DE102022134482A1

DE102022134482A1 - Rotor for an electric machine

Info

Publication number: DE102022134482A1
Application number: DE102022134482.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Striedelmeyer
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine, umfassend eine Rotorwelle (2) und ein daran angeordnetes Rotorblechpaket (3), das axial von Wuchtscheiben (4) begrenzt ist, wobei das Rotorblechpaket (3) aus mehreren axial aufeinanderfolgenden Rotorblechsegmenten (3.1 bis 3.n) aufgebaut ist und ferner mehrere Permanentmagnete (12) aufweist, wobei zwischen der Rotorwelle (2) und dem Rotorblechpaket (3) mindestens ein überwiegend axial verlaufender Kühlkanal (5) für ein Kühlmedium angeordnet ist, wobei die Rotorwelle (2) zum Führen des Kühlmediums zumindest teilweise hohl ausgebildet ist und einen Einlass (7) für das Kühlmedium an einer Stirnfläche aufweist, wobei die Rotorwelle (2) mehrere radiale Öffnungen (8) zum Austritt des Kühlmediums in den Kühlkanal (5) aufweist, wobei der Kühlkanal (5) zumindest zum Rotorblechpaket (3) hin zumindest an Übergängen zwischen den Rotorblechsegmenten (3.1 bis 3.n) untereinander und zu den Wuchtscheiben (4) hin mit einer Vergussmasse (6) versehen ist.The invention relates to a rotor (1) for an electrical machine, comprising a rotor shaft (2) and a laminated rotor core (3) arranged thereon, which is axially delimited by balancing disks (4), the laminated rotor core (3) being made up of a plurality of axially successive laminated rotor segments ( 3.1 to 3.n) and also has a plurality of permanent magnets (12), with at least one predominantly axially running cooling duct (5) for a cooling medium being arranged between the rotor shaft (2) and the laminated core (3) of the rotor, with the rotor shaft (2 ) is at least partially hollow for guiding the cooling medium and has an inlet (7) for the cooling medium on one end face, the rotor shaft (2) having a plurality of radial openings (8) for the cooling medium to exit into the cooling channel (5), the Cooling duct (5) at least towards the laminated rotor core (3) is provided with a casting compound (6) at least at transitions between the laminated rotor segments (3.1 to 3.n) and towards the balancing disks (4).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a rotor for an electrical machine according to the preamble of claim 1.

Bei permanenterregten Synchronmaschinen (kurz: PSM) befinden sich Permanentmagnete in einem Rotorblechpaket eines Rotors, um ein Rotormagnetfeld zu bilden, welches in Interaktion mit einem Stator-Drehfeld die Drehbewegung des Rotors erzeugt. Während der Stator meist aktiv gekühlt wird, um die im Stator anfallende Verlustwärme abzutransportieren, fallen auch im Rotor Verluste im Betrieb an. In manchen Applikationen mit „hoher“ Leistung ist es daher notwendig, auch den Rotor aktiv zu kühlen, um die Permanentmagnete vor unzulässiger Temperatur und damit vor Entmagnetisierung zu schützen. Des Weiteren ermöglicht es eine aktive Rotorkühlung oftmals, die kontinuierliche Leistungsabgabe der elektrischen Maschine - vor allem bei mittleren bis hohen Drehzahlen - zu steigern.In permanently excited synchronous machines (PSM for short), permanent magnets are located in a rotor laminated core of a rotor in order to form a rotor magnetic field which, in interaction with a rotating field in the stator, generates the rotary movement of the rotor. While the stator is usually actively cooled in order to remove the heat loss occurring in the stator, losses also occur in the rotor during operation. In some applications with "high" power it is therefore necessary to actively cool the rotor as well in order to protect the permanent magnets from impermissible temperatures and thus from demagnetization. Furthermore, active rotor cooling often makes it possible to increase the continuous power output of the electric machine - especially at medium to high speeds.

Aktive Rotorkühlung von elektrischen Maschinen ist in vielfältiger Ausgestaltung bekannt, beispielsweise durch in einer Rotorhohlwelle fließendes Öl, beispielsweise für die aktive Spritzöl-Kühlung eines Wickelkopfes, oder durch Rotorlanzenkühlung mittels Kühlwassers und/oder Öl.Active rotor cooling of electrical machines is known in many forms, for example by oil flowing in a hollow rotor shaft, for example for active spray oil cooling of a winding overhang, or by rotor lance cooling using cooling water and/or oil.

