EP4302385A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP4302385A1
EP4302385A1 EP22708303.7A EP22708303A EP4302385A1 EP 4302385 A1 EP4302385 A1 EP 4302385A1 EP 22708303 A EP22708303 A EP 22708303A EP 4302385 A1 EP4302385 A1 EP 4302385A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
channel
rotor
radial
flow cross
Prior art date
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Pending
Application number
EP22708303.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Nachtmann
Laurent Ineichen
Matthias Bauer
Kay Juckelandt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4302385A1 publication Critical patent/EP4302385A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • 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
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    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine comprising a stator and a rotor which is mounted rotatably relative to the stator, the rotor comprising a rotor shaft and a rotor body which is connected in a torque-proof manner to the rotor shaft, the rotor shaft having a hydraulic channel which extends in the axial direction and can be filled with a hydraulic fluid from which a first radial fluid duct extends outwards in the radial direction, with at least one cover element in the shape of an annular disk being connected to the rotor body in a rotationally fixed manner on an axial end face of the rotor body, and the cover element forming at least one first cooling duct open on two sides with the axial end face of the rotor body, which can be hydraulically coupled to the first radial fluid channel, so that a hydraulic fluid can be conveyed out of the hydraulic channel of the rotor shaft and in the radial direction through the radial fluid channel and the first cooling channel with the support of centri
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.
  • Permanently excited synchronous machines are used in many such electromobility applications.
  • Such a permanently excited synchronous machine includes a stator to be energized and a permanently excited rotor.
  • the rotor usually includes a shaft, balancing plates, rotor cores and magnets.
  • the magnets are generally fixed in the rotor lamination stacks.
  • the performance of an electrical rotary machine depends, among other things, on the heat generated during operation, since the efficiency of the machine decreases with increasing heat.
  • a hotspot is an area of greatest heat generation in the rotor and/or stator during operation of the electric machine.
  • Measures generally used to cool a rotor and stator of an electric machine are cooling the rotor from radially inside by means of a coolant using centrifugal force, with the coolant flowing along the end faces of the rotor, and cooling the stator from radially outside by means of a coolant as well as a dissipation of the coolant and thus also the heat absorbed by the coolant.
  • the object of the invention is therefore to alleviate or completely eliminate these disadvantages and to provide an electrical machine which can provide controlled and reliable cooling of the rotor even at high speeds.
  • an electrical machine comprises a stator and a rotor which is mounted rotatably relative to the stator, the rotor comprising a rotor shaft and a rotor body which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft, the Rotor shaft has a hydraulic channel that extends in the axial direction and can be filled with hydraulic fluid, from which a first radial fluid channel extends outward in the radial direction, with at least one cover element in the shape of an annular disk being connected in a rotationally fixed manner to the rotor body on an axial end face of the rotor body, and the cover element with the axial end face of the rotor body forms at least one first cooling duct open on two sides, which can be hydraulically coupled to the first radial fluid duct, so that a hydraulic fluid can be conveyed out of the hydraulic duct of the rotor shaft and in the radial direction through the radial fluid duct and the first cooling duct, with the first radial fluid duct
  • This configuration of the hydraulic cooling path on a rotor of the electric machine according to the invention can reliably prevent the occurrence of suction effects at high speeds.
  • the partial overlapping of the second flow cross section of the first radial fluid channel in the axial direction by the rotor body can improve the wetting of the rotor body, particularly at high speeds.
  • the terms “radial” and “axial” always refer to the axis of rotation of the rotor.
  • Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally include a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged movably relative to the stationary part.
  • the electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or all-electric motor vehicle.
  • the electrical machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW.
  • the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • the electric machine according to the invention is configured in particular as a radial flux machine, in particular for use within a drive train of a motor vehicle.
  • the drive train of a motor vehicle is understood to mean all components that generate the power for driving the motor vehicle in the motor vehicle and transmit it to the road via the vehicle wheels.
  • the stator of the electrical machine is preferably constructed cylindrically and preferably consists of electrical laminations which are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminations.
  • a rotor is the spinning (rotating) part of an electrical machine.
  • the rotor comprises a rotor shaft and one or more rotor bodies arranged so as to rotate on the rotor shaft.
  • the rotor shaft can be hollow, which on the one hand saves weight and on the other hand allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body.
  • a rotor body is understood to mean the rotor without a rotor shaft.
  • the rotor body is therefore composed in particular of the laminated rotor core and the magnetic elements introduced into the pockets of the laminated rotor core or fixed circumferentially to the laminated rotor core and any axial cover parts present for closing the pockets.
