magneten können sich während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 erwärmen. In dem vorliegenden Dokument werden Maßnahmen beschrieben, die eine effiziente und zuverlässige Kühlung der Magneten ermöglichen. 2a zeigt eine Explosionsansicht eines beispielhaften Rotors 120, der einen Rotorkörper 122 aufweist, der in zwei Rotorkörper-Hälften 201, 202 (allgemein in zwei Teilkörper) unterteilt ist. Die beiden Rotorkörper-Hälften 201, 202 können baugleich ausgebildet sein. Dabei können die Rotorkörper-Hälften 201, 202 jeweils einen Stapel von (baugleichen) Rotorblechen 212 aufweisen. Das zur Herstellung verwendete Rotorblech 212 ist in 3c dargestellt. Das Rotorblech 212 weist zwischen einem Paar von direkt benachbarten Magnettaschen 130 jeweils ein Loch 300 auf. In dem in 3c dargestellten Beispiel ist zwischen den Paaren von Magnettaschen 130 jeweils ein Loch 300 angeordnet, bei denen der Scheitelpunkt des durch die Magnettaschen 130 gebildeten „V“ dem äußeren Rand des Rotorblechs 212 (d.h. der Mantelfläche 126 des Rotorkörpers 122) zugewandt ist. Zwischen den Paaren von Magnettaschen 130, bei denen der Scheitelpunkt des durch die Magnettaschen 130 gebildeten „V“ der zentralen Aussparung 128 zugewandt ist, ist in dem in 3c dargestellte Beispiel kein Loch 300 angeordnet.The magnets arranged in the magnetic pockets 130 can heat up during operation of the electrical machine 100. This document describes measures that enable efficient and reliable cooling of the magnets. 2a shows an exploded view of an exemplary rotor 120 having a rotor body 122 divided into two rotor body halves 201, 202 (generally into two partial bodies). The two rotor body halves 201, 202 can be constructed identically. The rotor body halves 201, 202 can each have a stack of (identical) rotor laminations 212. The rotor sheet 212 used for production is in 3c shown. The rotor plate 212 has a hole 300 between a pair of directly adjacent magnetic pockets 130. In the in 3c In the example shown, a hole 300 is arranged between the pairs of magnetic pockets 130, in which the apex of the “V” formed by the magnetic pockets 130 faces the outer edge of the rotor plate 212 (ie the lateral surface 126 of the rotor body 122). Between the pairs of magnetic pockets 130, in which the apex of the “V” formed by the magnetic pockets 130 faces the central recess 128, is in the in 3c No hole 300 is arranged in the example shown.

Es werden baugleiche Rotorbleche 212 (z.B. 50 oder mehr Rotorbleche 212) entlang der Rotationsachse (d.h. der z-Achse) aufeinandergestapelt, um eine Rotorkörper-Hälfte 201, 202 zu bilden. Durch die einzelnen Löcher 300 wird dann jeweils ein entlang der Rotationsachse verlaufender (axialer) Kühlmittelkanal gebildet, durch den Kühlmittel (z.B. Öl) zur Kühlung der in den Magnettaschen 130 angeordneten Magnete geleitet werden kann. Die Rotorbleche 212 für die Rotorkörper-Hälften 201, 202 können daher auch als Kanal-Rotorbleche 212 bezeichnet werden. Aufgrund der Tatsache, dass die axialen Kühlmittelkanäle jeweils in unmittelbarer Nähe zu den Magnettaschen 130 angeordnet sind, kann eine besonders effizienter und zuverlässige Kühlung bewirkt werden.Identical rotor laminations 212 (e.g. 50 or more rotor laminations 212) are stacked on top of one another along the axis of rotation (i.e. the z-axis) to form a rotor body half 201, 202. An (axial) coolant channel is then formed through the individual holes 300, running along the axis of rotation, through which coolant (e.g. oil) can be conducted to cool the magnets arranged in the magnet pockets 130. The rotor laminations 212 for the rotor body halves 201, 202 can therefore also be referred to as channel rotor laminations 212. Due to the fact that the axial coolant channels are each arranged in close proximity to the magnetic pockets 130, particularly efficient and reliable cooling can be achieved.