DE 10 2018 211 204 A1 beschreibt eine E-Maschine, umfassend eine Welle, auf der ein Rotorblechpaket angebracht ist, wobei an dem Rotorblechpaket zusätzlich ein Sprühkörper zum Versprühen von Kühlungsfluid vorgesehen ist, der zumindest einen Fluidkanal aufweist, an dessen radial innerem Ende ein Kühlungsfluid zuführbar ist, insbesondere durch die Welle, und an dessen radial äußerem Ende das Kühlungsfluid zur Kühlung der E-Maschine austreten kann, wobei das radial äußere Ende des Fluidkanals in axialer Richtung derart außerhalb des Wickelkopfs angeordnet ist, dass das aus dem Fluidkanal austretende Kühlungsfluid zumindest mittelbar auf einen radial äußeren Umfangsbereich eines Wickelkopfes eines Stators der E-Maschine förderbar ist. DE 10 2018 211 204 A1 describes an electric machine, comprising a shaft on which a laminated rotor core is attached, with a spray body for spraying cooling fluid also being provided on the laminated rotor core, which spray body has at least one fluid channel, at the radially inner end of which a cooling fluid can be supplied, in particular through the Shaft, and at the radially outer end of which the cooling fluid for cooling the electric machine can exit, the radially outer end of the fluid channel being arranged in the axial direction outside of the end winding in such a way that the cooling fluid exiting the fluid channel at least indirectly reaches a radially outer peripheral area a winding overhang of a stator of the electric machine can be conveyed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben.The invention is based on the object of specifying a new type of rotor for an electrical machine.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a rotor for an electrical machine with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine elektrische Maschine umfasst eine Rotorwelle und ein daran angeordnetes Rotorblechpaket, das axial von Wuchtscheiben begrenzt ist, wobei das Rotorblechpaket aus mehreren axial aufeinanderfolgenden Rotorblechsegmenten aufgebaut ist und ferner mehrere Permanentmagnete aufweist, wobei zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket mindestens ein überwiegend axial verlaufender Kühlkanal für ein Kühlmedium angeordnet ist, wobei die Rotorwelle zum Führen des Kühlmediums zumindest teilweise hohl ausgebildet ist und einen Einlass für das Kühlmedium an einer Stirnfläche aufweist, wobei die Rotorwelle mehrere radiale Öffnungen zum Austritt des Kühlmediums in den Kühlkanal aufweist. Erfindungsgemäß ist der Kühlkanal zumindest zum Rotorblechpaket hin zumindest an Übergängen zwischen den Rotorblechsegmenten untereinander und zu den Wuchtscheiben hin mit einer Vergussmasse versehen.A rotor according to the invention for an electric machine comprises a rotor shaft and a laminated rotor core arranged on it, which is axially delimited by balancing disks, the laminated rotor core being constructed from a plurality of axially successive laminated rotor segments and also having a plurality of permanent magnets, with at least one predominantly axially located between the rotor shaft and the laminated rotor core running cooling channel for a cooling medium is arranged, wherein the rotor shaft for guiding the cooling medium is at least partially hollow and has an inlet for the cooling medium on an end face, wherein the rotor shaft has a plurality of radial openings for the cooling medium to exit into the cooling channel. According to the invention, the cooling channel is provided with a casting compound at least towards the laminated rotor core, at least at transitions between the laminated rotor segments and towards the balancing disks.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine aktive Rotorkühlung für eine elektrische Traktionsmaschine erzielt. Dabei wird ein hauptsächlich axialer Kühlkanal zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket eingebracht, wobei mindestens an der Oberfläche zum Rotorblechpaket eine Masse aufgebracht wird, welche das Kühlmedium innerlich führt und das Rotorblechpaket gegenüber diesem fluiddicht abschließt.The solution according to the invention achieves active rotor cooling for an electric traction machine. A mainly axial cooling channel is introduced between the rotor shaft and the laminated rotor core, with a mass being applied at least on the surface of the laminated rotor core, which material guides the cooling medium internally and seals the laminated rotor core in a fluid-tight manner.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, zusätzliche Kühlleistung im Rotor einer elektrischen Maschine darzustellen, wobei diese Kühlwirkung radial näher an den Permanentmagneten liegt, als dies mit der konventionellen Rotorkühlung, bei der Kühlmittel in der Hohlwelle fließt, der Fall ist, und wobei der geschaffene Rotor-Kühlkanal jederzeit (radial) fluiddicht ausgeführt ist und es somit erlaubt, jegliches Fluid (Öl, aber auch Kühlwasser) zur Rotorkühlung zu verwenden, ohne Nachteile oder Leckagen im Betrieb zu befürchten.The present invention aims to provide additional cooling capacity in the rotor of an electrical machine, this cooling effect being radially closer to the permanent magnet than is the case with conventional rotor cooling, in which coolant flows in the hollow shaft, and the rotor created -The cooling channel is designed to be (radially) fluid-tight at all times, thus allowing any fluid (oil, but also cooling water) to be used for rotor cooling without fear of disadvantages or leakage during operation.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Rotors für eine elektrische Maschine,
2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors,
3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors,
4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors,
5 eine schematische Querschnittsansicht des Rotors,
6 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors,
7 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors,
8 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors,
9 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors,
10 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors,
11 eine weitere schematische Querschnittsansicht des Rotors, und
12 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors.

show:

