EP3895288A1 - Rotor device for an electric machine and electric machine - Google Patents

Rotor device for an electric machine and electric machine

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EP3895288A1
EP3895288A1 EP19828234.5A EP19828234A EP3895288A1 EP 3895288 A1 EP3895288 A1 EP 3895288A1 EP 19828234 A EP19828234 A EP 19828234A EP 3895288 A1 EP3895288 A1 EP 3895288A1
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EP
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rotor
impact
fluid
hill
shaft
Prior art date
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Pending
Application number
EP19828234.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Michael
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Jheeco eDrive AG Liechtenstein
Original Assignee
Jheeco eDrive AG Liechtenstein
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
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Abstract

The present invention relates to a rotor device for an electric machine, comprising a rotor (R) having a rotor shaft (1) and a rotor core (2), the rotor shaft (1) being designed, at least in portions, as a hollow shaft having an inner wall (12), a fluid lance (3) for cooling the inside of the rotor being introduced into the hollow shaft, and the inner wall (12) of the hollow shaft being equipped with an impact protrusion (4). The invention also relates to an electric machine having a rotor device according to the invention.

Description

Rotoreinrichtung für eine elektrische Maschine, sowie elektrische Maschine Rotor device for an electrical machine and electrical machine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoreinrichtung für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, gemäß Anspruch 15. The present invention relates to a rotor device for an electrical machine, in particular for an electric motor, according to the preamble of claim 1, and to an electrical machine, in particular an electric motor, according to claim 15.
Eine elektrische Maschine weist gewöhnlich einen Rotor (Läufer) und einen Stator (Ständer) auf, wobei der Rotor gegenüber dem Stator um eine gemeinsame Längsachse drehbar gelagert ist. Der Rotor kann als hohlzylindrischer Körper (Hohlwelle) ausgebildet sein. An electrical machine usually has a rotor (rotor) and a stator (stator), the rotor being rotatably mounted about a common longitudinal axis with respect to the stator. The rotor can be designed as a hollow cylindrical body (hollow shaft).
Um Rotoren von elektrischen Maschinen, insbesondere deren Wicklungen, Rotorwellen bzw. Rotorblechpaket, vor thermischer Überlastung zu schützen, werden diese oftmals über eine Rotorinnenkühlung, bei der ein Kühlfluild durch eine Hohlwelle strömt, gekühlt. In order to protect rotors of electrical machines, in particular their windings, rotor shafts or rotor core, against thermal overload, they are often cooled by means of internal rotor cooling, in which a cooling fluid flows through a hollow shaft.
Für eine gleichmäßige Kühlung der Welle hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Welle nicht in einer Richtung von Kühlfluid durchströmen zu lassen, sondern Kühlfluid mittensymmetrisch aufzubringen und gleichmäßig nach beiden Seiten abzuführen. For uniform cooling of the shaft, it has proven to be advantageous not to allow cooling fluid to flow through the shaft in one direction, but to apply cooling fluid in a center-symmetrical manner and to discharge it evenly to both sides.
Für die mittensymetrische Kühlfluideinbringung sind im Stand der Technik mit der Hohlwelle mitdrehende und gegenüber der Hohlwelle nicht mitdrehende, das heißt stehende Fluid-Lanzen bekannt. Fluidlanzen sind in Hohlwellen positionierte Hohlkörper, die von einem axialen Ende der Hohlwelle ausgehend in die Hohlwelle hineinragen und dazu eingerichtet sind, ein Fluid von einem axialen Ende der Fluidlanze bis zu einer Auslassöffnung am gegenüberliegenden Ende der Fluildlanze zu transportieren, an welchem das Fluid in gerichteter oder ungerichteter Weise die Fluidlanze verlässt und auf eine Innenbewandung der Hohlwelle trifft. Eine mitdrehende Fluidlanze zeigt z.B. die W02017214232A1 oder DE102013020324A1. Eine stehende Fluidlanze zeigt z.B. die DE102016004931A1. For center symmetrical cooling fluid introduction, fluid lances rotating with the hollow shaft and not rotating relative to the hollow shaft are known in the prior art. Fluid lances are hollow bodies positioned in hollow shafts, which protrude into the hollow shaft from an axial end of the hollow shaft and are designed to transport a fluid from an axial end of the fluid lance to an outlet opening at the opposite end of the fluid lance, at which the fluid is directed or leaves the fluid lance in an undirected manner and meets an inner wall of the hollow shaft. A rotating fluid lance shows e.g. the W02017214232A1 or DE102013020324A1. A standing fluid lance shows e.g. DE102016004931A1.
Eine derartige Rotoreinrichtung, umfassend einen Rotor und eine Fluidlanze, ist verbesserungswürdig, insbesondere wenn der Rotor in einem Elektromotor eines Fahrzeuges verbaut ist. Hier haben dynamische Belastungen, wie beispielsweise Kurvenfahren des Fahrzeuges, Einfluss auf den Austritt des Kühlfluids aus der Fluidlanze. Wird dieser Kühlfluidstrom unvorteilhaft abgelenkt, kann dies eine Verringerung der Kühlwirkung zu Folge haben. Such a rotor device, comprising a rotor and a fluid lance, is in need of improvement, particularly if the rotor is installed in an electric motor of a vehicle. Here dynamic loads, such as cornering the vehicle, have an influence on the exit of the cooling fluid from the fluid lance. If this cooling fluid flow is unfavorably deflected, this can result in a reduction in the cooling effect.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, eine verbesserte Rotoreinrichtung zur Verfügung zu stellen, insbesondere eine Rotoreinrichtung bereitzustellen, deren Kühlung unabhängig oder zumindest unabhängiger von deren Lage im Raum bzw. dynamischen Einflüssen ist. This is where the present invention comes in and makes it its task to provide an improved rotor device, in particular to provide a rotor device whose cooling is independent of or at least independent of its position in space or dynamic influences.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Rotoreinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass eine Innenwandung der Hohlwelle mit einem Aufprallhügel ausgestattet ist, kann ein auf den Aufprallhügel gerichteter Kühlfluidstrom einer Kühllanze in vorbestimmter Weise geteilt und insofern auf vorbestimmte Wege innerhalb der Hohlwelle geleitet werden. Als Aufprallhügel ist dabei eine nach innen gerichtete geometrische Erhebung gegenüber der Innenwand der Hohlwelle insbesondere auf axialer Höhe einer Auslassöffnung einer Kühlfluidlanze zu verstehen. According to the invention, this object is achieved by a rotor device with the characterizing features of claim 1. Because an inner wall of the hollow shaft is equipped with an impact hill, a cooling fluid stream of a cooling lance directed at the impact hill can be divided in a predetermined manner and, in this respect, can be guided in predetermined ways within the hollow shaft. An impact hill is to be understood as an inward geometrical elevation with respect to the inner wall of the hollow shaft, in particular at the axial level of an outlet opening of a cooling fluid lance.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. Further advantageous refinements of the proposed invention result in particular from the features of the subclaims. The subjects or features of the various claims can in principle be combined with one another as desired.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidlanze mit einer radialen Fluidaustrittsöffnung, vorzugsweise einer konusförmigen Bohrung, ausgestattet ist, wobei die Fluidaustrittsöffnung auf den Aufprallhügel gerichtet ist. Dadurch kann der Kühlfluidstrom gezielt ausgestaltet und gerichtet werden. Die radiale Fluidaustrittsöffnung sorgt dafür, dass der austretende Kühlfluidstrahl stets auf den Aufprallhügel gerichtet ist, wobei die konusförmige Bohrung dafür sorgen kann, dass der Kühlfluidstrahl etwas aufgefächert wird. Hierdurch kann weiter unterstützend sichergestellt werden, dass der Kühlfluidstrahl auf den Aufprallhügel trifft, auch wenn beispielsweise der Kühlfluidstrahl durch Bewegungen der Rotorwelleneinrichtung im Raum abgelenkt werden sollte. Hierdurch kann eine nahezu mittensymmetrische Aufteilung des Kühlfluidstroms zu beiden Seiten der Hohlwelle erreicht werden, wobei der Unterschied im Kühlfluidstromvolumen beiderseits weniger als 10 % beträgt. In an advantageous embodiment of the invention it can be provided that the fluid lance is equipped with a radial fluid outlet opening, preferably a conical bore, the fluid outlet opening being directed towards the impact hill. This allows the cooling fluid flow to be specifically designed and directed. The radial fluid outlet opening ensures that the exiting cooling fluid jet is always directed onto the impact hill, and the conical bore can ensure that the cooling fluid jet is fanned out somewhat. This can further ensure that the cooling fluid jet hits the impact hill, even if, for example, the cooling fluid jet should be deflected in space by movements of the rotor shaft device. As a result, an almost center-symmetrical division of the cooling fluid flow on both sides of the hollow shaft can be achieved, the difference in the cooling fluid flow volume on both sides being less than 10%.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Fluidlanze um eine stehende Fluidlanze handelt. Nachteilig an mitdrehenden Lanzen ist, dass das Kühlfluid durch die Fluidlanze selbst bereits vor Aufprall auf die Innenumfangsfläche eine rotative Bewegungskomponente erfährt, so dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Fluid und Fluid-Auftreffpunkt niedrig ist. Der Aufprallpunkt des Fluids auf der Innenumfangsfläche ist statisch; er bewegt sich nicht. Stehende Fluidlanzen sind hingegen vorteilhaft, da die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Öl und Ölaufprallpunkt höher ist. Der Aufprallpunkt ist dynamisch und überstreicht den gesamten Innenumfang der Rotorwelle. Dadurch kann die Kühlleistung verbessert werden. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the fluid lance is a standing fluid lance. A disadvantage of rotating lances is that the cooling fluid experiences a rotating component of motion even before impacting the inner circumferential surface, so that the relative speed between the fluid and the fluid impact point is low. The point of impact of the fluid on the inner peripheral surface is static; he is not moving. Standing fluid lances, on the other hand, are advantageous because the speed difference between oil and oil impact point is higher. The point of impact is dynamic and covers the entire inner circumference of the rotor shaft. This can improve the cooling performance.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aufprallhügel die Innenwandung in einen ersten Innenwandungsabschnitt und einen zweiten Innenwandungsabschnitt teilt. Über die sich ergebenden Innenwandungsabschnitte fließt das Kühlfluid, welches durch den Aufprallhügel entsprechend aufgeteilt wurde. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the impact hill transforms the inner wall into a first inner wall section and a second Interior wall section divides. The cooling fluid, which has been divided accordingly by the impact hill, flows over the resulting inner wall sections.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine erste Fluidabflussöffnung in dem ersten Innenwandungsabschnitt und eine zweite Fluidabflussöffnung in dem zweiten Innenwandungsabschnitt angeordnet ist. Das Kühlfluid fließt über die Fluidabflussöffnungen ab. Die Fluidabflussöffnungen sind vorzugsweise möglichst weit von dem Aufprallhügel entfernt, so dass das Kühlfluid eine entsprechend lange Strecke zurücklegen kann und ein möglichst umfangreicher Wärmeaustausch stattfinden kann. Die Fluidauslassöffnungen können dazu eingerichtet sein, das Kühlfluid in Richtung einer Rotorstirnseite oder einen Wickelkopf eines Stators zu lenken und/oder zu sprühen. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that a first fluid drain opening is arranged in the first inner wall section and a second fluid drain opening is arranged in the second inner wall section. The cooling fluid flows out through the fluid drain openings. The fluid drainage openings are preferably as far as possible from the impact hill, so that the cooling fluid can travel a correspondingly long distance and the most extensive possible heat exchange can take place. The fluid outlet openings can be designed to direct and / or spray the cooling fluid in the direction of a rotor end face or a winding head of a stator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotorwelle als zusammengebaute und/oder rotationsverschweißte Rotorwelle aus mindestens zwei Teilen, insbesondere einer ersten Rotorhalbwelle und einer zweiten Rotorhalbwelle, ausgestaltet ist. Dies kann beispielsweise die Einbringung oder auch Ausformung des Aufprallhügels in die Mitte der Rotorwelle erleichtern, beispielsweise wenn der Aufprallhügel vor der Verbindung der Rotorhalbwellen eingebracht wird. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the rotor shaft is configured as an assembled and / or rotationally welded rotor shaft composed of at least two parts, in particular a first rotor half-shaft and a second rotor half-shaft. This can facilitate, for example, the introduction or also the shaping of the impact hill into the center of the rotor shaft, for example if the impact hill is introduced before the rotor half-waves are connected.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Innenwandung der Rotorwelle mit Wellenschultern ausgestattet ist, insbesondere mit einer ersten Wellenschulter zwischen dem Aufprallhügel und der ersten Fluidabflussöffnung, vorzugsweise unmittelbar vor der ersten Fluidabflussöffnung, und einer zweite Wellenschulter zwischen dem Aufprallhügel und der zweiten Fluidabflussöffnung, vorzugsweise unmittelbar vor der zweiten Fluidabflussöffnung. Im Ergebnis bildet die Hohlwelle je eine Badewanne zwischen dem Aufprallhügel und der jeweiligen Fluidabflussöffnung aus. Die Wellenschultern wirken als Rückhaltedamm für das Kühlfluid. Durch die Wellenschultern kann das Kühlfluid gewissermaßen gestaut werden. Durch die Höhe der Wellenschultern über der Innenwandung kann die Dicke des Fluidfilms eingestellt werden. Weiterhin ist es damit möglich, die Durchlaufzeit des Kühlfluids zu verzögern, so dass ein zu schnelles Abfließen des Kühfluids verhindert und die Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlfluids besser ausgenutzt werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the inner wall of the rotor shaft is equipped with shaft shoulders, in particular with a first shaft shoulder between the impact hill and the first fluid drain opening, preferably immediately before the first fluid drain opening, and a second wave shoulder between the impact hill and the second fluid drain opening, preferably immediately before the second fluid drain opening. As a result, the hollow shaft forms a bath between the impact hill and the respective fluid drain opening. The shaft shoulders act as a retention dam for the cooling fluid. The cooling fluid can be stowed, as it were, through the shaft shoulders. The thickness of the fluid film can be adjusted by the height of the shaft shoulders above the inner wall. Furthermore, it is possible to delay the throughput time of the cooling fluid, so that the cooling fluid flows away too quickly and the heat absorption capacity of the cooling fluid can be better utilized.
Es ist denkbar und möglich, eine Rotorhohlwelle mit Wellenschultern vor den Auslassöffnungen unabhängig von der Verwendung eines Aufprallhügels zur Fluidleitung einzusetzen. Der Aufprallhügel könnte weggelassen werden, ohne auf die durch die „Badewannenform“ bedingten Vorteile, siehe oben, verzichten zu müssen. Die Badwanne erstreckt sich dann zwischen einer ersten und einer zweiten Wellenschulter. Vorteilhaft schließt sich in Strömungsrichtung des Kühlfluids gesehen hinter der ersten Auslassöffnung, bevorzugt hinter der ersten und der zweiten Auslassöffnung, eine weitere Wellenschulter an. Dadurch kann das Eintreten von Kühlfluid in ungewollte Bereiche der Hohlwelle vermieden und etwa ein Überhitzen von stehendem Fluid verhindert werden. It is conceivable and possible to use a hollow rotor shaft with shaft shoulders in front of the outlet openings irrespective of the use of an impact hill for fluid conduction. The impact hill could be omitted without having to forego the advantages due to the “bathtub shape”, see above. The bath tub then extends between a first and a second wave shoulder. When viewed in the direction of flow of the cooling fluid, a further shaft shoulder advantageously follows behind the first outlet opening, preferably behind the first and the second outlet opening. As a result, the entry of cooling fluid into unwanted areas of the hollow shaft can be avoided and overheating of standing fluid can be prevented.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Innenwandungsabschnitt und/oder der zweite Innenwandungsabschnitt strukturiert ist, insbesondere mit axial verlaufende geraden oder spiralförmigen Rippen, einer Mikrostrukturierung durch Sandstrahlen und/oder kleinen Kratern. Die Strukturierungen haben grundsätzlich eine oberflächenvergrößernde Wirkung, so dass ein verbesserter Wärmeaustausch ermöglicht wird. Die durch die Rippen definierten Kanäle sind, insbesondere technisch vorteilhaft, spiralförmig oder, herstellungstechnisch vorteilhaft, geradlinig ausgeführt. Spiralförmige Kanäle haben den Vorteil, dass der Kühlfluidfilm durch die Rotation nach axial außen in Richtung der Fluidauslassöffnungen beschleunigt und dadurch eine definierte Fluidförderung entsteht, so dass ein Stehen von Öl wirksam vermieden wird. Bei geradlinigen Kanälen oder glatter Innenwandung erfolgt die Verdrängung vornehmlich durch das zentrifugalbedingte Bestreben, einen möglichst dünnwandigen und gleichmäßigen Fluidfilm auszubilden. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the first inner wall section and / or the second inner wall section is structured, in particular with axially extending straight or spiral ribs, microstructuring by sandblasting and / or small craters. The structuring basically has a surface-enlarging effect, so that an improved heat exchange is made possible. The channels defined by the ribs are, in particular, technically advantageous, spiral-shaped or, in terms of production technology, straight. Spiral channels have the advantage that the cooling fluid film is accelerated by the rotation axially outwards in the direction of the fluid outlet openings and this results in a defined fluid delivery, so that standing oil is effectively avoided. In the case of straight-line channels or a smooth inner wall, the displacement takes place primarily through the centrifugal-related endeavor to form a fluid film that is as thin-walled and uniform as possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strukturierung, insbesondere die Rippen, in einem axialen Abstand vom Aufprallhügel anfängt, an welchem der Fluidfilm >= 90% der Wellen- Umfangsgeschwindigkeit erreicht hat, sowie insbesondere dass die Rippen gleichmäßig hoch oder in Richtung des jeweiligen Rotorwellenendes ansteigend ausgestaltet sind. Die Rippenstrukturen setzen bevorzugt in einem axialen Abstand vom Aufprallhügel an, an welchem der Fluidfilm weitestgehend (z.B. >= 90% der) Wellen-Umfangsgeschwindigkeit erreicht hat, damit eine ausreichende Angleichung der Relativ-Tangentialgeschwindigkeit zwischen Fluid und Wandoberfläche (Innenwand der Hohlwelle) stattgefunden hat. Die Rippen können gleichmäßig hoch sein oder nach axial außen, also in Richtung des jeweiligen Rotorwellenendes, ansteigend ausgestaltet sein, d.h. die Nuttiefe vergrößert sich. Gleichmäßig ansteigende Rippen können axial näher am Aufprallhügel beginnen, an dem noch eine größere Differenz zwischen Wellen-Umfangsgeschwindigkeit und Fluidfilm- Umfangsgeschwindigkeit vorliegt. Der Fluidfilm schwappt dann - wegen dem längeren Weg - thermisch vorteilhaft von einer Nut in die Nächste bis die Relativgeschwindigkeit sich weitestgehend angepasst hat. Die durch die Rippen definierten Kanäle sind, insbesondere technisch vorteilhaft, spiralförmig oder, herstellungstechnisch vorteilhaft, geradlinig ausgeführt. Spiralförmige Kanäle haben den Vorteil, dass der Kühlfluidfilm durch die Rotation beschleunigt und dadurch eine definierte Fluidförderung entsteht, so dass ein Stehen von Kühlfluid wirksam vermieden wird. Bei geradlinigen Kanälen oder glatter Innenwandung erfolgt die Verdrängung vornehmlich durch das Bestreben, einen möglichst dünnwandigen und gleichmäßigen Fluidfilm auszubilden. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the structuring, in particular the ribs, begins at an axial distance from the impact hill at which the fluid film has reached> = 90% of the shaft peripheral speed, and in particular that the ribs are uniformly high or are designed to rise in the direction of the respective rotor shaft end. The rib structures preferably start at an axial distance from the impact hill at which the fluid film has largely reached (e.g.