Wie in 2a dargestellt, können zwischen den beiden Rotorkörper-Hälften 201, 202 ein oder mehrere Sonder-Rotorbleche 210, 211 angeordnet sein, die ausgebildet sind, Kühlmittel in die einzelnen axialen Kühlmittelkanäle zu leiten. Der in 2a dargestellte Rotor 120 weist eine Rotorwelle 220 auf, die in der zentralen Aussparung 128 des Rotorkörpers 122 angeordnet ist. Die Rotorwelle 220 kann als Hohlachse ausgebildet sein, sodass innerhalb der Rotorwelle 220 Kühlmittel geführt werden kann. Die Rotorwelle 220 kann auf der Mantelfläche der Rotorwelle 220 ein oder mehrere Öffnungen 221 aufweisen, durch die Kühlmittel aus dem Hohlraum der Rotorwelle 220 zu der Mantelfläche der Rotorwelle 220 geleitet werden kann. Die ein oder mehreren Öffnungen 221 können an einer Zentralposition entlang der Rotorwelle 220 zwischen den beiden Rotorkörper-Hälften 201, 202 angeordnet sein. Insbesondere können an der Position der ein oder mehreren Öffnungen 221 in der Rotorwelle 220 die ein oder mehreren Sonder-Rotorbleche 210, 211 zwischen den beiden Rotorkörper-Hälften 201, 202 angeordnet sein, über die das aus den ein oder mehreren Öffnungen 221 austretende Kühlmittel in die axialen Kühlmittelkanäle geleitet werden kann.As in 2a shown, one or more special rotor plates 210, 211 can be arranged between the two rotor body halves 201, 202, which are designed to direct coolant into the individual axial coolant channels. The in 2a Rotor 120 shown has a rotor shaft 220 which is arranged in the central recess 128 of the rotor body 122. The rotor shaft 220 can be designed as a hollow axle, so that coolant can be guided within the rotor shaft 220. The rotor shaft 220 can have one or more openings 221 on the lateral surface of the rotor shaft 220, through which coolant can be guided from the cavity of the rotor shaft 220 to the lateral surface of the rotor shaft 220. The one or more openings 221 can be arranged at a central position along the rotor shaft 220 between the two rotor body halves 201, 202. In particular, at the position of the one or more openings 221 in the rotor shaft 220, the one or more special rotor laminations 210, 211 can be arranged between the two rotor body halves 201, 202, through which the coolant emerging from the one or more openings 221 can be arranged the axial coolant channels can be directed.

In dem in 2a dargestellten Beispiel weist der Rotorkörper 122 zwei Zuleitungs-Rotorbleche 211 auf (siehe 3b), zwischen denen ein Trenn-Rotorblech 210 (siehe 3a) angeordnet ist. Das beispielhaft in 3b dargestellte Zuleitungs-Rotorblech 211 weist eine Mehrzahl von radialen Zuleitungs-Aussparungen 301 auf, die jeweils ausgehend von der zentralen Aussparung 120 in radialer Richtung bis zu einem entsprechenden Loch 300 (zur Bildung eines axialen Kühlmittelkanals) verlaufen. Über eine radiale Zuleitungs-Aussparung 301 kann somit in effizienter Weise Kühlmittel aus einer Öffnung 221 in der Rotorwelle 220 zu einem axialen Kühlmittelkanal geführt werden.In the in 2a In the example shown, the rotor body 122 has two supply line rotor plates 211 (see 3b) , between which a separating rotor plate 210 (see 3a) is arranged. This is an example in 3b The feed line rotor plate 211 shown has a plurality of radial feed recesses 301, each of which extends from the central recess 120 in the radial direction to a corresponding hole 300 (to form an axial coolant channel). Coolant can thus be efficiently guided from an opening 221 in the rotor shaft 220 to an axial coolant channel via a radial supply line recess 301.