  • the rotor body can include one or more laminated rotor cores, which are sometimes also referred to as stacks.
  • a laminated rotor core is understood to be a plurality of laminated individual laminations or rotor laminations, which are generally made of electrical steel sheet and are stacked and packaged one on top of the other to form a stack, the so-called laminated rotor core.
  • the individual laminations can then remain held together in the laminated core by gluing, welding or screwing.
  • the electric machine can furthermore have a cooling system.
  • a cooling system is used to dissipate the heat generated by electrical losses within an electrical machine.
  • Such a cooling system can have cooling channels inside the rotor (rotor cooling channel) and/or stator (stator cooling channel), through which a corresponding cooling medium or hydraulic fluid is guided for the purpose of dissipating the heat.
  • the cooling system can in particular have one or more pumps which move the cooling medium through the cooling system, preferably in a closed circuit.
  • the hydraulic fluid has the function of dissipating heat as efficiently as possible from areas of the electric machine that are heating up and of avoiding undesired overheating of these areas.
  • the hydraulic fluid can in particular also the lubrication and the Provide corrosion protection for the moving parts and metal surfaces of the electric machine cooling system. In addition, it can in particular also remove contaminants (e.g. due to abrasion), water and air.
  • the hydraulic fluid is preferably a liquid.
  • the hydraulic fluid can in particular be an oil.
  • aqueous hydraulic fluids for example also emulsions.
  • the electric machine can preferably be provided for use within a hybrid module for a motor vehicle.
  • a hybrid module structural and functional elements of a hybridized drive train can be spatially and/or structurally combined and preconfigured, so that a hybrid module can be integrated in a particularly simple manner into a drive train of a motor vehicle.
  • an electric machine and a clutch system in particular with a separating clutch for coupling the electric machine into and/or decoupling the electric machine from the drive train, can be present in a hybrid module.
  • the electric machine can preferably also be provided for use in an electric axle drive train within a drive train of a motor vehicle.
  • An electric final drive train of a motor vehicle includes an electric machine and a transmission, the electric machine and the transmission forming a structural unit. This structural unit is sometimes also referred to as the E-axis.
  • the rotor shaft has a hydraulic channel that extends in the axial direction and can be filled with hydraulic fluid, from which the first radial fluid channel and a second radial fluid channel that is spaced apart axially extend outwards in the radial direction, with the axial End faces of the rotor body, at least one annular disk-shaped cover element is non-rotatably connected to the rotor body, and the cover element each has at least one cooling channel open on two sides with one of the axial end faces of the rotor body which can be hydraulically coupled to one of the radial fluid ducts, so that the rotor has at least one corresponding first cooling duct and at least one second cooling duct, so that a hydraulic fluid can be conveyed out of the hydraulic duct of the rotor shaft by centrifugal force and in the radial direction through the radial fluid ducts and the cooling ducts wherein the second radial fluid channel has a third flow area and a
  • the number of cooling channels between a cover element and the rotor body particularly preferably corresponds to the number of pole pairs, very particularly preferably twice the number of pole pairs, in order to achieve the most symmetrical possible cooling capacity over the circumference of the stator body.
  • the cooling channels are preferably of identical design and run along a radial, straight line. Furthermore, the cooling channels are preferably arranged equidistantly over the circumference of the rotor body.
  • a cover element is preferably made of high-strength aluminum in order to be able to provide sufficient strength.
  • the first cooling channel has a flow cross section which corresponds to between 0.5-1.5 of the first flow cross section of the first radial fluid channel.
  • the second cooling channel has a flow cross section which corresponds to between 0.5-1.5 of the third flow cross section of the second radial fluid channel.
  • One or more cooling ducts can be formed in particular on the end face of a cover element in the form of an annular disk which faces the rotor body, which are particularly preferably introduced into the cover element by an embossing process.
  • the end face of a cover element in the form of an annular disk which faces away from the rotor body can in particular be of planar design, as a result of which, for example, the development of sensor functions can take place for which a planar sensor target design is required.
  • a cover element can be made of aluminum, which has pocket-shaped recesses arranged equidistantly in the circumferential direction, which are detected by an incremental sensor when the rotor rotates and processed into a rotor position signal.
  • At least one of the cover elements has an outlet channel running in the axial direction.
  • the effect can be achieved that axially exiting hydraulic fluid can be directed to the winding overhangs of the stator, which are arranged radially above the outlet channel and which can usually be subjected to high thermal loads, so that the overall cooling of the electrical machine can be improved.