1 a schematic view of a rotor for an electrical machine,
2 a schematic view of a further embodiment of a rotor,
3 a schematic view of a further embodiment of a rotor,
4 a schematic view of a further embodiment of a rotor,
5 a schematic cross-sectional view of the rotor,
6 a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the rotor,
7 a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the rotor,
8th a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the rotor,
9 a schematic view of a further embodiment of a rotor,
10 a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the rotor,
11 another schematic cross-sectional view of the rotor, and
12 a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the rotor.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

1 ist eine schematische Ansicht eines Rotors 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, die beispielsweise als Antriebsaggregat für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug verwendet werden kann. 1 is a schematic view of a rotor 1 for an electric machine, in particular a permanently excited synchronous machine, which can be used, for example, as a drive unit for an electrically driven vehicle.

Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 2 und ein daran angeordnetes Rotorblechpaket 3 auf, das axial von Wuchtscheiben 4 begrenzt sein kann. Das Rotorblechpaket 3 ist aus mehreren axial aufeinanderfolgenden Rotorblechsegmenten 3.1 bis 3.n aufgebaut und kann ferner ein oder mehrere nicht dargestellte Permanentmagnete 12 aufweisen.The rotor 1 has a rotor shaft 2 and a laminated rotor core 3 arranged thereon, which can be limited axially by balancing disks 4 . The laminated rotor core 3 is made up of a plurality of axially consecutive rotor lamination segments 3.1 to 3.n and can also have one or more permanent magnets 12 (not shown).

Zwischen der Rotorwelle 2 und dem Rotorblechpaket 3 ist mindestens ein überwiegend axial verlaufender Kühlkanal 5 für ein Kühlmedium angeordnet, wobei der Kühlkanal 5 zumindest zum Rotorblechpaket 3 hin mit einer Vergussmasse 6 zum Führen des Kühlmediums und gegebenenfalls zum fluiddichten Abschluss gegen das Rotorblechpaket 3 begrenzt ist. Die Rotorwelle 2 ist zum Führen des Kühlmediums zumindest teilweise hohl ausgebildet, wobei ein Einlass 7 für das Kühlmedium an einer Stirnfläche der Rotorwelle 2 angeordnet sein kann, wobei die Rotorwelle 2 mindestens eine radiale Öffnung 8, beispielsweise zwei radiale Öffnungen 8, zum Austritt des Kühlmediums in den Kühlkanal 5 aufweist. Die radialen Öffnungen 8 münden in den Kühlkanal 5 nahe einem Ende des Rotorblechpakets 3. Der Kühlkanal 5 beginnt etwa an den Öffnungen 8 und erstreckt sich von dort innerhalb des Rotorblechpakets 3 bis zu dessen anderem Ende und durch die dort gegebenenfalls befindliche Wuchtscheibe 4.At least one cooling duct 5 for a cooling medium, which runs predominantly axially, is arranged between the rotor shaft 2 and the laminated rotor core 3, with the cooling duct 5 being delimited at least towards the laminated rotor core 3 with a casting compound 6 for guiding the cooling medium and, if necessary, for fluid-tight sealing against the laminated rotor core 3. The rotor shaft 2 is at least partially hollow in order to guide the cooling medium, it being possible for an inlet 7 for the cooling medium to be arranged on an end face of the rotor shaft 2, with the rotor shaft 2 having at least one radial opening 8, for example two radial openings 8, for the exit of the cooling medium has in the cooling channel 5. The radial openings 8 open into the cooling channel 5 near one end of the laminated rotor core 3. The cooling channel 5 begins approximately at the openings 8 and extends from there within the laminated rotor core 3 to its other end and through the balancing disk 4 that may be located there.

In 1 wird das Kühlmedium von links in den Einlass 7 der drehenden Rotorwelle 2 eingebracht. Die radialen Öffnungen 8 speisen den Kühlkanal 5. Das Kühlmedium legt sich infolge der Fliehkraft an der durch die Vergussmasse 6 gebildeten äußeren Wandung des Kühlkanals 5 an und verlässt den Kühlkanal 5 an dessen Ende durch die Wuchtscheibe 4 gegenüber dem Einlass 7.In 1 the cooling medium is introduced from the left into the inlet 7 of the rotating rotor shaft 2. The radial openings 8 feed the cooling channel 5. Due to the centrifugal force, the cooling medium contacts the outer wall of the cooling channel 5 formed by the casting compound 6 and leaves the cooling channel 5 at its end through the balancing disk 4 opposite the inlet 7.