Der Rotor 120 kann ein erstes Zuleitungs-Rotorblech 211 für die erste Rotorkörper-Hälfte 201, insbesondere zur Kühlmittelversorgung der axialen Kühlmittelkanäle der ersten Rotorkörper-Hälfte 201, und ein zweites Zuleitungs-Rotorblech 211 für die zweite Rotorkörper-Hälfte 202, insbesondere zur Kühlmittelversorgung der axialen Kühlmittelkanäle der ersten Rotorkörper-Hälfte 202, aufweisen.The rotor 120 can have a first supply line rotor plate 211 for the first rotor body half 201, in particular for supplying coolant to the axial coolant channels of the first rotor body half 201, and a second supply line rotor plate 211 for the second rotor body half 202, in particular for supplying coolant to the axial coolant channels of the first rotor body half 202.

Zwischen dem ersten Zuleitungs-Rotorblech 211 und dem zweiten Zuleitungs-Rotorblech 211 kann ein Trenn-Rotorblech 210 angeordnet sein, das weder Löcher 300 noch Zuleitungs-Aussparungen 301 aufweist. Insbesondere ist an der Stelle der Löcher 300 und der Zuleitungs-Aussparungen 301 Blech angeordnet, sodass durch das Trenn-Rotorblech 210 eine Trennwand zwischen den axialen Kühlmittelkanälen und den Zuleitungen der ersten Rotorblech-Hälfte 201 und den axialen Kühlmittelkanälen und den Zuleitungen der zweiten Rotorblech-Hälfte 202 gebildet wird.Between the first supply line rotor plate 211 and the second supply line rotor plate 211, a separating rotor plate 210 can be arranged, which has neither holes 300 nor supply line recesses 301. In particular, sheet metal is arranged at the location of the holes 300 and the supply line recesses 301, so that the separating rotor plate 210 creates a partition between the axial coolant channels and the supply lines of the first rotor plate half 201 and the axial coolant nälen and the supply lines of the second rotor sheet metal half 202 is formed.

Während des Betriebs kann somit Kühlmittel durch die einzelnen axialen Kühlmittelkanäle in den beiden Rotorkörper-Hälften 201, 202 geleitet werden, um die in den Magnettaschen 130 angeordneten Magneten 231 zu kühlen. Das Kühlmittel wird dabei jeweils zu den Stirnflächen 125 des Rotorkörpers 122 geleitet. An den Stirnflächen 125 kann jeweils eine Wuchtscheibe 222 angeordnet sein, die durch eine Spannscheibe 224 an der Rotorwelle 220 fixiert werden kann (um den Rotorkörper 122 auf der Rotorwelle 220 zu fixieren). In der Wuchtscheibe 222 kann für die einzelnen axialen Kühlmittelkanäle jeweils eine Düse 223 angeordnet sein, z.B. in Form einer (schräg nach Außen verlaufenden) Bohrung, wobei die einzelnen Düsen 223 ausgebildet sind, das aus den einzelnen Kühlmittelkanälen austretende Kühlmittel auf den an der jeweiligen Stirnfläche 125 des Rotorkörpers 122 angeordneten Wickelkopf des Stators 110 zu sprühen. So kann zusätzlich eine effiziente Kühlung der Wickelköpfe des Stators 110 bewirkt werden.During operation, coolant can thus be passed through the individual axial coolant channels in the two rotor body halves 201, 202 in order to cool the magnets 231 arranged in the magnet pockets 130. The coolant is directed to the end faces 125 of the rotor body 122. A balancing disk 222 can be arranged on the end faces 125, which can be fixed to the rotor shaft 220 by a clamping disk 224 (in order to fix the rotor body 122 on the rotor shaft 220). In the balancing disk 222, a nozzle 223 can be arranged for each of the individual axial coolant channels, for example in the form of a bore (running obliquely outwards), the individual nozzles 223 being designed to direct the coolant emerging from the individual coolant channels onto the respective end face 125 of the rotor body 122 arranged winding head of the stator 110 to spray. In this way, efficient cooling of the winding heads of the stator 110 can also be achieved.