  • An outlet channel is particularly preferably positioned essentially in the middle of the magnetic pockets present in the rotor body.
  • the invention can also be further developed such that the outlet channel has a flow cross section which corresponds to between 50-300% of the first flow cross section of the first or second radial fluid channel, whereby an undesired suction effect can be further suppressed.
  • at least one of the cover elements has a chamfer on its radially inner lateral surface, so that there is a funnel-like transition between one of the cooling channels and the corresponding storage chamber. This can also support a uniform supply of hydraulic fluid to the hydraulic cooling paths of the rotor, since it has been shown that undesired suction effects can be further reduced by a funnel-like transition.
  • the chamfer also directs the hydraulic fluid in the direction of the rotor body, which has an advantageous effect on the cooling.
  • the chamfer can extend completely through a storage chamber in the radial direction and thus form an annular storage chamber wall
  • the hydraulic duct of the rotor shaft has a third radial fluid duct, which extends outwards in the radial direction and is arranged in the rotor shaft in the axial direction outside of the rotor body, which in particular enables cooling of further components outside of the rotor body can take place within the electrical machine.
  • the invention can also be advantageously implemented in such a way that at least one of the storage chambers has an outer radial contour with a convex cross-section and curved radially outwards, which has also proven to be an effective measure for reducing or avoiding undesired suction effects.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.
  • Figure 1 shows an electrical machine in an axial section view
  • FIG. 2 shows a rotor of the electrical machine in an axial section view
  • FIG. 3 shows a detailed view of the area around a storage chamber of the rotor in an axial sectional view
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the rotor
  • FIG. 5 shows a motor vehicle with a hybrid and fully electric
  • Figure 1 shows an electrical machine 1 comprising a stator 2 and a rotor 3 which is rotatably mounted relative to the stator 2.
  • the rotor 3 has a rotor shaft 4 and a rotor body 5 which is non-rotatably connected to the rotor shaft 4.
  • the rotor shaft 4 has a flydraulic channel 6 that extends in the axial direction and can be filled with a hydraulic fluid 16, from which a first radial fluid channel 7 extends in the radial direction outwards.
  • a cover element 10 in the shape of an annular disk is connected to the rotor body 5 in a torque-proof manner.
  • the hydraulic fluid 16 can be conveyed through the hydraulic system described below by means of a non-illustrated flydraulic pump.
  • the cover element 10 forms at least one first cooling channel 18 that is open on two sides and that can be hydraulically coupled to the first radial fluid channel 7, so that a hydraulic fluid 16, supported by centrifugal force, flows out of the hydraulic channel 6 of the rotor shaft and into Radial direction through the radial fluid channel 7 and the first cooling channel 18 can be conveyed.
  • the first radial fluid channel 7 has a first flow cross section 12 and a second flow cross section 13 formed in the radial direction above the first flow section 12.
  • the first flow cross section 12 and the second flow cross section 13 have a ratio of between 1:1.5- 1:25, with between 15-25% of the second flow cross section 13 of the first radial fluid channel 7 being partially covered by the rotor body 5 in the axial direction.
  • the second flow cross section 13 opens into a first storage chamber 17, which is arranged in the radial direction between the rotor shaft 4 and the first cooling channel 18, the volume of the first radial flow channel 7 to the volume of the first storage chamber 17 having a ratio of between 0.5:1 - 3 :1.
  • the cover element 10 together with the corresponding axial end face 9 of the rotor body 5, forms at least one cooling duct which is open on two sides and which can be hydraulically coupled to the radial fluid duct 8, so that the rotor 3 has at least one corresponding first cooling duct 18 and at least one second cooling duct 19.
  • the hydraulic fluid 16 can thus be conveyed by centrifugal force out of the flydraulic channel 6 of the rotor shaft 4 and in the radial direction through the radial fluid channels 7.8 and the cooling channels 18,19.
  • the second radial fluid channel 8 also has a third flow cross section 14 and a fourth flow cross section 15 formed in the radial direction above the third flow section 14, the third flow cross section 14 and the fourth flow cross section 15 having a ratio of between 1:1.5-1:25 and wherein between 15-25% of the fourth flow cross section 15 of the second radial fluid channel 8 is partially covered by the rotor body 5 in the axial direction.
  • the fourth flow cross section 12 opens into a second Storage chamber 24, which is arranged in the radial direction between the rotor shaft 4 and the second cooling channel 19, the volume of the second radial flow channel 8 to the volume of the second storage chamber 24 having a ratio of between 0.5:1 - 3:1.