> = 90% of the) shaft peripheral speed so that the relative tangential speed between the fluid and the wall surface (inner wall of the hollow shaft) has been adequately matched . The ribs can be uniformly high or can be designed to rise axially outward, that is to say in the direction of the respective rotor shaft end, ie the groove depth increases. Evenly rising ribs can begin axially closer to the impact hill, where there is still a greater difference between the shaft peripheral speed and the fluid film peripheral speed. The fluid film then spills - because of the longer path - thermally advantageous from one groove to the next until the relative speed has largely adapted. The channels defined by the ribs are, in particular, technically advantageous, spiral-shaped or, in terms of production technology, straight. Spiral channels have the advantage that the cooling fluid film is accelerated by the rotation and this creates a defined fluid delivery, so that standing cooling fluid is effectively avoided. In the case of straight-line channels or smooth inner walls, the displacement takes place primarily through the endeavor to form a fluid film that is as thin-walled and uniform as possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein fluidischer Bypass (Ausgleichskanal) zwischen dem ersten Innenwandungsabschnitt und dem zweiten Innenwandungsabschnitt, insbesondere der sich ergebenden wannenförmigen Struktur aus Wellenschulter, Innenwandung und Aufprallhügel einerseits sowie Aufprallhügel Innenwandung und Wellenschulter andererseits, vorgesehen ist. Hierdurch kann eine anfängliche Ungleichverteilung von Kühlfluid ausgeglichen werden, da das Kühlfluid durch die rotationsbedingten Umfangskräfte bestrebt ist, einen gleichmäßig dicken Fluidfilm auszubilden. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that a fluidic bypass (compensating channel) is provided between the first inner wall section and the second inner wall section, in particular the resulting trough-shaped structure consisting of a wave shoulder, inner wall and impact hill on the one hand and impact hill inner wall and wave shoulder on the other. In this way, an initial unequal distribution of cooling fluid can be compensated for, since the cooling fluid tends to form a uniformly thick fluid film due to the rotation-related circumferential forces.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der fluidische Bypass durch Nuten in der Rotorwelle oder einem als separates Teil ausgeführten ringförmigen Aufprallhügel, insbesondere mit axialen Außennuten versehenen Teil, gebildet wird. Ein derartig ausgestalteter fluidischer Bypass ist produktionstechnisch leicht herstellbar. In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the fluidic bypass is formed by grooves in the rotor shaft or an annular impact hill designed as a separate part, in particular a part provided with axial external grooves. A fluidic bypass configured in this way is easy to produce in terms of production technology.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aufprallhügel mit radial verlaufenden Kanälen versehen ist, wobei die Kanäle insbesondere in dem fluidischen Bypass enden. Hierdurch kann ein „Stehen“ des Fluids unterhalb des Aufprallhügels in dem fluidischen Bypass vermieden werden. Ein Teil des auf den Aufprallhügel gesprühten Kühlfluids kann unmittelbar in die radial verlaufenden Kanäle eintreten und dadurch über den fluidischen Bypass in die jeweiligen Innenwandungsabschnitte gelangen. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the impact hill is provided with radially extending channels, the channels ending in particular in the fluidic bypass. In this way, a “standing” of the fluid below the impact hill in the fluidic bypass can be avoided. A portion of the cooling fluid sprayed onto the impact hill can enter directly into the radially extending channels and thereby reach the respective inner wall sections via the fluidic bypass.
Die radial verlaufenden Kanäle können insbesondere auch in Form eines durchgehenden Radialspaltes ausgebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aufprallhügel einstückig mit der Rotorwelle oder als separates Teil, insbesondere als Ring aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, ausgestaltet ist. Eine einstückige Ausgestaltung mit der Rotorwelle bietet sich insbesondere im Zusammenhang mit einer zweiteiligen Rotorwelle an, da ein mittiger Aufprallhügel hier produktionstechnisch gut ausgeformt werden kann. Eine separate Ausgestaltung eröffnet insbesondere eine Auswahl von Materialien für den Aufprallhügel, die von dem Material der Rotorwelle - in der Regel Stahl - abweichen können, insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit. The radially extending channels can in particular also be designed in the form of a continuous radial gap. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the impact hill is designed in one piece with the rotor shaft or as a separate part, in particular as a ring made of a good heat-conducting material, preferably aluminum or copper. A one-piece design with the rotor shaft is particularly useful in connection with a two-part rotor shaft, since a central impact hill can be shaped well in terms of production technology. A separate configuration opens up, in particular, a selection of materials for the impact hill, which can differ from the material of the rotor shaft - generally steel - in particular with regard to their thermal conductivity.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aufprallhügel in axialer Richtung eine ansteigende Flanke, einen Gipfel und eine absteigende Flanke aufweist. Alternativ weist der Aufprallhügel eine ansteigende Flanke, einen ersten Gipfel, eine Mulde, einen zweiten Gipfel und eine absteigende Flanke auf. Insbesondere die zweite Variante vermag den Fluidstrahl noch besser „einzufangen“, falls sich Abweichungen durch dynamische Einwirkungen ergeben. Auch wird durch diese Form des Aufprallhügels das auftreffende Kühlfluid auch bei nicht-mittigem Auftreffen annähernd gleichmäßig zu beiden Seiten verteilt. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the impact hill has an ascending flank, a summit and a descending in the axial direction Has flank. Alternatively, the impact hill has a rising flank, a first peak, a depression, a second peak and a descending flank. The second variant in particular is able to “catch” the fluid jet even better if there are deviations due to dynamic effects. This shape of the impact hill also means that the cooling fluid that is incident is distributed approximately evenly to both sides even when it does not hit the center.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte elektrische Maschine bereitzustellen, insbesondere eine elektrische Maschine vorzuschlagen, deren Rotorinnenkühlung unanfälliger gegenüber der Lage der elektrischen Maschine im Raum ist. In der Regel ist die elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug verbaut. Es soll eine möglichst gleichmäßige Kühlfluidverteilung in allen Fahrsituationen, insbesondere bei Schieflage, Zentrifugalkräfte bei Kurvenfahrt, etc. gewährleistet werden. Another object of the present invention is to provide an improved electrical machine, in particular to propose an electrical machine whose internal rotor cooling is less sensitive to the position of the electrical machine in space. As a rule, the electrical machine is installed in a motor vehicle. The aim is to ensure that the cooling fluid distribution is as uniform as possible in all driving situations, in particular in the event of an imbalance, centrifugal forces when cornering, etc.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Dadurch, dass die elektrische Maschine eine Rotoreinrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, können die oben skizzierten Vorteile der Rotoreinrichtung für den Elektromotor nutzbar gemacht werden. According to the invention, this object is achieved by an electrical machine with the characterizing features of claim 15. Because the electrical machine has a rotor device according to at least one of the preceding claims, the advantages of the rotor device outlined above can be used for the electric motor.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen Further features and advantages of the present invention will become clear from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show in it
Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Fig. 1 shows an electrical machine according to the invention with an inventive
Rotoreinrichtung in einer geschnittenen schematischen Darstellung; Rotor device in a sectional schematic representation;
Fig. la ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1 ; Fig. La is an enlarged section of Fig. 1;
Fig. 2a)-c) Querschnittdarstellungen durch die Rotorwelle gemäß den Schnitten A bis C aus Fig. 2a) -c) cross-sectional views through the rotor shaft according to the sections A to C.
Fig. la; Fig. La;
Fig. 3 eine Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung mit angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids; 3 shows a rotor shaft with a fluid lance of a rotor device according to the invention with an indicated flow course of the cooling fluid;
Fig. 4 eine Variante einer Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Fig. 4 shows a variant of a rotor shaft with a fluid lance of an inventive
Rotoreinrichtung mit angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids; Rotor device with indicated flow of the cooling fluid;
Fig. 5 eine Variante einer Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Fig. 5 shows a variant of a rotor shaft with a fluid lance of an inventive
Rotoreinrichtung mit angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids; Fig. 6a)-d) Querschnittdarstellungen durch die Rotorwelle gemäß den Schnitten A bis D aus Fig. 5; Rotor device with indicated flow of the cooling fluid; 6a) -d) cross-sectional representations through the rotor shaft according to sections A to D from FIG. 5;
Fig. 7 eine Variante einer Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Fig. 7 shows a variant of a rotor shaft with a fluid lance of an inventive
Rotoreinrichtung mit angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids; Rotor device with indicated flow of the cooling fluid;
Fig. 8a)-d) Querschnittdarstellungen durch die Rotorwelle gemäß den Schnitten A bis D aus Fig. 8a) -d) cross-sectional views through the rotor shaft according to the sections A to D.
