DE102022129063A1

DE102022129063A1 - Rotor

Info

Publication number: DE102022129063A1
Application number: DE102022129063.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Nachtmann; Alexander Keune
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2024094248A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) einer elektrischen Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend eine Rotorwelle (5) und einen drehfest mit der Rotorwelle (5) verbundenen, aus einer Vielzahl von paketierten Rotorblechen (13) gebildeten Rotorkörper (6), welcher von einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung durch den Rotorkörper (6) erstreckenden ersten Kühlkanälen (7) durchzogen ist, wobei die Rotorwelle (5) einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid (8) durchströmbaren ersten Rotorwellenkanal (9) aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper (6) erstreckenden ersten Zufuhrkanal (10) verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Kühlkanäle (7) mündet, wobei der erste Zufuhrkanal (10) in dem Rotorkörper (6) einen ersten Kanalausgang (11) mit einem ersten Fluidleitelement (12) aufweist, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors (1) zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid (8) beim Austritt aus dem ersten Kanalausgang (11) mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Rotorwelle und einen drehfest mit der Rotorwelle verbundenen, aus einer Vielzahl von paketierten Rotorblechen gebildeten Rotorkörper, welcher von einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung durch den Rotorkörper erstreckenden ersten Kühlkanälen durchzogen ist, wobei die Rotorwelle einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid durchströmbaren ersten Rotorwellenkanal aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper erstreckenden ersten Zufuhrkanal verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Kühlkanäle mündet.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Bei der Entwicklung der für E-Achsen und Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
Für die Statoren von elektrischen Maschinen ist beispielsweise die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Rotorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Rotorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid.
Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1 ) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer: Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017).
Es sind auch Konzepte bekannt, bei denen die Wicklungen direkt mit Hydraulikflüssigkeit umströmt werden, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Eine verbesserte Kühlung mit direktem Kontakt von Hydraulikflüssigkeit und Leiter in der Nut ist bereits grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise DE 102015013018 A1 eine Lösung für elektrische Maschinen mit Einzelzahnwicklung, wobei das Fluid direkt die Wicklungen, welche um die Zähne gewickelt sind, umströmt.
Neben der Kühlung der Statoren ist es grundsätzlich auch bekannt, die Rotoren der elektrischen Maschinen zu kühlen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Rotor zu realisieren, welcher eine hohe Kühlleistung bei gleichzeitig geringen Leckageraten und Fertigungskosten bereitstellen kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine/ein Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Rotorwelle und einen drehfest mit der Rotorwelle verbundenen, aus einer Vielzahl von paketierten Rotorblechen gebildeten Rotorkörper, welcher von einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung durch den Rotorkörper erstreckenden ersten Kühlkanälen durchzogen ist, wobei die Rotorwelle einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid durchströmbaren ersten Rotorwellenkanal aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper erstreckenden ersten Zufuhrkanal verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Kühlkanäle mündet, wobei der erste Zufuhrkanal in dem Rotorkörper einen ersten Kanalausgang mit einem ersten Fluidleitelement aufweist, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid beim Austritt aus dem ersten Kanalausgang mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass ein Leckagestrom durch die direkte radiale Beaufschlagung eines Spalts zwischen zwei Rotorblechen in dem Rotorkörper verhindert werden kann. Durch die beaufschlagung des Kühlfluids mit einer Axialkraftkomponente wird zudem die Aufprallgeschwindigkeit des Kühlfluids auf die radial äußeren Mantelflächen des Kühlkanals reduziert, was ebenfalls zu einer Minimierung oder vollständigen Vermeidung eines Leckagestroms beitragen kann.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Relevanz oder ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Bevorzugt ist die Hohlwelle der kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung eine zumindest abschnittsweise hohl ausgeführte Rotorwelle eines Rotors einer elektrischen Maschine.
Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung demnach der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper setzt sich demnach insbesondere zusammen aus einem Rotorblechpaket sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Permanentmagneten sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der der Taschen.