  • the cover elements 10 each have an outlet channel 20 running in the axial direction, which has a flow cross section 21 which corresponds to between 50-300% of the first flow cross section 12,14 of the first or second radial fluid channel 7,8.
  • This makes it possible for the hydraulic fluid 16 to be flung out of the rotor 2 onto the end windings of the stator 2, so that the latter can be cooled accordingly, which can be clearly understood from FIG.
  • the cooling channels 18, 19 can in particular be embossed in the cover elements 10 so that machining can be dispensed with.
  • the two hydraulic paths starting from the first flow section 12 and the third flow section 14 to the respective outlet channel 20 are of essentially identical design.
  • first cooling channel 18 has a flow cross section which is between 0.5-1.5 of the first flow cross section 12 of the first radial fluid channel 7 and the second cooling channel 19 has a flow cross section which is between 0.5-1. 5 of the third flow cross section 14 of the second radial fluid channel 8 corresponds.
  • the cover elements 10 each have a chamfer 23 on their radially inner lateral surface 22, so that there is a funnel-like transition between one of the cooling channels 18,19 and the corresponding storage chamber 17,24.
  • the hydraulic channel 6 of the rotor shaft 4 also has a third radial fluid channel 25 which extends outwards in the radial direction and is arranged in the axial direction outside of the rotor body 5 in the rotor shaft 4 .
  • the third Radial fluid channel 25 is provided in particular to cool other components of electrical machine 1 .
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the rotor 3 known from FIG.
  • the cross-sectional view clearly shows that the storage chambers 17, 24 each have an outer radial contour 26 that is convex in cross-section and curves radially outward.
  • the electrical machine 1 is intended in particular for use in a hybrid or all-electric drive train 28 of a motor vehicle 27, as shown in FIG. 5 as an example.
  • a flybrid module 30 with an electric machine 1 is integrated into the drive train 28, while in the lower illustration an electric axle drive train 29 with an electric machine 1 is integrated into the drive train 28 of the corresponding motor vehicle 27.
  • first radial fluid channel 8 second radial fluid channel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1 ) umfassend einen Stator (2) und einen relativ zum Stator (2) drehbar gelagerten Rotor (3), Wobei der Rotor (3) eine Rotorwelle (4) und einen drehfest mit der Rotorwelle (4) verbundenen Rotorkörper (5) umfasst, wobei die Rotorwelle (4) einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid (16) befüllbaren Hydraulikkanal (6) aufweist, von dem aus sich ein erster Radialfluidkanal (7) ) in radialer Richtung nach Außen erstreckt, Wobei an einer axialen Stirnfläche (9) des Rotorkörpers (5), wenigstens ein ringscheibenförmiges Deckelelement (10) drehfest mit dem Rotorkörper (5) verbunden ist, und das Deckelelement (10) mit der axialen Stirnfläche (9) des Rotorkörpers (5) wenigstens einen ersten zweiseitig offenen Kühlkanal (18) ausbildet, der hydraulisch mit dem ersten Radialfluidkanal (7) koppelbar ist, so dass ein Hydraulikfluid (16) zentrifugalkraftunterstützt aus dem Hydraulikkanal (6) der Rotorwelle und in Radialrichtung durch den Radialfluidkanal (7) und den ersten Kühlkanal (18) förderbar ist.

Description

Elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle und einen drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper umfasst, wobei die Rotorwelle einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid befüllbaren Hydraulikkanal aufweist, von dem aus sich ein erster Radialfluidkanal in radialer Richtung nach Außen erstreckt, wobei an einer axialen Stirnfläche des Rotorkörpers, wenigstens ein ringscheibenförmiges Deckelelement drehfest mit dem Rotorkörper verbunden ist, und das Deckelelement mit der axialen Stirnfläche des Rotorkörpers wenigstens einen ersten zweiseitig offenen Kühlkanal ausbildet, der hydraulisch mit dem ersten Radialfluidkanal koppelbar ist, so dass ein Hydraulikfluid zentrifugalkraftunterstützt aus dem Hydraulikkanal der Rotorwelle und in Radialrichtung durch den Radialfluidkanal und den ersten Kühlkanal förderbar ist.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
In vielen derartiger Elektromobilitätsanwendungen werden permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt. Eine solche permanenterregte Synchronmaschine umfasst einen zu bestromenden Stator und einen permanenterregten Rotor. Der Rotor umfasst zumeist eine Welle, Wuchtbleche, Rotorblechpakete und Magnete. Die Magnete sind im Allgemeinen in den Rotorblechpaketen fixiert.