2b zeigt eine Schnittansicht der Rotors 122. Die Rotorwelle 220 weist an den beiden Stirnflächen 125 des Rotorkörpers 122 jeweils eine Lagerfläche 225 zur Lagerung des Rotors 122 auf. Wie beispielhaft in 2b dargestellt, kann durch den Hohlraum der Rotorwelle 220, unter einer Lagerfläche 225 hindurch, Kühlmittel 240 zu den Öffnungen 221 in der Mantelfläche der Rotorwelle 220 geführt werden. Über die einzelnen radialen Zuleitungen 231 (die durch die Zuleitungs-Aussparungen 301 in den Zuleitungs-Rotorblechen 211 und durch das dazwischenliegende Trenn-Rotorblech 210 gebildet werden) kann das Kühlmittel 240 zu den einzelnen axialen Kühlmittelkanälen 230 geleitet werden (die durch die Löcher 300 in den Rotorblechen 211, 212 gebildet werden). 2 B shows a sectional view of the rotor 122. The rotor shaft 220 has a bearing surface 225 for supporting the rotor 122 on each of the two end faces 125 of the rotor body 122. As exemplified in 2 B shown, coolant 240 can be guided through the cavity of the rotor shaft 220, under a bearing surface 225, to the openings 221 in the lateral surface of the rotor shaft 220. The coolant 240 can be directed to the individual axial coolant channels 230 (which pass through the holes 300 in the rotor laminations 211, 212 are formed).

Der Rotorkörper 122 kann N Magnettaschen 130 für N Magnete 231 aufweisen (z.B. N=16 in dem in 2a dargestellten Beispiel). Es können dann M (z.B. M=N/2) axialen Kühlmittelkanäle 130 bereitgestellt werden (durch M Löcher 300 in den einzelnen Rotorblechen 211, 212, durch M Zuleitungs-Aussparungen 301 in den Zuleitungs-Rotorblechen 211, und durch M Öffnungen 221 in der Rotorwelle 220). Ferner können an Stirnflächen 125 des Rotorkörpers 122, z.B. in den Wuchtscheiben 222, M Düsen 223 für die entsprechenden M axialen Kühlmittelkanäle 230 bereitgestellt werden, über die ein Wickelkopf des Stators 110 gekühlt werden kann. Durch die in diesem Dokument beschriebenen beidseitigen axialen Kühlmittelkanäle 230 in beiden Hälften 201, 202 des Rotorkörpers 122 kann eine effiziente zusätzliche Kühlung der Wickelköpfe des Stators 110 an beiden Stirnflächen 125 des Rotorkörpers 122 bewirkt werden.The rotor body 122 can have N magnet pockets 130 for N magnets 231 (e.g. N=16 in the in 2a example shown). M (eg M=N/2) axial coolant channels 130 can then be provided (through M holes 300 in the individual rotor laminations 211, 212, through M supply line recesses 301 in the supply line rotor laminations 211, and through M openings 221 in the rotor shaft 220). Furthermore, M nozzles 223 for the corresponding M axial coolant channels 230 can be provided on end faces 125 of the rotor body 122, for example in the balancing disks 222, via which a winding head of the stator 110 can be cooled. The double-sided axial coolant channels 230 in both halves 201, 202 of the rotor body 122 described in this document enable efficient additional cooling of the winding heads of the stator 110 on both end faces 125 of the rotor body 122.