Der Rotor weist bevorzugt eine Mehrzahl von Rotorkörpern auf. Besonders bevorzugt sind die Rotorkörper im Wesentlichen gleichteilig, insbesondere im Wesentlichen identisch, ausgebildet. Höchst bevorzugt ist es, dass die Rotorkörper aus gleichteiligen, insbesondere im Wesentlichen identischen Rotorblechen gebildet sind. Die Rotorkörper sind also insbesondere bevorzugt aus einem Rotorblechpaket gebildet, welche aus einer Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen zusammengesetzt sind, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können in dem Rotorblechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierte Permanentmagnete aufweisen.
Als Rotormagnet werden die in die Taschen des Rotorblechpakets einzubringenden Permanentmagnete verstanden. Permanentmagnete können bevorzugt in die Taschen des Rotorblechpakets eingebracht sein. Dabei kann pro Tasche ein einziger größerer, als Stabmagnet ausgebildeter Rotormagnet oder mehrere kleinere Permanentmagnetelemente ausgebildete Rotormagnete vorgesehen werden.
Ein Rotorblechpaket kann insbesondere einen Rotorkörper bilden. Als Rotorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierte Magnetelemente sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der der Taschen und dergleichen aufweisen.
Die elektrische Maschine kann insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Die Rotationsmaschine kann insbesondere als Radialflussmaschine konfiguriert sein. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Querschnitt kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 50 kW, vorzugsweise größer als 80 kW und insbesondere größer als 150 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 8.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 12.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 1500 U/min bereitstellt.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle im Querschnitt des Rotorkörpers auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine besonders gleichmäßige Kühlleistung erzielbar ist. Es ist besonders bevorzugt, dass der Durchmesser der Kreisbahn so gewählt ist, dass die Kühlkanäle radial unterhalb der Rotormagnete verlaufen. Es ist ferner bevorzugt, dass der Mittelpunkt der Kreisbahn koaxial zu der Rotationsachse des Rotors verläuft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotorkörper ein erstes Deckblech aufweist, dass an einem ersten der stirnseitigen Enden des Rotorkörpers an diesem anliegt und das erste Deckblech den ersten Zufuhrkanal bildet und/oder aufweist. Der Zufuhrkanal kann dabei als abschnittsweise oder vollständig als geschlossener Kanal oder abschnittsweise oder vollständig als Nut ausgeführt sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der Zufuhrkanal lediglich in einem Deckblech ausgebildet werden muss.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Zufuhrkanal eine in dem ersten Deckblech ausgebildete erste Nut umfasst, welche mit einem an dem ersten Deckblech stirnseitig anliegenden Rotorblech des Rotorkörpers den ersten Zufuhrkanal definiert. Es kann hierdurch eine fertigungstechnisch besonders günstige Variante eines Zufuhrkanals bereitgestellt werden.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Fluidleitelement als eine in axialer Richtung geneigte erste Rampe in der ersten Nut ausgeformt ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass diese Rampe fertigungstechnisch besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das erste Fluidleitelement als eine in axialer Richtung geneigte und aus der Ebene des ersten Deckblechs herausragende Rampe ausgebildet ist, was sich hinsichtlich der Vermeidung eines Leckagestroms als besonders günstig erwiesen hat.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Rotorwelle einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid durchströmbaren zweiten Rotorwellenkanal aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper erstreckenden zweiten Zufuhrkanal verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden zweiten Kühlkanäle mündet, wobei der zweite Zufuhrkanal in dem Rotorkörper einen zweiten Kanalausgang mit einem zweiten Fluidleitelement aufweist, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid beim Austritt aus dem zweiten Kanalausgang mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Rotorkörper ein zweites Deckblech aufweist, dass an einem zweiten der stirnseitigen Enden des Rotorkörpers an diesem anliegt und das zweite Deckblech den zweiten Zufuhrkanal bildet und/oder aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der Rotor so von mehreren Seiten her gekühlt werden kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der erste Zufuhrkanal und der zweite Zufuhrkanal so konfiguriert sind, dass die mit ihnen gekoppelten Kühlkanäle, von dem Kühlfluid in unterschiedlichen Richtungen durchströmt wird, was ebenfalls zu einer verbesserten Kühlleistung beiträgt.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das erste Deckblech eine sich axial durch das erste Deckblech erstreckende erste Auslassöffnung aufweist, die mit dem ersten Kühlkanal fluidisch verbunden ist und/oder das zweite Deckblech eine sich axial durch das zweite Deckblech erstreckende zweite Auslassöffnung aufweist, die mit dem zweiten Kühlkanal fluidisch verbunden ist, so dass ein definierter Auslasspunkt für das Kühlfluid aus dem Rotorkörper definiert werden kann.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das erste Deckblech und/oder das zweite Deckblech einen Sensorlesebereich aufweisen, mittels dessen durch einen Sensor die Rotorgeschwindigkeit und/oder die Rotorlage bestimmbar ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass hierdurch eine hoher System integrationsgrad erzielen lässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
2 eine elektrische Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
3 einen Rotor in einer Axialschnittansicht,
4 eine Detailansicht auf den Kanalausgang des Zufuhrkanals in einer Axialschnittdarstellung,
5 eine stirnseitige Frontalansicht auf ein erstes Deckblech des Rotors,
6 eine stirnseitige Frontalansicht auf ein zweites Deckblech des Rotors,
7 eine stirnseitige Frontalansicht auf den Rotorkörper,
8 ein erstes Deckblech in einer ersten stirnseitigen Ansicht, einer zweiten stirnseitigen Ansicht und einer Seitenansicht.