Fig. 7; Fig. 7;
Fig. 9 eine Variante einer Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Fig. 9 shows a variant of a rotor shaft with a fluid lance of an inventive
Rotoreinrichtung mit angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids; Rotor device with indicated flow of the cooling fluid;
Fig. 9a eine Querschnittdarstellung durch die Rotorwelle gemäß dem Schnitt A aus Fig. 9; 9a shows a cross-sectional view through the rotor shaft according to section A from FIG. 9;
Fig. 10 dieRotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung mit 10 shows the rotor shaft with a fluid lance of a rotor device according to the invention
angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids aus Fig. 9 in Schieflage; indicated flow course of the cooling fluid from FIG. 9 in an inclined position;
Fig. 11 eine Variante einer Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen 11 shows a variant of a rotor shaft with a fluid lance according to the invention
Rotoreinrichtung mit angedeutetem Strömungsverlauf des Kühlfluids; Rotor device with indicated flow of the cooling fluid;
Fig. 11a ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 11 ; 11a shows an enlarged detail from FIG. 11;
Fig. 12a) bis e)eine Rotorwelle mit Fluidlanze einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung in einer 12a) to e) a rotor shaft with a fluid lance of a rotor device according to the invention in one
Querschnittdarstellung in verschiedenen Varianten von eingesetzten Aufprallhügeln mit Durchlassöffnungen. Cross-sectional representation in different variants of impact bumps with through openings.
Fig. 13 ein ringförmiger Aufprallhügel als Einzelteil in einer perspektivischen Ansicht; 13 an annular impact hill as a single part in a perspective view;
Fig. 14 ein ringförmiger Aufprallhügel als Einzelteil in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 14 is an annular impact hill as a single part in a perspective view.
Fig. 15 einen ringförmigen Aufprallhügel als aus zwei spiegelsymmetrisch eingesetzten Fig. 15 an annular impact hill as used from two mirror-symmetrical
Einzelteilen in einer perspektivischen und einer geschnittenen Ansicht. Individual parts in a perspective and a cut view.
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet The following reference symbols are used in the figures
R Rotor R rotor
S Stator S stator
1 Rotorwelle 1 rotor shaft
2 Rotorpaket 2 rotor package
3 Fluidlanze 4 Aufprallhügel 3 fluid lance 4 impact hills
11 Längsachse 11 longitudinal axis
12 (a/b) Innenwandung 12 (a / b) inner wall
13 (a/b) Fluidabflussöffnung 13 (a / b) fluid drain opening
14 Wellenschulter 14 wave shoulder
31 Längsachse 31 longitudinal axis
32 Fluidaustrittsöffnung 32 fluid outlet opening
41 ansteigende Flanke 41 rising edge
42 (a/b) Gipfel 42 (a / b) peaks
43 absteigende Flanke 43 falling edge
44 Bypass 44 bypass
45 radialer Kanal 45 radial channel
46 Mulde 46 trough
121 Rippe 121 rib
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. First, reference is made to FIG. 1.
Eine erfindungsgemäße Rotoreinrichtung umfasst im Wesentlichen einen Rotor R mit einer Rotorwelle 1 und einem Rotorpaket 2. Das Rotorpaket 2 besteht in der Regel aus einer Anzahl von Rotorblechen, die verdrehtest mit der Rotorwelle 1 verbunden sind. Bei der Rotorwelle 1 handelt es sich um eine mindestens abschnittsweise hohle Welle, vorzugsweise um eine Hohlwelle. Zudem umfasst die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung eine Fluidlanze 3 zur Rotorinnenkühlung. A rotor device according to the invention essentially comprises a rotor R with a rotor shaft 1 and a rotor pack 2. The rotor pack 2 generally consists of a number of rotor plates which are connected to the rotor shaft 1 in a twisted test. The rotor shaft 1 is an at least partially hollow shaft, preferably a hollow shaft. In addition, the rotor device according to the invention comprises a fluid lance 3 for internal rotor cooling.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere ein Elektromotor, umfasst im Wesentlichen einen Stator S, sowie die erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung. Bei der elektrischen Maschine kann es sich grundsätzlich auch um einen elektrischen Generator handeln. An electrical machine according to the invention, in particular an electric motor, essentially comprises a stator S and the rotor device according to the invention. In principle, the electrical machine can also be an electrical generator.
Bei der Rotorwelle 1 handelt es sich um eine zumindest abschnittsweise hohle Welle, vorzugsweise um eine Hohlwelle. Die Rotorwelle weist eine Drehachse bzw. Längsachse 11 auf. Die Rotorwelle 1 weist ferner eine Innenwandung 12 auf. Bei der Fluidlanze 3 handelt es sich im Wesentlichen um ein längliches Rohr, welches seitlich in die Rotorwelle 1 eingeführt ist. Im Idealfalle verläuft die Längsachse 31 der Fluidlanze 3 in der Längsachse 11 der Hohlwelle 1. Die Fluidlanze 3 ist einseitig endseitig verschlossen, jedoch im Bereich dieses Endes mit einer radialen Fluidaustrittsöffnung 32, vorzugsweise einer konusförmigen Bohrung, ausgestattet. Die Fluidaustrittsöffnung 32 ist vorzugsweise mit Drosselwirkung ausgestaltet und/oder weist ein zusätzliches Drosselelement auf. Dadurch lässt sich die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlfluids steigern. The rotor shaft 1 is an at least partially hollow shaft, preferably a hollow shaft. The rotor shaft has an axis of rotation or longitudinal axis 11. The rotor shaft 1 also has an inner wall 12. The fluid lance 3 is essentially an elongated tube which is inserted laterally into the rotor shaft 1. In the ideal case, the longitudinal axis 31 of the fluid lance 3 runs in the longitudinal axis 11 of the hollow shaft 1. The fluid lance 3 is closed on one end, but is provided in the region of this end with a radial fluid outlet opening 32, preferably a conical bore. The fluid outlet opening 32 is preferably designed with a throttling effect and / or has an additional throttling element. The exit speed of the cooling fluid can thereby be increased.
Bei der hier eingesetzten Fluidlanze 3 handelt es sich bevorzugt um eine stehende Fluidlanze. Dadurch ist die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Aufprallhügel 4 und Fluid höher als bei Verwendung einer mitrotierenden Fluidlanze. Denkbar ist aber auch der Einsatz einer mitdrehenden Fluidlanze. The fluid lance 3 used here is preferably a standing fluid lance. As a result, the speed difference between impact hill 4 and fluid is higher than when a co-rotating fluid lance is used. The use of a rotating fluid lance is also conceivable.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Innenwandung 12 der Rotorwelle 1 mit einem Aufprallhügel 4 ausgestattet ist. Der Aufprallhügel 4 ist grundsätzlich als Erhebung gegenüber der Innenwandung 12 ausgestaltet. Der Aufprallhügel 4 erstreckt sich in der Regel über den Umfang der Innenwandung. Insofern ist der Aufprallhügel 4 vorzugsweise als ringförmige Erhebungausgestaltet. Hinsichtlich seiner axialen Lage ist der Aufprallhügel 4 in etwa in der Mitte, vorzugsweise in der Mitte, der Rotorwelle 1 angeordnet. Der Aufprallhügel teilt die Innenwandung 12 gewissermaßen in einen ersten Innenwandungsabschnitt 12a und einen zweiten Innenwandungsabschnitt 12b. According to the invention, it is provided that the inner wall 12 of the rotor shaft 1 is equipped with an impact hill 4. The impact hill 4 is basically designed as an elevation with respect to the inner wall 12. The impact hill 4 usually extends over the circumference of the inner wall. In this respect, the impact hill 4 is preferably designed as an annular elevation. With regard to its axial position, the impact hill 4 is arranged approximately in the middle, preferably in the middle, of the rotor shaft 1. The impact hill divides the inner wall 12 into a first inner wall section 12a and a second inner wall section 12b.
Vorzugsweise ist der Aufprallhügel 4 als separates Teil, insbesondere als Einpressteil, ausgestaltet. Der Aufprallhügel 4 kann somit unabhängig von anderen Toleranzketten (z.B. bei als aus zwei Halbwellen zusammengebaute/ rotationsverschweißten Rotorwelle; Positionierungstoleranz der Fluidlanze; etc.) platziert werden. Der Aufprallhügel 4 kann auch unabhängig gefertigt werden. Der Aufprallhügel 4 ist vorzugsweise aus gut wärmeleitendem Material wie Kupfer oder Aluminium gefertigt. Er wird vorzugsweise durch thermisches Fügen in die Hohlwelle eingesetzt. Einen Aufprallhügel als separates Einlege- bzw. Einpressteil zeigen exemplarisch Fig. 13, Fig. 14 und Fig. 15. In Figuren 13 und 14 ist der Aufprallhügel als einteiliger Ring gefertigt, wobei der Ring zur Veranschaulichung angeschnitten ist, um den Querschnitt darzustellen. In Fig. 15 ist der Aufprallhügel dabei als aus zwei gleichen, aber gespiegelt ersetzbaren und axial voneinander beabstandeten Ringteilen ausgeführt, wobei die Beabstandung einen durchgehenden Radialspalt ausbildet. The impact hill 4 is preferably designed as a separate part, in particular as a press-in part. The impact hill 4 can thus be placed independently of other tolerance chains (e.g. in the case of a rotor shaft assembled / rotationally welded from two half shafts; positioning tolerance of the fluid lance, etc.). The impact hill 4 can also be manufactured independently. The impact hill 4 is preferably made of a good heat-conducting material such as copper or aluminum. It is preferably inserted into the hollow shaft by thermal joining. An impact hill as a separate insert or press-in part is shown by way of example in FIGS. 13, 14 and 15. In FIGS. 13 and 14, the impact hill is made as a one-piece ring, the ring being cut for illustration in order to illustrate the cross section. In Fig. 15, the impact hill is designed as two identical, but mirror-replaceable and axially spaced-apart ring parts, the spacing forming a continuous radial gap.