In dem in diesem Dokument beschriebenen Rotor 120 wird somit das Kühlmedium 240 (z.B. Öl) über die Rotorwelle 220 zugeführt. In der Mitte der Rotorwelle 220 befinden sich radial im Blechpaket angeordnete Zuleitungen 231, die das Kühlmedium 240 weiter in die außen liegenden axialen Kühlkanäle 230 des Rotors 120 führen. In der Mitte des Rotorpaketes befindet sich eine geschlossene Blechlage 210, wodurch das zugeführte Kühlmedium 240 auf zwei Stränge (für die zwei Rotorkörper-Hälften 201, 202) aufgeteilt wird. Es wird je ein Kanalstrang zur linken und rechten Rotorseite bereitgestellt (bei einer Ansicht gemäß 2b). An den jeweiligen Enden bzw. Stirnflächen 125 wird das Kühlmedium 240 über die Spannscheiben 222, 224 nach außen geführt und über schräg im Raum liegende Bohrungen 223 zur Wicklungskühlung verwendet.In the rotor 120 described in this document, the cooling medium 240 (eg oil) is thus supplied via the rotor shaft 220. In the middle of the rotor shaft 220 there are supply lines 231 arranged radially in the laminated core, which lead the cooling medium 240 further into the external axial cooling channels 230 of the rotor 120. In the middle of the rotor package there is a closed sheet metal layer 210, whereby the supplied cooling medium 240 is divided into two strands (for the two rotor body halves 201, 202). A channel line is provided on each of the left and right sides of the rotor (when viewed according to 2 B) . At the respective ends or end faces 125, the cooling medium 240 is guided outwards via the clamping disks 222, 224 and used for winding cooling via bores 223 located obliquely in space.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Kühlung einer elektrischen Maschine 100, die einen Rotor 120 und einen Stator 110 aufweist. Das Verfahren 400 umfasst das Leiten 401 von Kühlmittel 240 durch einen Hohlraum der Rotorwelle 220 des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 zu einer Zentralposition, die zwischen einem ersten Teilkörper 201 (insbesondere einer ersten Rotorkörper-Hälfte) und einem zweiten Teilkörper 202 (insbesondere einer zweiten Rotorkörper-Hälfte) des Rotorkörpers 122 des Rotors 120 angeordnet ist. Die Zentralposition kann in der Mitte des Rotorkörpers 122 entlang der Rotorwelle 220 angeordnet sein. 4 shows a flowchart of an exemplary method 400 for cooling an electrical machine 100, which has a rotor 120 and a stator 110. The method 400 includes guiding 401 of coolant 240 through a cavity of the rotor shaft 220 of the rotor 120 of the electrical machine 100 to a central position that is between a first partial body 201 (in particular a first rotor body half) and a second partial body 202 (in particular a second Rotor body half) of the rotor body 122 of the rotor 120 is arranged. The central position can be arranged in the middle of the rotor body 122 along the rotor shaft 220.

Das Verfahren 400 umfasst ferner das Führen 402 des Kühlmittels 240 an der Zentralposition durch ein oder mehrere, in radialer Richtung verlaufende, radiale Zuleitungen 231, die z.B. durch ein oder mehrere Sonder-Rotorbleche 210, 211 des Rotorkörpers 122 gebildet werden.The method 400 further includes guiding 402 of the coolant 240 at the central position through one or more radial feed lines 231 running in the radial direction, which are formed, for example, by one or more special rotor laminations 210, 211 of the rotor body 122.

Ein Teil des Kühlmittels 240 kann zu und durch ein oder mehrere erste axiale Kühlmittelkanäle 230 geleitet werden, die in axialer Richtung durch den ersten Teilkörper 201 bis zu der ersten Stirnfläche 125 des Rotorkörpers 122 verlaufen. A portion of the coolant 240 can be directed to and through one or more first axial coolant channels 230, which extend in the axial direction through the first partial body 201 to the first end face 125 of the rotor body 122.

Ein weiterer Teil (insbesondere der komplementäre Teil) das Kühlmittels 240 kann zu und durch ein oder mehrere zweite axiale Kühlmittelkanäle 230 geleitet werden, die in axialer Richtung durch den zweiten Teilkörper 202 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 125 des Rotorkörpers 122 verlaufen.A further part (in particular the complementary part) of the coolant 240 can be directed to and through one or more second axial coolant channels 230, which extend in the axial direction through the second partial body 202 to the opposite second end face 125 of the rotor body 122.