Auf diese Weise wird ein störungsfreier Axialkühlkanal realisiert, ohne dass das Kühlmittel axial vor den jeweiligen Vorsprung des nächsten Rotorblechsegments 3.1 bis 3.n läuft. Die Vorsprünge entstehen dadurch, dass das Rotorblechpaket 3 durch Stapeln von Rotorblechsegmenten 3.1 bis 3.n hergestellt wird, die für gute NVH-Eigenschaften einen Winkelversatz zueinander aufweisen. Die Erfindung bietet eine Möglichkeit, trotzdem einen Kühlkanal 5 mit einer glatten äußeren Oberfläche ohne Kanten bereitzustellen.In this way, a trouble-free axial cooling channel is realized without the coolant running axially in front of the respective projection of the next rotor lamination segment 3.1 to 3.n. The projections result from the fact that the laminated rotor core 3 is produced by stacking laminated rotor segments 3.1 to 3.n, which have an angular offset relative to one another for good NVH properties. The invention offers a possibility of nevertheless providing a cooling channel 5 with a smooth outer surface without edges.

Zusätzlich kann die Vergussmasse 6 auch an einer Mantelfläche der Rotorwelle 2 angeordnet sein und den Kühlkanal 5 auch dort begrenzen.In addition, the casting compound 6 can also be arranged on a lateral surface of the rotor shaft 2 and also delimit the cooling channel 5 there.

Das Kühlmedium kann von einer Seite in den Rotor 1 eintreten und den Rotor 1 an der gegenüberliegenden Seite verlassen. Danach kann das Kühlmedium, sofern es sich um Getriebeöl handelt, beispielsweise radial auf einen Wickelkopf eines Stators (nicht dargestellt) gespritzt werden.The cooling medium can enter the rotor 1 from one side and leave the rotor 1 on the opposite side. The cooling medium can then be sprayed radially, for example, onto a winding overhang of a stator (not shown), if it is gear oil.

2 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, die beispielsweise als Antriebsaggregat für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug verwendet werden kann. 2 is a schematic view of a further embodiment of a rotor 1 for an electrical machine, in particular a permanently excited synchronous machine, which can be used, for example, as a drive unit for an electrically driven vehicle.

Der Rotor 1 gleicht dem in 1 gezeigten Rotor 1 weitgehend. Darüber hinaus ist an der dem Einlass 7 gegenüberliegenden Seite des Rotors 1 ein Gehäuse 9 der elektrischen Maschine gezeigt, in dem der Rotor 1 mittels eines Lagers 10 gelagert ist. Das Gehäuse 9 weist mindestens einen Auslass 11 für das Kühlmittel auf, in den der mindestens eine Kühlkanal 5 mündet, sodass das Kühlmittel die elektrische Maschine über den Auslass 11 verlässt. Als Kühlmedium kann daher abhängig von einem nicht dargestellten Dichtkonzept außer Öl auch Kühlwasser verwendet werden, welches dabei nicht in Kontakt mit dem Inneren der elektrischen Maschine kommt.The rotor 1 is similar to that in 1 shown rotor 1 largely. Furthermore, on the side of the rotor 1 opposite the inlet 7 , a housing 9 of the electric machine is shown, in which the rotor 1 is mounted by means of a bearing 10 . The housing 9 has at least one outlet 11 for the coolant, into which the at least one cooling channel 5 opens, so that the coolant leaves the electric machine via the outlet 11 . Depending on a sealing concept that is not shown, cooling water can therefore also be used in addition to oil, which does not come into contact with the interior of the electrical machine.

3 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, die beispielsweise als Antriebsaggregat für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug verwendet werden kann. 3 is a schematic view of a further embodiment of a rotor 1 for an electrical machine, in particular a permanently excited synchronous machine, which can be used, for example, as a drive unit for an electrically driven vehicle.

Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 2 und ein daran angeordnetes Rotorblechpaket 3 auf, das axial von Wuchtscheiben 4 begrenzt sein kann. Das Rotorblechpaket 3 ist aus mehreren axial aufeinanderfolgenden Rotorblechsegmenten 3.1 bis 3.n aufgebaut und kann ferner ein oder mehrere nicht dargestellte Permanentmagnete 12 aufweisen.The rotor 1 has a rotor shaft 2 and a laminated rotor core 3 arranged thereon, which can be limited axially by balancing disks 4 . The Rotor laminated core 3 is made up of several axially consecutive rotor laminated segments 3.1 to 3.n and can also have one or more permanent magnets 12 (not shown).