Die Leistung einer elektrischen Rotationsmaschine ist unter anderem abhängig von der bei Betrieb entstehenden Wärme, da mit zunehmender Wärme der Wirkungsgrad der Maschine sinkt.
Es ist weiterhin bekannt, dass in einer elektrischen Rotationsmaschine sogenannte Hotspots auftreten können. Ein Hotspot ist ein Bereich der Entstehung der größten Wärme im Rotor und/oder Stator beim Betrieb der Elektromaschine. In der Regel angewandte Maßnahmen zur Kühlung eines Rotors und Stators einer Elektromaschine sind eine Kühlung des Rotors unter Ausnutzung der Fliehkraft von radial innen durch Kühlmittel, wobei das Kühlmittel hierbei entlang der Rotor- Stirnseiten fließt, und eine Kühlung des Stators von radial außen durch ein Kühlmittel sowie eine Ableitung des Kühlmittels und damit auch der vom Kühlmittel aufgenommenen Wärme.
Aufgrund des Trends zu immer höheren Drehzahlen von elektrischen Maschinen im Bereich der Elektromobilität ist bei den Rotorstacks in der Regel ein Querpressverband erforderlich, weshalb üblicherweise keine Kühlmittelzufuhr in den Stack erfolgen kann. Die hohen Drehzahlen moderner Elektroantriebe im Fahrzeugbereich haben weiterhin zur Folge, dass sich fliehkraftbedingte Saugeffekte an den radial verlaufenden Kühlmittelkanälen einstellen, welche eine unkontrollierte Verteilung von Hydraulikfluid in dem Kühlsystem der entsprechenden elektrischen Maschine zur Folge haben kann. Diese unkontrollierte und unerwünschte Verteilung von Hydraulikfluid durch derartige Saugeffekte kann folglich zu einer nicht ausreichenden Kühlleistung in thermisch kritischen Bereichen der elektrischen Maschine führen. Dies wiederum führt zu reduzierten Wirkungsgraden der elektrischen Maschine oder gar zur thermischen Schädigung und Versagen der elektrischen Maschine.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Nachteile abzumildern oder vollständig zu beseitigen und eine elektrische Maschine bereitzustellen, welche auch bei hohen Drehzahlen eine kontrollierte und sichere Kühlung des Rotors bereitstellen kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen. Weiere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt umfasst eine elektrische Maschine einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle und einen drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper umfasst, wobei die Rotorwelle einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid befüllbaren Hydraulikkanal aufweist, von dem aus sich ein erster Radialfluidkanal in radialer Richtung nach Außen erstreckt, wobei an einer axialen Stirnfläche des Rotorkörpers, wenigstens ein ringscheibenförmiges Deckelelement drehfest mit dem Rotorkörper verbunden ist, und das Deckelelement mit der axialen Stirnfläche des Rotorkörpers wenigstens einen ersten zweiseitig offenen Kühlkanal ausbildet, der hydraulisch mit dem ersten Radialfluidkanal koppelbar ist, so dass ein Hydraulikfluid zentrifugalkraftunterstützt aus dem Hydraulikkanal der Rotorwelle und in Radialrichtung durch den Radialfluidkanal und den ersten Kühlkanal förderbar ist, wobei der erste Radialfluidkanal einen ersten Strömungsquerschnitt und einen in radialer Richtung oberhalb des ersten Strömungsabschnitts ausgebildeten zweiten Strömungsquerschnitt aufweist, wobei der erste Strömungsquerschnitt und der zweite Strömungsquerschnitt ein Verhältnis zwischen 1 : 1.5-1 :25 aufweist, wobei zwischen 5%-75%, bevorzugt zwischen 15-25% des zweiten Strömungsquerschnitts des ersten Radialfluidkanals in axialer Richtung abschnittsweise von dem Rotorkörper überdeckt ist und wobei der zweite Strömungsquerschnitt in eine erste Speicherkammer mündet, welche in radialer Richtung zwischen der Rotorwelle und dem ersten Kühlkanal angeordnet ist, wobei das Volumen des ersten Radialflusskanals zum Volumen der ersten Speicherkammer in Verhältnis zwischen 0,5:1 - 3:1 aufweist.
Durch diese Ausgestaltung des hydraulischen Kühlpfades an einem Rotor der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann das Auftreten von Saugeffekten bei hohen Drehzahlen sicher unterbunden werden.