Die Erfindung wird anhand einer elektrischen Maschine 2 für einen Antriebsstrang 3 eines Kraftfahrzeugs 4 beispielhaft erläutert. Ein derartiger Antriebsstrang 3 ist exemplarisch in der 1 skizziert.
Wie aus der 5 zu erkennen ist, umfasst der in dem hohlzylindrischen Stator 29 drehbar gelagerter Rotor 1 der elektrischen Maschine 2 eine Rotorwelle 5 und einen drehfest mit der Rotorwelle 5 verbundenen, aus einer Vielzahl von paketierten Rotorblechen 13 gebildeten Rotorkörper 6, welcher von einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung durch den Rotorkörper 6 erstreckenden ersten Kühlkanälen 7 durchzogen ist. Die Rotorwelle 5 weist einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid 8 durchströmbaren ersten Rotorwellenkanal 9 auf, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper 6 erstreckenden ersten Zufuhrkanal 10 verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Kühlkanäle 7 mündet.
Der erste Zufuhrkanal 10 in dem Rotorkörper 6 besitzt einen ersten Kanalausgang 11 mit einem ersten Fluidleitelement 12, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors 1 zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid 8 beim Austritt aus dem ersten Kanalausgang 11 mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird. Dies kann gut aus der Zusammenschau der 2-4 nachvollzogen werden.
In den 2-7 ist ferner gezeigt, dass die Rotorwelle 5 einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid 8 durchströmbaren zweiten Rotorwellenkanal 19 aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper 6 erstreckenden zweiten Zufuhrkanal 20 verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden zweiten Kühlkanäle 17 mündet, wobei der zweite Zufuhrkanal 20 in dem Rotorkörper 6 einen zweiten Kanalausgang 21 mit einem zweiten Fluidleitelement 22 aufweist, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors 1 zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid 8 beim Austritt aus dem zweiten Kanalausgang 21 mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird.
Der erste Zufuhrkanal 10 und der zweite Zufuhrkanal 20 sind in der gezeigten Ausführungsvariante so konfiguriert, dass die mit ihnen gekoppelten Kühlkanäle 7,17 von dem Kühlfluid 8 in unterschiedlichen Richtungen durchströmt wird. Der Rotorkörper 6 verfügt hierzu über ein entsprechend ausgebildetes zweites Deckblech 24, dass an einem zweiten der stirnseitigen Enden des Rotorkörpers 6 an diesem anliegt und das zweite Deckblech 24 den zweiten Zufuhrkanal 20 bildet und/oder aufweist, was sich gut anhand der 2 nachvollziehen lässt. Das erste Deckblech 14 besitzt eine sich axial durch das erste Deckblech 14 erstreckende erste Auslassöffnung 25, die mit dem ersten Kühlkanal 7 fluidisch verbunden ist, so dass die Wickelköpfe des Stators 29 über diese Auslassöffnung 25 im Betrieb der elektrischen Maschine 2 mit Kühlfluid 8 beaufschlagt werden können.
Analog hierzu weist auch das zweite Deckblech 24 eine sich axial durch das zweite Deckblech 24 erstreckende zweite Auslassöffnung 26 auf, die mit dem zweiten Kühlkanal 17 fluidisch verbunden ist, so dass auch der zweite Wickelkopf des Stators 29 der elektrischen Maschine 2 mit dem Kühlfluid 8 beaufschlagbar ist.