Zwischen der Rotorwelle 2 und dem Rotorblechpaket 3 ist mindestens ein überwiegend axial verlaufender Kühlkanal 5 für ein Kühlmedium angeordnet, wobei der Kühlkanal 5 zumindest zum Rotorblechpaket 3 hin mit einer Vergussmasse 6 zum Führen des Kühlmediums und gegebenenfalls zum fluiddichten Abschluss gegen das Rotorblechpaket 3 begrenzt ist. Die Rotorwelle 2 ist zum Führen des Kühlmediums zumindest teilweise hohl ausgebildet, wobei ein Einlass 7 für das Kühlmedium an einer Stirnfläche der Rotorwelle 2 angeordnet sein kann, wobei die Rotorwelle 2 mindestens eine radiale Öffnung 8, beispielsweise zwei radiale Öffnungen 8, zum Austritt des Kühlmediums in den Kühlkanal 5 aufweist. Die radialen Öffnungen 8 münden in den Kühlkanal 5 in der Mitte oder etwa in der Mitte des Rotorblechpakets 3. Der Kühlkanal 5 erstreckt sich von einem Ende des Rotorblechpakets 3 einschließlich der dort gegebenenfalls befindlichen Wuchtscheibe 4 bis zu dessen anderem Ende und durch die dort gegebenenfalls befindliche Wuchtscheibe 4 an den Öffnungen 8 vorbei.At least one cooling duct 5 for a cooling medium, which runs predominantly axially, is arranged between the rotor shaft 2 and the laminated rotor core 3, with the cooling duct 5 being delimited at least towards the laminated rotor core 3 with a casting compound 6 for guiding the cooling medium and, if necessary, for fluid-tight sealing against the laminated rotor core 3. The rotor shaft 2 is at least partially hollow in order to guide the cooling medium, it being possible for an inlet 7 for the cooling medium to be arranged on an end face of the rotor shaft 2, with the rotor shaft 2 having at least one radial opening 8, for example two radial openings 8, for the exit of the cooling medium has in the cooling channel 5. The radial openings 8 open into the cooling channel 5 in the middle or approximately in the middle of the laminated rotor core 3. The cooling channel 5 extends from one end of the laminated rotor core 3, including the balancing disk 4 that may be located there, to its other end and through the one that may be located there balancing disk 4 past the openings 8.

In 3 wird das Kühlmedium von links in den Einlass 7 der drehenden Rotorwelle 2 eingebracht. Die radialen Öffnungen 8 speisen den Kühlkanal 5. Das Kühlmedium legt sich infolge der Fliehkraft an der durch die Vergussmasse 6 gebildeten äußeren Wandung des Kühlkanals 5 an und verlässt den Kühlkanal 5 in Richtung seiner beiden Enden durch die Wuchtscheiben 4.In 3 the cooling medium is introduced from the left into the inlet 7 of the rotating rotor shaft 2. The radial openings 8 feed the cooling channel 5. Due to the centrifugal force, the cooling medium contacts the outer wall of the cooling channel 5 formed by the casting compound 6 and leaves the cooling channel 5 in the direction of its two ends through the balancing disks 4.

Das Kühlmedium ist hierbei beispielsweise Öl, es tritt von einer Seite in den Rotor 1 ein und wird dann durch die radialen Öffnungen 8 beispielsweise zentral im Rotor 1 beidseitig durch den Kühlkanal 5 geleitet und kann nach Verlassen des Rotors 1 auf die Wickelköpfe eines Stators geschleudert werden.The cooling medium here is oil, for example, it enters the rotor 1 from one side and is then guided through the radial openings 8, for example centrally in the rotor 1, through the cooling channel 5 on both sides and can be thrown onto the end windings of a stator after leaving the rotor 1 .

4 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, die beispielsweise als Antriebsaggregat für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug verwendet werden kann. 4 is a schematic view of a further embodiment of a rotor 1 for an electrical machine, in particular a permanently excited synchronous machine, which can be used, for example, as a drive unit for an electrically driven vehicle.

Der Rotor 1 gleicht dem in 1 gezeigten Rotor 1 weitgehend. Im Unterschied dazu ist der Kühlkanal 5 auf seiner Außenseite durch die Vergussmasse 6 mit einem Gefälle nach außen zu seinem Ende hin an der Wuchtscheibe 4 ausgeführt. Hierdurch können Schleppverluste reduziert werden, das Kühlmedium legt sich infolge der Fliehkraft an der Wandung der Vergussmasse 6 an, der Winkel erleichtert das Entweichen des Kühlmediums.The rotor 1 is similar to that in 1 shown rotor 1 largely. In contrast to this, the outside of the cooling channel 5 is formed by the casting compound 6 with an outward gradient towards its end on the balancing disk 4 . As a result, drag losses can be reduced, the cooling medium rests against the wall of the casting compound 6 as a result of the centrifugal force, and the angle makes it easier for the cooling medium to escape.

Bei den dargestellten Varianten werden die Aussparungen für den Kühlkanal 5 und die Geometrie der Vergussmasse 6 wie alle anderen Aussparungen, insbesondere für die Rotorwelle 2, Magnettaschen usw. im gleichen Prozess in das Rotorblechpaket 3 oder in dessen Rotorblechsegmente 3.1 bis 3.n eingebracht, beispielsweise durch Stanzen.In the variants shown, the cutouts for the cooling duct 5 and the geometry of the casting compound 6 are introduced like all other cutouts, in particular for the rotor shaft 2, magnetic pockets, etc., in the same process in the laminated rotor core 3 or in its laminated rotor segments 3.1 to 3.n, for example by punching.