Die abschnittsweise Überdeckung des zweiten Strömungsquerschnitts des ersten Radialfluidkanals in axialer Richtung durch den Rotorkörper kann insbesondere bei hohen Drehzahlen die Benetzung des Rotorkörpers verbessern. Die Begriffe „radial“, und „axial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Drehachse des Rotors.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist insbesondere als Radialflussmaschine konfiguriert, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
Der Stator ist der elektrischen Maschine ist bevorzugt zylindrisch aufgebaut und besteht bevorzugt aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehtest auf der Rotorwelle angeordnete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper setzt sich demnach insbesondere zusammen aus dem Rotorblechpaket sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Magnetelementen sowie ggf vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der Taschen.
Der Rotorkörper kann ein oder mehrere Rotorblechpakete, welche gelegentlich auch als Stacks bezeichnet werden, umfassen. Als Rotorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben.
Die elektrische Maschine kann des Weiteren ein Kühlsystem aufweisen. Ein Kühlsystem dient der Abfuhr der innerhalb einer elektrischen Maschine durch elektrische Verluste erzeugten Wärme. Ein derartiges Kühlsystem kann Kühlkanäle innerhalb von Rotor (Rotorkühlkanal) und/oder Stator (Statorkühlkanal) aufweisen, durch die ein entsprechendes Kühlmedium bzw. Hydraulikfluid zwecks Abtransport der Wärme geführt ist. Hierzu kann das Kühlsystem insbesondere eine oder mehrere Pumpen aufweisen, welche das Kühlmedium durch das Kühlsystem, bevorzugt in einem geschlossenen Kreislauf, bewegen.
Das Hydraulikfluid hat in der elektrischen Maschine die Funktion, Wärme möglichst effizient aus sich erwärmenden Bereichen der elektrischen Maschine abzuführen und ein unerwünschtes Überhitzen dieser Bereiche zu vermeiden. Neben dieser Hauptaufgabe kann das Hydraulikfluid insbesondere auch die Schmierung und den Korrosionsschutz für die beweglichen Teile und die Metalloberflächen des Kühlsystems der elektrischen Maschine bereitstellen. Außerdem kann es insbesondere auch Verunreinigungen (beispielsweise durch Abrieb), Wasser und Luft abführen.
Das Hydraulikfluid ist bevorzugt eine Flüssigkeit. Das Hydraulikfluid kann insbesondere ein Öl sein. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Hydraulikfluide, beispielsweise auch Emulsionen, zu verwenden.
Die elektrische Maschine kann des Weiteren bevorzugt zur Verwendung innerhalb eines Hybridmoduls für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein. In einem Hybridmodul können Bau- und Funktionselemente eines hybridisierten Antriebsstrangs räumlich und/oder baulich zusammengefasst und vorkonfiguriert sein, so dass ein Hybridmodul in einer besonders einfachen Weise in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist. Insbesondere können eine elektrische Maschine und ein Kupplungssystem, insbesondere mit einer Trennkupplung zum Einkuppeln der elektrischen Maschine in und/oder Auskuppeln der elektrischen Maschine aus dem Antriebsstrang, in einem Hybridmodul vorhanden sein.
Die elektrische Maschine kann insbesondere bevorzugt auch zur Verwendung in einem elektrischen Achsantriebsstrang innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und ein Getriebe, wobei die elektrische Maschine und das Getriebe eine bauliche Einheit bilden. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotorwelle einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid befüllbaren Hydraulikkanal aufweist, von dem aus sich der erste Radialfluidkanal und ein davon axial beabstandeter zweiter Radialfluidkanal in radialer Richtung nach Außen erstrecken, wobei an den axialen Stirnflächen des Rotorkörpers, wenigstens jeweils ein ringscheibenförmiges Deckelelement drehfest mit dem Rotorkörper verbunden ist, und das Deckelelement jeweils mit einer der axialen Stirnflächen des Rotorkörpers wenigstens einen zweiseitig offenen Kühlkanal ausbildet, der hydraulisch mit einem der Radialfluidkanäle, koppelbar ist, so dass der Rotor wenigstens einen entsprechenden ersten Kühlkanal und wenigstens einen zweiten Kühlkanal aufweist, so dass ein Hydraulikfluid zentrifugalkraftbewirkt aus dem Hydraulikkanal der Rotorwelle und in Radialrichtung durch die Radialfluidkanäle, und die Kühlkanäle, förderbar ist, wobei der zweite Radialfluidkanal einen dritten Strömungsquerschnitt und einen in radialer Richtung oberhalb des dritten Strömungsabschnitts ausgebildeten vierten Strömungsquerschnitt aufweist, wobei der dritte Strömungsquerschnitt und der vierte Strömungsquerschnitt ein Verhältnis zwischen 1 : 1.5-1 :25 aufweist und wobei zwischen 5%-75%, bevorzugt zwischen 15-25% des vierten Strömungsquerschnitts des zweiten Radialfluidkanals in axialer Richtung abschnittsweise von dem Rotorkörper überdeckt ist, und der vierte Strömungsquerschnitt in eine zweite Speicherkammer mündet, welche in radialer Richtung zwischen der Rotorwelle und dem zweiten Kühlkanal angeordnet ist, wobei das Volumen des ersten Radialflusskanals zum Volumen der ersten Speicherkammer ein Verhältnis zwischen 0,5:1 - 3:1 aufweist.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine gleichmäßige Verteilung von Hydraulikfluid zwischen den beiden hydraulischen Pfaden zur Kühlung des Rotorkörpers erzielt werden kann, da Saugeffekte durch die Konfiguration des hydraulischen Systems sicher unterbunden werden können.