Es kann somit an der Zentralposition eine Aufteilung des Kühlmittels 240 zur Kühlung des ersten Teilkörpers 201 und zur Kühlung des zweiten Teilkörpers 202 bewirkt werden. Das Kühlmittel 204 kann dabei jeweils in axialer Richtung von der Zentralposition zu der jeweiligen Stirnfläche 125 des Rotorkörpers 122 geleitet werden. So kann eine zuverlässige Kühlung des Rotorkörpers 122 bewirkt werden.The coolant 240 can therefore be divided at the central position for cooling the first th partial body 201 and for cooling the second partial body 202. The coolant 204 can be guided in the axial direction from the central position to the respective end face 125 of the rotor body 122. Reliable cooling of the rotor body 122 can thus be achieved.

Das Verfahren 400 kann ferner umfassen, das Nutzen 403 des Kühlmittels 240 an der ersten Stirnfläche 125 des Rotorkörpers 122 zur Kühlung eines ersten Wickelkopfes des Stators 110 und/oder des Rotors 120 (bei einer SSM) der elektrischen Maschine 100, und/oder das Nutzen 403 des Kühlmittels 240 an der zweiten Stirnfläche 125 des Rotorkörpers 122 zur Kühlung eines zweiten Wickelkopfes des Stators 110 und/oder des Rotors 120 (bei einer SSM). Zu diesem Zweck kann das Kühlmittel 240 aus den jeweiligen ein oder mehreren axialen Kühlmittelkanälen 230 durch Düsen 223 (etwa durch schräg, in axialer und radialer Richtung nach Außen verlaufende Öffnungen und/oder Bohrungen) auf den jeweiligen Wickelkopf gespritzt werden.The method 400 may further include using 403 the coolant 240 on the first end face 125 of the rotor body 122 to cool a first winding end of the stator 110 and/or the rotor 120 (in the case of an SSM) of the electrical machine 100, and/or using 403 of the coolant 240 on the second end face 125 of the rotor body 122 for cooling a second winding end of the stator 110 and/or the rotor 120 (in the case of an SSM). For this purpose, the coolant 240 can be sprayed onto the respective winding head from the respective one or more axial coolant channels 230 through nozzles 223 (for example through openings and/or bores that run obliquely outwards in the axial and radial directions).

So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung von unterschiedlichen Komponenten einer elektrischen Maschine 100 bewirkt werden.In this way, particularly efficient and reliable cooling of different components of an electrical machine 100 can be achieved.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems by way of example.

Claims

Rotor (120) for an electrical machine (100); where, - the rotor (120) comprises a rotor shaft (220); - the rotor (120) comprises a rotor body (122) arranged on the rotor shaft (220), which extends in the axial direction from a first end face (125) to an opposite second end face (125); - the rotor body (122) has a first partial body (201) and a second partial body (202), which are arranged one behind the other along the rotor shaft (220); - the rotor (120) is designed to carry coolant (240) through a cavity in the rotor shaft (220), via one or more radial feed lines (231) running in the radial direction, which are at a central position between the first partial body (201). and the second partial body (202) is arranged to lead into one or more first axial coolant channels (230) and into one or more second axial coolant channels (230); - the one or more first coolant channels (230) extend in the axial direction through the first partial body (201) from the central position to the first end face (125) of the rotor body (122); and - The one or more second coolant channels (230) extend in the axial direction through the second partial body (202) from the central position to the second end face (125) of the rotor body (122).

Rotor (120) according to Claim 1 , wherein - the rotor (120) on the first end face (125) of the rotor body (122) has one or more nozzles (223), each of which is designed to receive coolant (240) from the, in particular corresponding, one or more first axial coolant channels (230) onto a first winding head of the electrical machine (100); and/or - the rotor (120) has one or more nozzles (223) on the second end face (125) of the rotor body (122), each of which is designed to receive coolant (240) from the, in particular corresponding, one or more second axial Spray coolant channels (230) onto a second winding head of the electrical machine (100).