Wie man anhand der 4 gut erkennt ist der erste Zufuhrkanal 10 so ausgeführt, dass dieser nur geringfügig über das radial inneren Ende des ersten Kühlkanals 7 herausragt. Der erste Kühlkanal 7 verfügt über ein in den ersten Kühlkanal 7 hineinreinragendes erstes Fluidleitelement 12, dass in der gezeigten Ausführungsform als erste Rampe 16 ausgebildet ist. Das erste Fluidleitelement 12 sorgt dafür, dass das radial nach außen fließende Kühlfluid 8 in den ersten Kühlkanal 7 hineingelenkt wird. Kühlprobleme durch Leckageverluste in Spalte radial oberhalb der des Zufuhrkanals 10 können auf diese Weise vermieden werden.
Das erste Fluidleitelement 12 fungiert hierbei also als eine Strömungsabrisskante. Das Kühlfluid 8 fliegt an der Rampe 16 mit einem durch die Rampe 16 aufgezwungenen Axialvektor radial nach außen, bis es auf den äußeren Radius des ersten Kühlkanals 7 trifft. Die Radialgeschwindigkeit ist durch den freien Flug geringer als wenn das Kühlfluid 8 bis rein radial, also ohne die axiale Umlenkung durch das erste Fluidleitelement 12, zum äußeren Radius des Kühlkanals 7 beschleunigt worden wäre. Durch die geringere Radialgeschwindigkeit in Verbindung mit der erzwungenen axialen Umlenkung, fließt das Kühlfluid 8 durch den ersten Kühlkanal 7 des Rotors 1 hindurch, anstatt dass diese Radial-Axial-Umlenkung beispielsweise an dem Ringspalt an der stirnseitigen Anlagefläche zwischen dem Rotorkörper 6 und dem ersten Deckblech 14 stattfindet.
Die Rampe 16 lässt sich beispielsweise kostengünstig durch eine Durchstellung in einem Aluminium-Stanzteil herstellen. Die Durchstellung liegt dabei bevorzugterweise außerhalb der ebenen Fläche des Sensorlesebereichs 27.
Die Kühlung des Rotors 1 wird in den gezeigten Ausführungsbeispielen durch eine beidseitige Einleitung von Kühlfluid 8 in eine Mehrzahl von sternförmig angeordneten Zufuhrkanälen 10,20 in den Deckblechen 14,24 erzielt. Der Rotor 1 wird dabei wechselseitig von links nach rechts durchströmt. Hierdurch kann eine symmetrische Beölung und Kühlung des Rotors 1 und der Statorwicklungen erzielt werden.
Aus der 3 ist ferner ersichtlich, dass der Rotorkörper 6 ein erstes Deckblech 14 aufweist, dass an einem ersten der stirnseitigen Enden des Rotorkörpers 6 an diesem anliegt und das erste Deckblech 14 den ersten Zufuhrkanal 10 bildet und/oder aufweist. Der erste Zufuhrkanal 10 ist hierbei als eine in dem ersten Deckblech 14 ausgebildete erste Nut 15 ausgeformt, welche mit einem an dem ersten Deckblech 14 stirnseitig anliegenden Rotorblech 13 des Rotorkörpers 6 den ersten Zufuhrkanal 10 definiert, wie es auch gut der 4 entnommen werden kann. Das erste Fluidleitelement 12 ist als eine in axialer Richtung geneigte erste Rampe 16 in der ersten Nut 15 ausgeformt, wobei sich diese in einer in axialer Richtung geneigte und aus der Ebene des ersten Deckblechs 14 herausragenden Rampe 16 fortsetzt.