Die Anzahl der Kühlkanäle zwischen einem Deckelelement und dem Rotorkörper entspricht besonders bevorzugt der Polpaarzahl, ganz besonders bevorzugt der doppelten Polpaarzahl, um eine möglichst symmetrische Kühlleistung über den Umfang des Statorkörpers zu erzielen. Die Kühlkanäle sind bevorzugt identisch ausgebildet und verlaufen entlang einer radialen, geraden Linie. Die Kühlkanäle sind ferner bevorzugt äquidistant über den Umfang des Rotorkörpers angeordnet.
Ein Deckelelement ist bevorzugt aus hochfestem Aluminium gefertigt, um eine hinreichende Festigkeit bereitstellen zu können.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Kühlkanal einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher zwischen 0,5-1 ,5 des ersten Strömungsquerschnitts des ersten Radialfluidkanals entspricht. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der zweite Kühlkanal einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher zwischen 0,5-1 ,5 des dritten Strömungsquerschnitts des zweiten Radialfluidkanals entspricht. Diese Maßnahmen unterstützen ebenfalls das Unterdrücken von unerwünscht auftretenden Saugeffekten.
Ein oder mehrere Kühlkanäle können insbesondere auf der dem Rotorkörper zugewandten Stirnfläche eines ringscheibenförmigen Deckelelements ausgebildet sein, welche besonders bevorzugt durch einen Prägeprozess in das Deckelement eingebracht sind. Die dem Rotorkörper abgewandte Stirnfläche eines ringscheibenförmigen Deckelelements kann insbesondere eben ausgebildet sein, wodurch beispielsweise die Ausbildung von Sensorfunktionen erfolgen kann, bei denen eine ebene Sensortarget-Ausbildung benötigt wird. Beispielsweise kann ein Deckelelement aus Aluminium gefertigt sein, welches in Umfangsrichtung über äquidistant angeordnete, taschenförmige Aussparungen verfügt, welche von einem Inkrementalsensor bei Drehung des Rotors erfasst und zu einem Rotorlagesignal verarbeitet werden.
Gemäß einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Deckelelemente einen in axialer Richtung verlaufenden Austrittskanal aufweist. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass axial austretendes Hydraulikfluid auf die radial oberhalb des Austrittskanals angeordneten Wickelköpfe des Stators gelenkt werden kann, welche üblicherweise thermisch stark belastet sein können und so eine verbesserte Gesamtkühlung der elektrischen Maschine erfolgen kann.