Denkbar ist aber auch eine einteilige Ausgestaltung des Aufprallhügels aus der Rotorwelle bzw. zweier Rotorhalbwellen durch ein umformendes Verfahren eines Hohlwellenrohlings wie beispielsweise Hämmern oder Schmieden. However, a one-piece configuration of the impact hill from the rotor shaft or two rotor half-shafts by a reshaping process of a hollow shaft blank such as is also conceivable for example hammering or forging.
Vorzugsweise sind Fluidabflussöffnungen 13 in der Rotorwelle 1 , insbesondere endseitig, aber zumindest axial beabstandet von dem Aufprallhügel 4, vorgesehen. Insofern ist eine erste Fluidabflussöffnung 13a im Bereich des ersten axialen Endes und eine zweite Fluidabflussöffnung 13b im Bereich des anderen axialen Endes der Rotorwelle 1 vorgesehen bzw. ist eine erste Fluidabflussöffnung 13a ist in dem ersten Innenwandungsabschnitt 12a und eine zweite Fluidabflussöffnung 13b in dem zweiten Innenwandungsabschnitt 12b angeordnet. Es handelt sich bei den Fluidabflussöffnungen 13 vorzugsweise um radiale Bohrungen in der Rotorwelle 1. Fluid drain openings 13 are preferably provided in the rotor shaft 1, in particular at the end, but at least axially spaced from the impact hill 4. In this respect, a first fluid drain opening 13a is provided in the region of the first axial end and a second fluid drain opening 13b in the region of the other axial end of the rotor shaft 1, or a first fluid drain opening 13a is in the first inner wall section 12a and a second fluid drain opening 13b in the second inner wall section 12b arranged. The fluid drain openings 13 are preferably radial bores in the rotor shaft 1.
Die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung stellt sich wie folgt dar. The basic functioning of the rotor device according to the invention is as follows.
In einer ersten Variante, gemäß beispielsweise Fig. 1 oder Fig. 13, weist der Aufprallhügel 4 in axialer Richtung eine ansteigende Flanke 41, einen Gipfel 42 und eine absteigende Flanke 43 auf. In a first variant, according to, for example, FIG. 1 or FIG. 13, the impact hill 4 has an ascending flank 41, a summit 42 and a descending flank 43 in the axial direction.
Kühlfluid strömt in die Fluidlanze 3 ein und wird aus der Fluidaustrittsöffnung 32 in Richtung des Aufprallhügels 4 gelenkt. Um eine Sprühnebelbildung zu verhindern, wird das Kühlfluid vorzugsweise als kompakter Fluidstrahl aus der Fluidlanze ausgeleitet. Die Fluidaustrittsöffnung 32 der Fluidlanze 3 ist idealerweise derart positioniert, dass hier austretendes Kühlfluid auf den Gipfel 42 des Aufprallhügels 4 trifft. Der Aufprallhügel verhindert bzw. verringert eine stehende Grenzschicht: Der Fluidstrahl trifft den Aufprallhügel vorzugsweise unmittelbar; er wird nicht von einer darüber befindlichen Grenzschicht abgelenkt. Cooling fluid flows into the fluid lance 3 and is directed out of the fluid outlet opening 32 in the direction of the impact hill 4. In order to prevent spray formation, the cooling fluid is preferably discharged from the fluid lance as a compact fluid jet. The fluid outlet opening 32 of the fluid lance 3 is ideally positioned in such a way that cooling fluid emerging here meets the summit 42 of the impact hill 4. The impact hill prevents or reduces a standing boundary layer: the fluid jet preferably hits the impact hill directly; it is not distracted by a boundary layer above it.
Der Kühlstrahl trifft vorzugsweise senkrecht auf die Oberfläche des Aufprallhügels. The cooling jet preferably strikes the surface of the impact hill perpendicularly.
Durch den stetigen Fluidaustausch in der hochturbulenten Wandströmung im Aufprallbereich des Fluidstroms der 32 auf der Wandoberfläche wird der Wärmeübergang zwischen Kühlfluid und Hohlwelle bzw. Aufprallhügel erhöht. Due to the constant fluid exchange in the highly turbulent wall flow in the impact area of the fluid flow 32 on the wall surface, the heat transfer between the cooling fluid and the hollow shaft or impact hill is increased.
Der Fluidstrahl wird gewissermaßen durch den Aufprallhügel 4 geteilt und ein Teil des Fluids strömt über den erste Innenwandungsabschnitt 12a in Richtung der ersten Fluidabflussöffnung 13a ab, während der andere Teil des Fluids über den zweiten Innenwandungsabschnitt 12b in Richtung der zweiten Fluidabflussöffnung 13b abfließt. The fluid jet is divided to a certain extent by the impact hill 4 and part of the fluid flows out via the first inner wall section 12a in the direction of the first fluid drain opening 13a, while the other part of the fluid flows out via the second inner wall section 12b in the direction of the second fluid drain opening 13b.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung sind beispielsweise wie folgt ausgestaltet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Rotorwelle der Rotoreinrichtung als zusammengebaute und/oder rotationsverschweißte Rotorwelle ausgestaltet ist. Wesentlich ist hier, dass die Rotorwelle aus zwei Teilen, insbesondere einer ersten Rotorhalbwelle la und einer zweiten Rotorhalbwelle lb, zusammengesetzt ist. Dies kann beispielsweise die Einbringung oder auch Ausformung des Aufprallhügels 4 in die Mitte der Rotorwelle erleichtern, beispielsweise wenn der Aufprallhügel 4 vor der Verbindung der Rotorhalbwellen la, lb eingebracht wird. Further advantageous configurations of the rotor device according to the invention are configured, for example, as follows. For example, it can be provided that the rotor shaft of the rotor device is configured as an assembled and / or rotationally welded rotor shaft. It is essential here that the rotor shaft is composed of two parts, in particular a first rotor half-wave la and a second rotor half-wave lb. This can facilitate, for example, the introduction or also shaping of the impact hill 4 into the center of the rotor shaft, for example if the impact hill 4 is introduced before the rotor half-waves 1 a, 1 b are connected.
Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform ist in der Fig. 3 dargestellt. An example of such an embodiment is shown in FIG. 3.