Rotor (120) according to Claim 2 , wherein the rotor (120) has a disk (222, 224), in particular a clamping and/or balancing disk, on the first end face (125) and on the second end face (125) of the rotor body (122), in each case the one or more nozzles (223) are arranged.

Rotor (120) according to one of the preceding claims, wherein - the rotor (120) has M first and M second axial coolant channels (230); - in particular M is equal to or greater than 4 or 6; - the rotor (120) has M radial feed lines (231) to the M first and second axial coolant channels (230); and - The rotor shaft (220) has M openings 221 in order to direct coolant (240) from the cavity of the rotor shaft (220) into the corresponding M radial feed lines (231).

Rotor (120) according to one of the preceding claims, wherein - the rotor body (122) has N magnetic pockets (130) for N permanent magnets (231) of the rotor (120); - in particular N is equal to or greater than 8 or 12; - the N magnetic pockets (130) each extend in the axial direction from the first end face (125) to the second end face (125) of the rotor body (122); - the N magnetic pockets (130), in particular evenly distributed, are arranged around the rotor shaft (220); and - An axial coolant channel (230) is arranged between a pair of directly adjacent magnetic pockets (130).

Rotor (120) according to Claim 5 , wherein - the N magnetic pockets (130) are aligned in such a way that a V is each formed by a pair of directly adjacent magnetic pockets (130); - a vertex of the V formed by the pairs of magnetic pockets (130) alternately faces a lateral surface (126) of the rotor body (122) or the rotor shaft (220) in the circumferential direction; and - the rotor (120) each has an axial coolant channel (230) between the magnetic pockets (130), which form a V with a vertex facing the lateral surface (126) of the rotor body (122).

Rotor (120) according to Claim 6 , wherein the rotor (120) does not have an axial coolant channel (230) between the magnetic pockets (130), which form a V with a vertex facing the rotor shaft (220).

Rotor (120) according to one of the preceding claims, wherein the first partial body (201) and the second partial body (202) each form a rotor body half, so that the central position in the axial direction is arranged in a center of the rotor body (122).

Rotor (120) according to one of the preceding claims, wherein the first partial body (201) and the second partial body (202) of the rotor body (122) each have a plurality of identical channel rotor plates (212) which are used for each axial coolant channel (230). each have a hole (300).

Rotor (120) according to one of the preceding claims, wherein - The rotor body (122) at the central position has a first supply line rotor plate (211) for supplying the one or more first axial coolant channels (230) with coolant (240) and a second supply line rotor plate (211) for supplying the one or more second ones has axial coolant channels (230) with coolant (240); - a supply line rotor plate (211) for each radial supply line (231) has a corresponding supply line recess (301) running in the radial direction, which extends from a central recess (128) of the supply line rotor plate (211) to one Hole (300) of the supply line rotor plate (211) runs for an axial coolant channel (230).

Rotor (120) according to Claim 10 , wherein - the rotor (120) has a separating rotor plate (210) which is arranged between the first and the second supply line rotor plate (211); and - the separating rotor plate (210) is designed to form a partition wall between the one or more supply line recesses (301) and the one or more holes (301) of the first and second supply line rotor plates (211).

Method (400) for cooling an electrical machine (100); wherein the method (400) comprises, - Conducting (401) coolant (240) through a cavity of a rotor shaft (220) of a rotor (120) of the electrical machine (100) to a central position which is between a first partial body (201) and a second partial body (202) of a rotor body (122) of the rotor (120) is arranged; - Guiding (402) of the coolant (240) at the central position through one or more radial supply lines (231) running in the radial direction - to and through one or more first axial coolant channels (230), which run in the axial direction through the first partial body (201) to a first end face (125) of the rotor body (122); and - to and through one or more second axial coolant channels (230), which run in the axial direction through the second partial body (202) to an opposite second end face (125) of the rotor body (122); and - Use (403) of the coolant (240) on the first end face (125) of the rotor body (122) to cool a first winding head of the electrical machine (100), and on the second end face (125) of the rotor body (122) to cool a second winding head of the electrical machine (100).