5 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rotors 1. Dargestellt sind das Rotorblechpaket 3, die Rotorwelle 2, im Rotorblechpaket 3 eingebettete Magnete 12 sowie mehrere Kühlkanäle 5 mit der Vergussmasse 6 zum Rotorblechpaket 3 hin. Die Kühlkanäle 5 sind als flache Kanäle mit einer relativ großen Breite in Umfangsrichtung der Rotorwelle 2 und einer relativ geringen Höhe in Radialrichtung ausgebildet. 5 is a schematic cross-sectional view of the rotor 1. The rotor laminated core 3, the rotor shaft 2, magnets 12 embedded in the rotor laminated core 3 and several cooling channels 5 with the casting compound 6 towards the rotor laminated core 3 are shown. The cooling channels 5 are designed as flat channels with a relatively large width in the circumferential direction of the rotor shaft 2 and a relatively small height in the radial direction.

6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rotors 1. Dargestellt sind das Rotorblechpaket 3, die Rotorwelle 2, im Rotorblechpaket 3 eingebettete Magnete 12 sowie mehrere Kühlkanäle 5 mit der Vergussmasse 6 zum Rotorblechpaket 3 hin. Die Kühlkanäle 5 sind mit einem halbkreisähnlichen Profil mit ähnlicher Breite in Umfangsrichtung der Rotorwelle 2 und Höhe in Radialrichtung ausgebildet. 6 is a schematic cross-sectional view of the rotor 1. The rotor laminated core 3, the rotor shaft 2, magnets 12 embedded in the rotor laminated core 3 and several cooling channels 5 with the casting compound 6 towards the rotor laminated core 3 are shown. The cooling channels 5 are formed with a profile similar to a semicircle with a similar width in the circumferential direction of the rotor shaft 2 and height in the radial direction.

7 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rotors 1. Dargestellt sind das Rotorblechpaket 3, die Rotorwelle 2, im Rotorblechpaket 3 eingebettete Magnete 12 sowie mehrere Kühlkanäle 5 mit der Vergussmasse 6 zum Rotorblechpaket 3 hin. Die Kühlkanäle 5 sind mit einem dreiecksähnlichen Profil mit ähnlicher Breite in Umfangsrichtung der Rotorwelle 2 und Höhe in Radialrichtung ausgebildet. 7 is a schematic cross-sectional view of the rotor 1. The rotor laminated core 3, the rotor shaft 2, magnets 12 embedded in the rotor laminated core 3 and several cooling channels 5 with the casting compound 6 towards the rotor laminated core 3 are shown. The cooling channels 5 are formed with a triangular-like profile with a similar width in the circumferential direction of the rotor shaft 2 and height in the radial direction.

Die beiden Wuchtscheiben 4 können hierbei per Presspassung aufgepresst sein und das Rotorblechpaket 3 in Position halten. Alternativ kann der Rotor 1 oder Rotorkörper über einen Zuganker, beispielsweise aufweisend Schrauben und Konter zwischen den Wuchtscheiben 4, fixiert sein. Zusätzlich kann eine Verdrehsicherung in der Verbindung zwischen der Rotorwelle 2 und dem Rotorblechpaket 3 als zusätzlicher mechanischer Schutz der Kühlkanäle 5 mit der Vergussmasse 6 ausgebildet sein.The two balancing disks 4 can be pressed on by means of a press fit and can hold the laminated rotor core 3 in position. Alternatively, the rotor 1 or rotor body can be fixed between the balancing disks 4 via a tie rod, for example having screws and counters. In addition, an anti-twist device can be formed in the connection between the rotor shaft 2 and the laminated core 3 of the rotor as additional mechanical protection of the cooling channels 5 with the casting compound 6 .

8 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rotors 1. Dargestellt sind das Rotorblechpaket 3, die Rotorwelle 2, im Rotorblechpaket 3 eingebettete Magnete 12 sowie mehrere Kühlkanäle 5 mit der Vergussmasse 6 zum Rotorblechpaket 3 hin. Die Rotorwelle 2 weist als Verdrehsicherung ein oder mehrere Längsrippen 13 auf, die in entsprechende Aussparungen im Rotorblechpaket 3 beziehungsweise in dessen Rotorblechsegmenten 3.1 bis 3.n eingreifen. 8th is a schematic cross-sectional view of the rotor 1. The rotor laminated core 3, the rotor shaft 2, magnets 12 embedded in the rotor laminated core 3 and several cooling channels 5 with the casting compound 6 towards the rotor laminated core 3 are shown. The rotor shaft 2 has as an anti-rotation on one or more longitudinal ribs 13 in corresponding Engaging recesses in the rotor core 3 or in the rotor core segments 3.1 to 3.n.

9 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, die beispielsweise als Antriebsaggregat für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug verwendet werden kann. 9 is a schematic view of a further embodiment of a rotor 1 for an electrical machine, in particular a permanently excited synchronous machine, which can be used, for example, as a drive unit for an electrically driven vehicle.