Schließlich zeigt die 8, dass das erste Deckblech 14 einen ringförmigen Sensorlesebereich 27 aufweist, mittels dessen durch einen Sensor 28 die Rotorgeschwindigkeit und/oder die Rotorlage bestimmbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: elektrische Maschine
3: Antriebsstrang
4: Kraftfahrzeug
5: Rotorwelle
6: Rotorkörper
7: Kühlkanäle
8: Kühlfluid
9: Rotorwellenkanal
10: Zufuhrkanal
11: Kanalausgang
12: Fluidleitelement
13: Rotorblechen
14: Deckblech
15: Nut
16: Rampe
17: Kühlkanäle
19: Rotorwellenkanal
20: Zufuhrkanal
21: Kanalausgang
22: Fluidleitelement
24: Deckblech
25: Auslassöffnung
26: Auslassöffnung
27: Sensorlesebereich
28: Sensor
29: Stator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3157138 A1 [0007]
DE 102015013018 A1 [0008]

Claims

Rotor (1) einer elektrischen Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend eine Rotorwelle (5) und einen drehfest mit der Rotorwelle (5) verbundenen, aus einer Vielzahl von paketierten Rotorblechen (13) gebildeten Rotorkörper (6), welcher von einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung durch den Rotorkörper (6) erstreckenden ersten Kühlkanälen (7) durchzogen ist, wobei die Rotorwelle (5) einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid (8) durchströmbaren ersten Rotorwellenkanal (9) aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper (6) erstreckenden ersten Zufuhrkanal (10) verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Kühlkanäle (7) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zufuhrkanal (10) in dem Rotorkörper (6) einen ersten Kanalausgang (11) mit einem ersten Fluidleitelement (12) aufweist, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors (1) zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid (8) beim Austritt aus dem ersten Kanalausgang (11) mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird.
Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (6) ein erstes Deckblech (14) aufweist, dass an einem ersten der stirnseitigen Enden des Rotorkörpers (6) an diesem anliegt und das erste Deckblech (14) den ersten Zufuhrkanal (10) bildet und/oder aufweist.
Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zufuhrkanal (10) eine in dem ersten Deckblech (14) ausgebildete erste Nut (15) umfasst, welche mit einem an dem ersten Deckblech (14) stirnseitig anliegenden Rotorblech (13) des Rotorkörpers (6) den ersten Zufuhrkanal (10) definiert.
Rotor (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluidleitelement (12) als eine in axialer Richtung geneigte erste Rampe (16) in der ersten Nut (15) ausgeformt ist.
Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluidleitelement (12) als eine in axialer Richtung geneigte und aus der Ebene des ersten Deckblechs (14) herausragende Rampe (16) ausgebildet ist.
Rotor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5) einen sich in radialer Richtung erstreckenden, von einem Kühlfluid (8) durchströmbaren zweiten Rotorwellenkanal (19) aufweist, welcher fluidisch mit einem sich in radialer Richtung durch den Rotorkörper (6) erstreckenden zweiten Zufuhrkanal (20) verbunden ist, welcher in einen der sich in axialer Richtung erstreckenden zweiten Kühlkanäle (17) mündet, wobei der zweite Zufuhrkanal (20) in dem Rotorkörper (6) einen zweiten Kanalausgang (21) mit einem zweiten Fluidleitelement (22) aufweist, dass so ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Rotors (1) zentrifugalkraftbeaufschlagte Kühlfluid (8) beim Austritt aus dem zweiten Kanalausgang (21) mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird.
Rotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zufuhrkanal (10) und der zweite Zufuhrkanal (20) so konfiguriert sind, dass die mit ihnen gekoppelten Kühlkanäle (7,17) von dem Kühlfluid (8) in unterschiedlichen Richtungen durchströmt wird.
Rotor (1) nach einem der Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (6) ein zweites Deckblech (24) aufweist, dass an einem zweiten der stirnseitigen Enden des Rotorkörpers (6) an diesem anliegt und das zweite Deckblech (24) den zweiten Zufuhrkanal (20) bildet und/oder aufweist.
Rotor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Deckblech (14) eine sich axial durch das erste Deckblech (14) erstreckende erste Auslassöffnung (25) aufweist, die mit dem ersten Kühlkanal (7) fluidisch verbunden ist und/oder das zweite Deckblech (24) eine sich axial durch das zweite Deckblech (24) erstreckende zweite Auslassöffnung (26) aufweist, die mit dem zweiten Kühlkanal (17) fluidisch verbunden ist.
Rotor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Deckblech (14) und/oder das zweite Deckblech (24) einen Sensorlesebereich (27) aufweisen, mittels dessen durch einen Sensor (28) die Rotorgeschwindigkeit und/oder die Rotorlage bestimmbar ist.