Es kann ferner beispielsweise vorgehen sein, dass die Rotoreinrichtung, insbesondere die Rotorwelle R, mit Wellenschultern 14 ausgestattet ist. Eine Wellenschulter ist ein Absatz zwischen einem größeren Rotorwelleninnendurchmesser und einem kleineren Rotorwelleninnendurchmesser. Der Übergang ist nicht abrupt, sondern über einen Übergangsbereich ausgestaltet, in welchem der Durchmesser abnimmt. Vorzugsweise ist eine erste Wellenschulter 14a zwischen dem Aufprallhügel 4 und der ersten Fluidabflussöffnung 13a, insbesondere unmittelbar vor der ersten Fluidabflussöffnung 13a, und eine zweite Wellenschulter 14b zwischen dem Aufprallhügel 4 und der zweiten Fluidabflussöffnung 13b, insbesondere unmittelbar vor der zweiten Fluidabflussöffnung 13b, angeordnet. Im Ergebnis bildet die Hohlwelle je eine Badewanne zwischen dem Aufprallhügel 4 und der jeweiligen Fluidabflussöffnung aus. Die Wellenschultern 14 wirken als Rückhaltedamm. Durch die Höhe der Wellenschultern 14 über der Innenwandung 12 kann die Dicke des Fluidfilms eingestellt werden. Weiterhin ist es damit möglich, die Durchlaufzeit des Kühlfluids zu verzögern, so dass ein zu schnelles Abfließen des Kühfluids verhindert und die Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlfluids besser ausgenutzt werden kann. Die Fluidabflussöffnungen 13, insbesondere deren Durchmesser oder mögliche Varianzen in verschiedenen Fluidabflussöffnungen, werden als Einflussfaktor für die Abflussgeschwindigkeit des Kühlfluids aus der Hohlwelle eliminiert. Die Abflussgeschwindigkeit des Kühlfluids wird nicht durch die Gestalt der Fluidabflussöffnungen verändert. Weiterhin sind Wellenschultern 14 vorteilhaft bei asymmetrisch wirkenden Kraftkomponenten, insbesondere bei Kurvenfahrt oder bei Schieflage der Rotorachse, da das Fluid nicht ungehindert einseitig abfließen kann, sondern an einer Wellenschulter 14a bzw. 14b ansteht und sich ein schräg anstehender Fluidfilm ausbildet, der sich über beide Halbseiten 12a, 12b der Rotorinnenwandung erstreckt. Dieser Effekt ist v.a. bei niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten, insbesondere <500/min, von Bedeutung, bei denen die Zentripetalkräfte noch nicht dominierend sind und keine gleichmäßige Fluidfilmdicke erzwingen können. Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform ist in der Fig. 4 dargestellt. It can also be the case, for example, that the rotor device, in particular the rotor shaft R, is equipped with shaft shoulders 14. A shaft shoulder is a shoulder between a larger inner rotor shaft diameter and a smaller inner rotor shaft diameter. The transition is not abrupt, but is designed over a transition region in which the diameter decreases. A first wave shoulder 14a is preferably arranged between the impact hill 4 and the first fluid drain opening 13a, in particular immediately in front of the first fluid drain opening 13a, and a second wave shoulder 14b between the impact hill 4 and the second fluid drain opening 13b, in particular immediately in front of the second fluid drain opening 13b. As a result, the hollow shaft forms a bath between the impact hill 4 and the respective fluid drain opening. The wave shoulders 14 act as a retaining dam. The thickness of the fluid film can be adjusted by the height of the shaft shoulders 14 above the inner wall 12. Furthermore, it is possible to delay the throughput time of the cooling fluid, so that the cooling fluid flows away too quickly and the heat absorption capacity of the cooling fluid can be better utilized. The fluid outflow openings 13, in particular their diameter or possible variances in different fluid outflow openings, are eliminated as an influencing factor for the outflow speed of the cooling fluid from the hollow shaft. The flow rate of the cooling fluid is not changed by the shape of the fluid drain openings. Furthermore, shaft shoulders 14 are advantageous in the case of asymmetrically acting force components, in particular when cornering or when the rotor axis is tilted, since the fluid cannot flow freely to one side, but is applied to a shaft shoulder 14a or 14b and an obliquely positioned fluid film is formed, which is formed on both sides 12a, 12b of the rotor inner wall extends. This effect is especially at low rotational speeds, in particular <500 / min, of importance, at which the centripetal forces are not yet dominant and cannot force a uniform fluid film thickness. An example of such an embodiment is shown in FIG. 4.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Innenwandung 12a bzw. 12b nicht glatt, sondern strukturiert ausgeführt ist. Als Struktur kommen beispielsweise axial verlaufende Rippen 121 in Frage. Die Rippen können im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sein. Die dadurch gebildeten Nuten zwischen zwei Rippen können rechteckförmig ausgebildet sein. Bei abgewickelter Hohlwelle stellt das Innenprofil der Hohlwelle dadurch eine kontinuierliche Rechteckfunktion dar. Die Rippen können im Querschnitt aber auch wellenförmig ausgebildet sein. Die Nuten können entsprechend wellenförmig ausgebildet sein. Bei abgewickelter Hohlwelle stellt die Kontur des Innenprofils der Hohlwelle dann eine näherungsweise sinusförmigen Verlauf dar. It can be provided, for example, that the inner wall 12a or 12b is not smooth, but is structured. Axial ribs 121, for example, are suitable as structures. The ribs can have a rectangular cross section. The grooves formed between two ribs can be rectangular. When the hollow shaft is unwound, the inner profile of the hollow shaft thus represents a continuous rectangular function. However, the ribs can also have a wave-shaped cross section. The grooves can be correspondingly wave-shaped. When the hollow shaft is unwound, the contour of the inner profile of the hollow shaft then represents an approximately sinusoidal course.
Als Veranschaulichung von rechteckförmigen bzw. wellenförmigen Rippen bzw. Nuten können die Figuren 12a bzw. 12e herangezogen werden. FIGS. 12a and 12e can be used to illustrate rectangular or wavy ribs or grooves.
Die Rippen 121 haben eine oberflächenvergrößernde Wirkung. Die durch die Rippen 121 definierten Kanäle sind, insbesondere technisch vorteilhaft, spiralförmig oder, herstellungstechnisch vorteilhaft, geradlinig ausgeführt. Spiralförmige Kanäle haben den Vorteil, dass der Kühlfluidfilm durch die Rotation beschleunigt und dadurch eine definierte Fluidförderung entsteht, so dass ein Stehen von Öl wirksam vermieden wird. Bei geradlinigen Kanälen oder glatter Innenwandung erfolgt die Verdrängung vornehmlich durch das Bestreben, einen möglichst dünnwandigen und gleichmäßigen Fluidfilm auszubilden. Die Rippen 121 können gleichmäßig hoch sein oder nach axial außen, also in Richtung des jeweiligen Rotorwellenendes, ansteigend, d.h. die Nuttiefe vergrößert sich. Gleichmäßige Rippenstrukturen setzen bevorzugt in einem axialen Abstand vom Aufprallhügel an, an welchem der Fluidfilm weitestgehend (z.B. >= 90% der) Wellen- Umfangsgeschwindigkeit erreicht hat, insbesondere nach ausreichender Angleichung der Relativ-Tangentialgeschwindigkeit zwischen Fluid und Wandoberfläche. Ansteigende Rippen können axial näher am Aufprallhügel beginnen, an dem noch eine größere Differenz zwischen Wellen-Umfangsgeschwindigkeit und Fluidfilm- Umfangsgeschwindigkeit vorliegt. Der Fluidfilm schwappt dann - wegen dem längeren Weg - thermisch vorteilhaft von einer Nut in die Nächste bis die Relativgeschwindigkeit sich weitestgehend angepasst hat. The ribs 121 have a surface-enlarging effect. The channels defined by the ribs 121 are, in particular, technically advantageous, spiral-shaped or, in terms of production technology, straight. Spiral channels have the advantage that the cooling fluid film is accelerated by the rotation and a defined fluid delivery is created, so that standing oil is effectively avoided. In the case of straight-line channels or smooth inner walls, the displacement takes place primarily through the endeavor to form a fluid film that is as thin-walled and uniform as possible. The ribs 121 can be uniformly high or can rise axially outwards, i.e. in the direction of the respective rotor shaft end, i.e. the groove depth increases. Uniform rib structures preferably start at an axial distance from the impact hill where the fluid film has largely reached (e.g.> = 90% of the) shaft peripheral speed, especially after sufficient adjustment of the relative tangential speed between the fluid and the wall surface. Rising ribs can begin axially closer to the impact hill, where there is still a greater difference between the shaft peripheral speed and the fluid film peripheral speed. The fluid film then spills - because of the longer path - thermally advantageous from one groove to the next until the relative speed has largely adapted.
Die Innenwandung der Welle kann auch eine Mikrostrukturierung aufweisen, z.B. durch Sandstrahlen oder das Einbringen von kleinen Kratern (dimples). Das Einbringen der Mikrostrukturierung kann beispielsweise auch in Form eines Prägeverfahrens erfolgen, insbesondere bei der Fertigung der Hohlwelle mittels eines Innendornes. The inner wall of the shaft can also have a microstructuring, e.g. by sandblasting or the introduction of small craters (dimples). The microstructuring can also be introduced, for example, in the form of an embossing process, in particular when manufacturing the hollow shaft by means of an internal mandrel.
Beispiele für derartige Ausführungsformen sind in den Fig. 5 bis 8 dargestellt, insbesondere konstant hohe Rippen, ohne Anstieg, beginnend mit Abstand von dem Aufprallhügel in der Fig. 5 bzw. Fig. 6. Ansteigende Rippen mit Verdrehung sind beispielsweise in der Fig. 7 bzw. 8 dargestellt. Auch hier beginnen die Rippen mit axialem Abstand von dem Aufprallhügel 4. Examples of such embodiments are shown in FIGS. 5 to 8, in particular constantly high ribs, without rising, starting at a distance from the impact hill in FIG. 5 or Fig. 6. Rising ribs with twist are shown for example in Fig. 7 or 8. Here, too, the ribs begin at an axial distance from the impact hill 4.
Es kann ferner beispielsweise vorgesehen sein, dass ein fluidischer Bypass 44 zwischen dem ersten Innenwandungsabschnitt 12a und dem zweiten Innenwandungsabschnitt 12b bzw. der sich ergebenden wannenförmigen Struktur aus Wellenschulter 14a, Innenwandung 12a und Aufprallhügel 4 einerseits sowie Aufprallhügel 4 Innenwandung 12b und Wellenschulter 14b andererseits, vorgesehen ist. Mit fluidischer Bypass 44 ist eine fluidische Verbindung gemeint, die nicht durch den Innenraum des ringförmig ausgestalteten Aufprallhügels 4 gebildet wird. Vielmehr ist hiermit eine fluidische Verbindung gemeint, die durch separate Durchlassöffnungen gebildet wird, die beispielsweise durch Nuten in der Rotorwelle oder dem als Einpressteil ausgeführten ringförmigen Aufprallhügel gebildet werden. Hierdurch kann eine anfängliche Ungleichverteilung von Kühlfluid ausgeglichen werden, da das Kühlfluid durch die rotationsbedingten Umfangskräfte bestrebt ist, einen gleichmäßig dicken Fluidfilm auszubilden. Eine Ungleichverteilung kann z.B. Folge eines nicht-mittigen Aufprallhügels 4 oder einer fliehkraftbedingten Ablenkung des Austrittsstrahls bei Kurvenfahrt sein. It can furthermore be provided, for example, that a fluidic bypass 44 is provided between the first inner wall section 12a and the second inner wall section 12b or the resulting trough-shaped structure consisting of shaft shoulder 14a, inner wall 12a and impact hill 4 on the one hand, and impact hill 4 inner wall 12b and shaft shoulder 14b on the other hand is. By fluidic bypass 44 is meant a fluidic connection that is not formed by the interior of the ring-shaped impact hill 4. Rather, this means a fluidic connection which is formed by separate passage openings which are formed, for example, by grooves in the rotor shaft or the annular impact hill designed as a press-in part. In this way, an initial unequal distribution of cooling fluid can be compensated for, since the cooling fluid tends to form a uniformly thick fluid film due to the rotation-related circumferential forces. An unequal distribution can e.g. Be the result of a non-central impact hill 4 or a deflection of the exit jet due to centrifugal force when cornering.
Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt, in der Fig. 10 mit angedeuteter Schräglage. An example of such an embodiment is shown in FIGS. 9 and 10, in FIG. 10 with the inclined position indicated.
Es kann ferner beispielsweise vorgesehen sein, dass der Aufprallhügel 4 mit radial verlaufenden Kanälen 45 versehen ist. Diese Ausführungsform kommt in der Regel nur dann zum Einsatz, wenn der oben genannte fluidische Bypass 44 vorgesehen ist. Die radial verlaufenden Kanäle 45 münden dann in die axial verlaufenden Bypasskanäle 44. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 14 in Form eines separaten Aufprallhügels 4 dargestellt. It can also be provided, for example, that the impact hill 4 is provided with radially extending channels 45. This embodiment is generally only used if the above-mentioned fluid bypass 44 is provided. The radially extending channels 45 then open into the axially extending bypass channels 44. A corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 14 in the form of a separate impact hill 4.
Die radial verlaufenden Kanäle 45 können aber auch als ein durchgehender Radialspalt ausgebildet sein. In diesem Falle kann der Aufprallhügel als separates Einlegeteil in Form von zwei gleichen, aber spiegelverkehrt in die Hohlwelle einzusetzenden Ringteilen ausgebildet sein. Die Ringe können symmetrisch oder unsymmetrisch gestaltet sein, ersteres vereinfacht jedoch die Montage missverständnisfrei, da zweiteres richtungsabhängig / gespiegelt montiert werden muss. Der axiale Abstand der Ringteile bestimmt dabei die Breite des Ringspalts. Das Spaltmaß zwischen den gespiegelt nebeneinander positionierten Ringen ist abhängig von der Ausgestaltung des Ölstrahls aus der Lanze und entsprechend mit Distanzring/-scheibe einzustellen. Ein Ausführungsbeispiel mit zwei jeweils achsenasymmetrischen Ringen ist in Fig. 15 angegeben. Es könnten jedoch auch zwei gleiche voneinander beabstandete Ringe, wie einer in Fig. 13 dargestellt ist, verwendet werden, wobei ein fluidischer Bypass (Ausgleichskanal) als Außenumfangs-Nut in den Ringen selbst analog Fig. 14 oder als Innenumfangs-Nut der Rotorhohlwelle analog Fig. 12 a, ergänzt werden könnte, The radially extending channels 45 can also be designed as a continuous radial gap. In this case, the impact hill can be designed as a separate insert in the form of two identical ring parts which are to be inserted in the hollow shaft in a mirror-inverted manner. The rings can be symmetrical or asymmetrical, but the former simplifies assembly without misunderstanding, since the latter must be installed in a direction-dependent / mirrored manner. The axial distance between the ring parts determines the width of the ring gap. The gap between the rings positioned next to each other in a mirrored manner depends on the configuration of the oil jet from the lance and must be set accordingly with a spacer ring / washer. An embodiment with two axially asymmetrical rings is shown in FIG. 15. However, two identical rings spaced apart from one another, such as one shown in FIG. 13, could also be used, with a fluidic bypass (compensation channel) as Outer circumferential groove in the rings itself analogous to FIG. 14 or as an inner circumferential groove of the hollow rotor shaft analogous to FIG. 12a,
Hierdurch kann ein „Stehen“ des Fluids unterhalb des Aufprallhügels 4 in dem fluidischen Bypass vermieden werden. Ein Teil des auf den Aufprallhügel 4 gesprühten Kühlfluids kann unmittelbar in die Durchgangsöffnungen eintreten und dadurch unmittelbar in die Abschnitte 12a bzw. 12b der Innenwandung gelangen. Der Durchmesser der radialen Kanäle 45 ist dabei kleiner als der aus der Fluidlanze 3 bzw. deren Fluidaustrittsöffnung 31 austretende bzw. auf dem Aufprallhügel 4 auftreffende Fluidstrahl, so dass der Großteil des Kühlfluids über den Aufprallhügel 4 zu beiden Seiten hin abgelenkt wird. Die radialen Kanäle 45 sind derart tief ausgebildet, dass eine Sprühnebelbildung unterbunden wird. Der in den axialen Bypasskanälen 44 auftreffende Fluidstrahl wird durch die Seitenwände der Bypasskanäle 44 unmittelbar auf die volle Umfangsgeschwindigkeit gezwungen, wodurch dieser zerfetzt wird. Da der Sprühnebel keinen Raum zur Ausbreitung hat, sondern sich sofort an den Bewandungen der Bypasskanäle 44 absetzt bzw. vom nachkommenden Fluidstrom mitgerissen wird, wird eine Sprühnebelbildung wirksam unterbunden. In this way, a “standing” of the fluid below the impact hill 4 in the fluidic bypass can be avoided. A part of the cooling fluid sprayed onto the impact hill 4 can enter directly into the through openings and thereby directly into the sections 12a or 12b of the inner wall. The diameter of the radial channels 45 is smaller than the fluid jet emerging from the fluid lance 3 or its fluid outlet opening 31 or impinging on the impact hill 4, so that the majority of the cooling fluid is deflected to both sides via the impact hill 4. The radial channels 45 are so deep that spray formation is prevented. The fluid jet impinging in the axial bypass channels 44 is forced directly to the full circumferential speed by the side walls of the bypass channels 44, as a result of which it is shredded. Since the spray mist has no space for spreading, but instead settles immediately on the walls of the bypass channels 44 or is carried away by the subsequent fluid flow, spray mist formation is effectively prevented.
Weiterhin vorteilhaft kann der Aufprallhügel 4 mit einer Mulde 46 auf dem Aufprallhügel ausgestaltet sein. Letztendlich weist der Aufprallhügel damit in einen Querschnitt auf, der sich durch folgend Abfolge entlang der Längsachse auszeichnet: eine ansteigende Flanke 41, einen ersten Gipfel 42a, eine Mulde 46, einen zweiten Gipfel 42b und eine absteigende Flanke 43. Durch diese Form des Aufprallhügels wird das auftreffende Kühlfluid auch bei nicht-mittigem Auftreffen annähernd gleichmäßig zu beiden Seiten verteilt. Dadurch können insbesondere auch der Einfluss fertigungsbedingter Positionierungsfehler zwischen Fluidlanze und Aufprallhügel gemindert werden. Erfindungsgemäße Ausführungsformen sind beispielsweise in den Figuren 11 oder 14 dargestellt. The impact hill 4 can also be advantageously designed with a depression 46 on the impact hill. Ultimately, the impact hill thus has a cross section which is characterized by the following sequence along the longitudinal axis: a rising flank 41, a first summit 42a, a trough 46, a second summit 42b and a descending flank 43. This shape of the impact hill the impinging cooling fluid is distributed approximately evenly on both sides even when it is not centered. This can in particular also reduce the influence of positioning errors between the fluid lance and the impact hill caused by production. Embodiments according to the invention are shown, for example, in FIGS. 11 or 14.
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung bzw. der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine haben sich folgende, nicht abschließend aufgezählte, Herstellungsverfahren bzw. Verfahrensschritte als besonders vorteilhaft erwiesen. With regard to the production method of the rotor device according to the invention or of the electrical machine according to the invention, the following, not exhaustively listed, production methods or process steps have proven to be particularly advantageous.
Der Aufprallhügel kann integral mit der Welle ausgestaltet sein, z.B. gehämmert. Der Aufprallhügel kann als separates Einpressteil ausgeführt sein. The bump may be integral with the shaft, e.g. hammered. The impact hill can be designed as a separate press-in part.
Das Innenprofil der Welle bzw. Teile des Innenprofils kann gehämmert sein. Zum Innenprofil können die Makrostrukturierung in Form der Innenwandung, des Aufprallhügels, der Rippen bzw. Nuten und Wellenschultern gezählt werden. Auch die Mikrostrukturierung (Oberflächengestaltung bzw. Vergrößerung durch beispielsweise Krater) kann durch Prägen oder Hämmern erfolgen. Die Rotorwelle kann zusammengebaut sein, insbesondere aus zwei miteinander (rotations)verschweißten Halbwellen. Die Halbwellen können insbesondere ungleich ausgeführt sein, so dass der Aufprallhügel vollständig in einer Halbwelle ausgebildet wird. The inner profile of the shaft or parts of the inner profile can be hammered. The macro-structuring in the form of the inner wall, the impact hill, the ribs or grooves and shaft shoulders can be included in the inner profile. The microstructuring (surface design or enlargement, for example by craters) can also be carried out by stamping or hammering. The rotor shaft can be assembled, in particular from two half-waves welded together (rotationally). The half-waves can in particular be made unequal, so that the impact hill is completely formed in a half-wave.