Der Rotor 1 gleicht dem in 1 gezeigten Rotor 1 weitgehend. Um die möglichst vollständige radiale Fluiddichtheit an den Übergängen der Rotorblechsegmente 3.1 bis 3.n unter Beibehaltung einer guten Wärmeleitung durch Fließen des Kühlmediums direkt an der Rotorblechoberfläche zu verwirklichen, wird die Vergussmasse 6 nur an den Übergängen und/oder Schnittstellen zwischen den Rotorblechsegmente 3.1 bis 3.n untereinander und zu den Wuchtscheiben 4 angeordnet.The rotor 1 is similar to that in 1 shown rotor 1 largely. In order to achieve the most complete radial fluid tightness possible at the transitions between the rotor sheet segments 3.1 to 3.n while maintaining good heat conduction through the flow of the cooling medium directly on the rotor sheet surface, the casting compound 6 is only applied at the transitions and/or interfaces between the rotor sheet segments 3.1 to 3 .n arranged among themselves and to the balancing discs 4.

Zwischen den Übergängen kann ein Großteil der Oberfläche des Rotorblechs direkt mit dem Kühlmedium, beispielsweise Öl, benetzt werden.Between the transitions, a large part of the surface of the rotor lamination can be wetted directly with the cooling medium, for example oil.

10 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rotors 1. An einer Stelle des Kühlkanals 5, beispielsweise radial außen, kann ein zumindest überwiegend axial verlaufender Speisekanal 14 vorgesehen sein, der dazu dient, dass im Vergussprozess, beispielsweise Spritzpressen, Kammern 15 (dargestellt in 11) an den Übergängen mit Vergussmasse 6 gefüllt werden können. 10 is a schematic cross-sectional view of the rotor 1. At one point of the cooling duct 5, for example radially on the outside, an at least predominantly axially running feed duct 14 can be provided, which serves to ensure that chambers 15 (shown in Fig 11 ) can be filled with sealing compound 6 at the transitions.

Für diese Ausführungsform können zwei verschiedene Blech-Stanzgeometrien umgesetzt und gerichtet eingebaut werden, eine erste Blech-Stanzgeometrie nahe den Übergängen und dazwischen eine andere Blech-Stanzgeometrie. In 10 ist der Querschnitt innerhalb eines Rotorblechsegments 3.1 bis 3.n gezeigt. 11 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rotors 1, wobei der Schnitt durch eine Kammer 15 an einem Übergang zwischen zwei Rotorblechsegmenten 3.1 bis 3.n liegt.For this embodiment, two different sheet metal stamping geometries can be implemented and installed in the right direction, a first sheet metal stamping geometry near the transitions and another sheet metal stamping geometry in between. In 10 the cross section is shown within a rotor lamination segment 3.1 to 3.n. 11 is a schematic cross-sectional view of the rotor 1, wherein the section through a chamber 15 is at a transition between two rotor lamination segments 3.1 to 3.n.

12 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Rotors 1. Dabei befindet sich die Vergussmasse 6 zum Bilden eines axialen Kühlkanals 5 durch den Rotor 1 nicht zwischen der Rotorwelle 2 und dem Rotorblechpaket 3, sondern bei einem größeren Durchmesser komplett im Rotorblechpaket 3. 12 is a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the rotor 1. In this case, the casting compound 6 for forming an axial cooling channel 5 through the rotor 1 is not located between the rotor shaft 2 and the rotor core 3, but with a larger diameter completely in the rotor core 3.

Die Vergussmasse 6 kann beispielsweise durch Spritzpressen (Transfer Moulding) eingebracht werden. Dabei wird das Vergussmaterial 6 außerhalb des Rotors 1 aufgeheizt, ein Gusswerkzeug (Tooling) wird am Rotor 1 fixiert, wobei ein Verdrängerkörper in die später den Kühlkanal 5 bildenden Rotorhohlräume eingelegt ist. Anschließend wird die Vergussmasse 6 eingespritzt. Sobald die Hohlräume gefüllt sind, wird die Vergussmasse 6 kontrolliert abgekühlt (curing) und härtet zu einer permanenten Form aus.The potting compound 6 can be introduced, for example, by transfer molding. The casting material 6 is heated outside of the rotor 1 , a casting tool (tooling) is fixed to the rotor 1 , with a displacement body being inserted into the rotor cavities that later form the cooling channel 5 . The casting compound 6 is then injected. As soon as the cavities are filled, the potting compound 6 is cooled in a controlled manner (curing) and hardens into a permanent shape.

Der Verdrängerkörper wird entnommen und der Kühlkanal 5 ist geformt.The displacement body is removed and the cooling channel 5 is formed.