Zusammenfassend ergeben sich insbesondere folgende Vorteile bzw. Funktionen der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung bzw. elektrischen Maschine. Der Aufprallhügel 4 teilt den Fluidstrom symmetrisch links- und rechtsseitig. Die mittensymmetrische Kühlaufteilung ist weitgehend unempfindlich gegenüber Lagetoleranzen. Die Fluidlanze leicht exzentrisch, also axial verschoben gegenüber der Mitte des Aufprallhügels, zu montieren, ist weitestgehend folgenlos. In summary, the following advantages and functions of the rotor device or electrical machine according to the invention result in particular. The impact hill 4 divides the fluid flow symmetrically on the left and right sides. The center-symmetrical cooling distribution is largely insensitive to positional tolerances. Mounting the fluid lance slightly eccentrically, i.e. axially displaced relative to the center of the impact hill, is largely without consequences.
Die Kühlung funktioniert auch bei Schräglage des Fahrzeugs einwandfrei, in welcher die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung bzw. elektrische Maschine angebracht ist, insbesondere bei Drehung des Fahrzeugs um die Längsachse oder Kurvenfahrt. Die Kühlung arbeitet auch bei geringem Fluiddruck gut, da keine hohen Austrittsgeschwindigkeiten an der Fluidlanze notwendig sind, um eine am Aufprallpunkt vorhandenen Fluidfilm bzw. Grenzschicht des Kühlfluids zu durchdringen. Durch den Aufprallhügel kann sich insbesondere kein stehender Fluidfilm ausbilden, so dass eine Grenzschicht des Kühlfluids nicht vorhanden bzw. stark verringert ist. Dadurch kann der Druck des Kühlsystems gesenkt werden im Vergleich zum Standard. The cooling functions perfectly even when the vehicle is in an inclined position in which the rotor device or electrical machine according to the invention is mounted, in particular when the vehicle is rotated about the longitudinal axis or cornering. The cooling works well even at low fluid pressure, since no high exit speeds at the fluid lance are necessary to penetrate a fluid film or boundary layer of the cooling fluid present at the point of impact. In particular, no standing fluid film can form due to the impact hill, so that a boundary layer of the cooling fluid is not present or is greatly reduced. This allows the pressure of the cooling system to be reduced compared to the standard.
Typisches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Implementierung in Fahrzeuge mit mindestens einer elektrischen Maschine als Antrieb. A typical field of application of the invention is the implementation in vehicles with at least one electrical machine as the drive.
Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Features and details that are described in connection with a method also apply, of course, also in connection with the device according to the invention and vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference can always be made to one another. In addition, a method according to the invention which may be described can be carried out with the device according to the invention.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Rotoreinrichtung für eine elektrische Maschine, umfassend 1. A rotor device for an electrical machine, comprising
- einen Rotor (R) mit einer Rotorwelle (1) und einem Rotorpaket (2), wobei - A rotor (R) with a rotor shaft (1) and a rotor assembly (2), wherein
- die Rotorwelle (1) mindestens abschnittsweise als Hohlwelle mit einer Innenwandung (12) ausgestaltet ist, wobei - The rotor shaft (1) is designed at least in sections as a hollow shaft with an inner wall (12), wherein
- eine Fluidlanze (3) zur Rotorinnenkühlung in die Hohlwelle eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (12) der Hohlwelle mit einem Aufprallhügel (4) ausgestattet ist. - A fluid lance (3) for internal rotor cooling is introduced into the hollow shaft, characterized in that the inner wall (12) of the hollow shaft is equipped with an impact hill (4).
2. Rotoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidlanze (3) mit einer radialen Fluidaustrittsöffnung (32), vorzugsweise einer konusförmigen Bohrung, ausgestattet ist, wobei die Fluidaustrittsöffnung (32) auf den Aufprallhügel gerichtet ist. 2. Rotor device according to claim 1, characterized in that the fluid lance (3) is equipped with a radial fluid outlet opening (32), preferably a conical bore, the fluid outlet opening (32) being directed onto the impact hill.
3. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 3. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass es sich bei der Fluidlanze (3) um eine stehende Fluidlanze handelt. characterized in that the fluid lance (3) is a standing fluid lance.
4. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Aufprallhügel (4) die Innenwandung (12) in einen ersten Innenwandungsabschnitt (12a) und einen zweiten Innenwandungsabschnitt (12b) teilt. characterized in that the impact hill (4) divides the inner wall (12) into a first inner wall section (12a) and a second inner wall section (12b).
5. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass eine erste Fluidabflussöffnungen (13a) in dem ersten characterized in that a first fluid drain openings (13a) in the first
Innenwandungsabschnitt (12a) und eine zweite Fluidabflussöffnung (13b) in dem zweiten Innenwandungsabschnitt (12b) angeordnet ist. Inner wall section (12a) and a second fluid drain opening (13b) in the second inner wall section (12b) is arranged.
6. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) als zusammengebaute und/oder characterized in that the rotor shaft (1) as assembled and / or
rotationsverschweißte Rotorwelle aus mindestens zwei Teilen, insbesondere einer ersten Rotorhalbwelle (la) und einer zweiten Rotorhalbwelle (lb), ausgestaltet ist. rotationally welded rotor shaft is configured from at least two parts, in particular a first rotor half-shaft (la) and a second rotor half-shaft (lb).
7. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Innenwandung der Rotorwelle (1) mit Wellenschultern (14) ausgestattet ist, insbesondere mit einer ersten Wellenschulter (14a) zwischen dem Aufprallhügel (4) und der ersten Fluidabflussöffnung (13a), vorzugsweise unmittelbar vor der ersten Fluidabflussöffnung (13a), und einer zweite Wellenschulter (14b) zwischen dem Aufprallhügel (4) und der zweiten Fluidabflussöffnung (13b), vorzugsweise unmittelbar vor der zweiten Fluidabflussöffnung (13b). characterized in that the inner wall of the rotor shaft (1) is equipped with shaft shoulders (14), in particular with a first shaft shoulder (14a) between the impact hill (4) and the first fluid drain opening (13a), preferably immediately before the first fluid drain opening (13a), and a second shaft shoulder (14b) between the impact hill (4) and the second fluid drain opening (13b), preferably immediately before the second fluid drain opening (13b).
8. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenwandungsabschnitt (12a) und/oder der zweite Innenwandungsabschnitt (12b) strukturiert ist, insbesondere mit axial verlaufende geraden oder spiralförmigen Rippen (121), einer Mikrostrukturierung durch Sandstrahlen und/oder kleinen Kratern. 8. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first inner wall section (12a) and / or the second inner wall section (12b) is structured, in particular with axially extending straight or spiral ribs (121), microstructuring by sandblasting and / or small craters.
9. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung, insbesondere die Rippen (121), in einem axialen Abstand vom Aufprallhügel anfängt, an welchem der Fluidfilm >= 90% Wellen- Umfangsgeschwindigkeit erreicht hat, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Rippen (121) gleichmäßig hoch oder in Richtung des jeweiligen Rotorwellenendes ansteigend ausgestaltet sind. 9. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the structuring, in particular the ribs (121), begins at an axial distance from the impact hill on which the fluid film has reached> = 90% shaft peripheral speed, in particular being provided that the ribs (121) are designed to be uniformly high or rising in the direction of the respective rotor shaft end.
10. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluidischer Bypass (44) zwischen dem ersten 10. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a fluidic bypass (44) between the first
lnnenwandungsabschnitt(12a) und dem zweiten lnnenwandungsabschnitt(12b), insbesondere der sich ergebenden wannenförmigen Struktur aus Wellenschulter (14a), Innenwandung (12a) und Aufprallhügel (4) einerseits sowie Aufprallhügel (4) Inner wall section (12a) and the second inner wall section (12b), in particular the resulting trough-shaped structure consisting of a wave shoulder (14a), inner wall (12a) and impact hill (4) on the one hand and impact hill (4)
Innenwandung (12b) und Wellenschulter (14b) andererseits, vorgesehen ist. Inner wall (12b) and shaft shoulder (14b) on the other hand, is provided.
11. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische Bypass (44) durch Nuten in der Rotorwelle (1) oder dem als separaten Teil ausgeführten ringförmigen Aufprallhügel (4) gebildet werden. 11. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fluidic bypass (44) is formed by grooves in the rotor shaft (1) or the annular impact hill (4) which is designed as a separate part.
12. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallhügel (4) mit radial verlaufenden Kanälen (45) versehen ist, wobei die Kanäle insbesondere in dem fluidischen Bypass (44) enden. 12. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the impact hill (4) is provided with radially extending channels (45), the channels ending in particular in the fluidic bypass (44).
13. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallhügel (4) einstückig mit der Rotorwelle (1) oder als separates Teil, insbesondere als Ring aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, ausgestaltet ist. 13. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the impact hill (4) is designed in one piece with the rotor shaft (1) or as a separate part, in particular as a ring made of a highly thermally conductive material, preferably of aluminum or copper.
14. Rotoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallhügel (4) in axialer Richtung eine ansteigende Flanke (41), einen Gipfel (42) und eine absteigende Flanke (43) oder eine ansteigende Flanke (41), einen ersten Gipfel (42a), eine Mulde (46), einen zweiten Gipfel (42b) und eine absteigende Flanke (43) aufweist. 14. Rotor device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the impact hill (4) has a rising flank in the axial direction (41), a summit (42) and a descending flank (43) or a rising flank (41), a first summit (42a), a trough (46), a second summit (42b) and a descending flank (43) having.
15. Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, umfassend einen Stator (S), sowie eine Rotoreinrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche. 15. Electrical machine, in particular an electric motor, comprising a stator (S) and a rotor device according to at least one of the preceding claims.
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