Als Vergussmasse 6 kann ein Thermoset-Polymer verwendet werden, beispielsweise ein Mehrkomponentenharz, insbesondere ein Epoxidharz. Das Spritzpressen erlaubt die Verwendung von Kompositmaterialien, beispielsweise Epoxidharz-Kompositen, das heißt Epoxidharz gefüllt mit Partikeln, Fasern oder Pulver, um die Wärmeleitung zu verbessern. Thermisch leitfähige, aber elektrisch isolierende Materialien (z.B. Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid oder Siliziumnitrid) können in die Kompositen zugemischt werdenA thermoset polymer can be used as the casting compound 6, for example a multi-component resin, in particular an epoxy resin. Transfer molding allows the use of composite materials, such as epoxy resin composites, i.e. epoxy resin filled with particles, fibers or powder to improve heat conduction. Thermally conductive but electrically insulating materials (e.g. silicon oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride or silicon nitride) can be mixed into the composites

In einer alternativen Ausführungsform kann der Kühlkanal 5 auch durch Spritzgießen (injection moulding), Gussverfahren (casting), Beschichtungsverfahren (coating) oder durch Einpressen von Metallbauteilen hergestellt werden.
Die thermische Wärmeleitfähigkeit des entstehenden Kühlkanals 5 beträgt beispielsweise mehr als 3 W/(m*K). In einer Ausführungsform verbindet sich die Vergussmasse 6 mit den mikroskopischen Unebenheiten der Festkörperoberfläche des Rotorblechpakets 3. Die angrenzende Rotorblechoberfläche kann hinsichtlich der Rauheit für gute Benetzbarkeit bearbeitet sein. Das Kühlmedium kann beispielsweise ein Öl, Wasser, ein Glykol-WasserGemisch, ein Gas oder ein ölhaltiges oder wasserhaltiges Fluid sein.In an alternative embodiment, the cooling channel 5 can also be produced by injection molding, casting, coating or by pressing in metal components.
The thermal conductivity of the resulting cooling channel 5 is more than 3 W/(m*K), for example. In one embodiment, the potting compound 6 connects to the microscopic unevenness of the solid surface of the laminated core 3 of the rotor. The adjacent surface of the rotor laminate can be machined with regard to the roughness for good wettability. The cooling medium can be, for example, an oil, water, a glycol-water mixture, a gas or a fluid containing oil or water.

Bezugszeichenlistereference list

11: Rotorrotor
22: Rotorwellerotor shaft
33: Rotorblechpaketrotor core
3.1 bis 3.n3.1 to 3.n: Rotorblechsegmentrotor lamination segment
44: Wuchtscheibebalancing disc
55: Kühlkanalcooling channel
66: Vergussmassepotting compound
77: Einlassinlet
88th: radiale Öffnungradial opening
99: GehäuseHousing
1010: Lagercamp
1111: Auslassoutlet
1212: Magnet, PermanentmagnetMagnet, permanent magnet
1313: Längsrippelongitudinal rib
1414: Speisekanalfeed channel
1515: Kammerchamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018211204 A1 [0004]

Claims

Rotor (1) for an electrical machine, comprising a rotor shaft (2) and a laminated rotor core (3) arranged thereon, which is axially delimited by balancing disks (4), the laminated rotor core (3) consisting of a plurality of axially consecutive rotor core segments (3.1 to 3. n) is constructed and also has a plurality of permanent magnets (12), with at least one predominantly axially running cooling duct (5) for a cooling medium being arranged between the rotor shaft (2) and the rotor laminated core (3), with the rotor shaft (2) for guiding the cooling medium is at least partially hollow and has an inlet (7) for the cooling medium on one end face, the rotor shaft (2) having a plurality of radial openings (8) for the cooling medium to exit into the cooling channel (5), characterized in that the cooling channel (5) is provided with a casting compound (6) at least towards the laminated rotor core (3), at least at transitions between the laminated rotor segments (3.1 to 3.n) and towards the balancing disks (4).

Rotor (1) after claim 1 , characterized in that the radial openings (8) open into the cooling channel (5) near one end of the laminated rotor core (3), the cooling channel (5) beginning approximately at the openings (8) and extending from there inside the laminated rotor core (3 ) to its other end and through the balancing disc (4) located there, or that the cooling duct (5) extends from one end of the laminated rotor core (3) including the balancing disc (4) located there to its other end and through the there located balancing disc (4) extends.

Rotor (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the cooling channel (5) is executed on its outside by the casting compound (6) with an outward gradient towards its end on the balancing disc (4).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channels (5) are designed as flat channels with a relatively large width in the circumferential direction of the rotor shaft (2) and a relatively small height in the radial direction, or that the cooling channels (5 ) are designed with a profile similar to a semicircle with a similar width in the circumferential direction of the rotor shaft (2) and height in the radial direction, or that the cooling channels (5) are designed with a profile similar to a triangle with a similar width in the circumferential direction of the rotor shaft (2) and height in the radial direction, and/or that an at least predominantly axially extending feed channel (14) is arranged radially on the outside of the cooling channel (5).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the two balancing disks (4) are pressed on by a press fit or that the rotor (1) is fixed via a tie rod having screws and counters between the balancing disks (4).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an anti-twist device is formed in the connection between the rotor shaft (2) and the laminated rotor core (3).

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the casting compound (6) is also arranged on a lateral surface of the rotor shaft (2) facing the cooling channel (5).