Ein Austrittskanal ist besonders bevorzugt im Wesentlichen mittig zu den im Rotorkörper vorhandenen Magnettaschen positioniert.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Austrittskanal einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher zwischen 50-300% des ersten Strömungsquerschnitts des ersten oder zweiten Radialfluidkanals, entspricht, wodurch ein unerwünschter Saugeffekt weiter unterdrückt werden kann. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Deckelelemente an seiner radial inneren Mantelfläche eine Fase aufweist, so dass ein trichterartiger Übergang zwischen einem der Kühlkanale, und der entsprechenden Speicherkammer, gegeben ist. Auch hierdurch kann eine gleichmäßige Beschickung von Hydraulikfluid an den hydraulischen Kühlpfaden des Rotors unterstützt werden, da sich gezeigt hat, dass durch einen trichterähnlichen Übergang unerwünschte Saugeffekte weiter reduziert werden können. Die Fase lenkt dabei ferner das Hydraulikfluid in Richtung des Rotorkörpers, was sich vorteilhaft auf die Kühlung auswirkt. Die Fase kann sich in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung in radialer Richtung vollständig durch eine Speicherkammer erstrecken und so eine ringförmige Speicherkammerwand ausbilden
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Rotor mit Umdrehungszahlen von bis zu 12.000-18.000 U/min betrieben wird, wobei in diesen Drehzahlbereichen das hydraulische System zur Verminderung oder Vermeidung von unerwünschten Saugeffekten besonders effizient und sicher funktioniert.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Hydraulikkanal der Rotorwelle einen sich in radialer Richtung nach Außen erstrecken dritten Radialfluidkanal aufweist, welcher in axialer Richtung außerhalb des Rotorkörpers in der Rotorwelle angeordnet ist, wodurch insbesondere eine Kühlung von weiteren Bauteilen außerhalb des Rotorkörpers innerhalb der elektrischen Maschine erfolgen kann.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass wenigstens eine der Speicherkammern, eine im Querschnitt konvexe, radial nach außen gewölbte, äußere Radialkontur aufweist, was sich ebenfalls als eine wirksame Maßnahme zur Verminderung oder Vermeidung von unerwünschten Saugeffekten herausgestellt hat. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigen
Figur 1 eine elektrische Maschine in einer Axialschnittansicht,
Figur 2 einen Rotor der elektrischen Maschine in einer Axialschnittansicht,
Figur 3 eine Detailansicht des Bereichs um eine Speicherkammer des Rotors in einer Axialschnittansicht,
Figur 4 eine Querschnittsdarstellung des Rotors, und
Figur 5 ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden und vollelektrischen
Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Die Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 umfassend einen Stator 2 und einen relativ zum Stator 2 drehbar gelagerten Rotor 3. Der Rotor 3 besitzt eine Rotorwelle 4 und einen drehfest mit der Rotorwelle 4 verbundenen Rotorkörper 5.
Wie gut aus der Figur 2 ersichtlich, weist die Rotorwelle 4 einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid 16 befüllbaren Flydraulikkanal 6 auf, von dem aus sich ein erster Radialfluidkanal 7 in radialer Richtung nach Außen erstreckt. An beiden axialen Stirnfläche 9 des Rotorkörpers 5 ist je ein ringscheibenförmiges Deckelelement 10 drehfest mit dem Rotorkörper 5 verbunden. Das Hydraulikfluid 16 ist mittels einer nicht dargestellten Flydraulikpumpe durch das nachfolgend beschriebene hydraulische System förderbar.
Das Deckelelement 10 bildet mit der axialen Stirnfläche 9 des Rotorkörpers 5 wenigstens einen ersten zweiseitig offenen Kühlkanal 18 aus, der hydraulisch mit dem ersten Radialfluidkanal 7 koppelbar ist, so dass ein Hydraulikfluid 16 zentrifugalkraftunterstützt aus dem Hydraulikkanal 6 der Rotorwelle und in Radialrichtung durch den Radialfluidkanal 7 und den ersten Kühlkanal 18 förderbar ist.
Wie in der Detailansicht der Figur 3 gezeigt, besitzt der erste Radialfluidkanal 7 einen ersten Strömungsquerschnitt 12 und einen in radialer Richtung oberhalb des ersten Strömungsabschnitts 12 ausgebildeten zweiten Strömungsquerschnitt 13. Der erste Strömungsquerschnitt 12 und der zweite Strömungsquerschnitt 13 weisen ein Verhältnis zwischen 1:1.5-1:25 auf, wobei zwischen 15-25% des zweiten Strömungsquerschnitts 13 des ersten Radialfluidkanals 7 in axialer Richtung abschnittsweise von dem Rotorkörper 5 überdeckt ist. Der zweite Strömungsquerschnitt 13 mündet in eine erste Speicherkammer 17, welche in radialer Richtung zwischen der Rotorwelle 4 und dem ersten Kühlkanal 18 angeordnet ist, wobei das Volumen des ersten Radialflusskanals 7 zum Volumen der ersten Speicherkammer 17 ein Verhältnis zwischen 0,5:1 - 3:1 aufweist.
Aus der Figur 2 ist ferner ersichtlich, dass von dem Flydraulikkanal 6 ausgehend, sich der erste Radialfluidkanal 7 und ein davon axial beabstandeter zweiter Radialfluidkanal 8 in radialer Richtung nach Außen erstrecken. Das Deckelelement 10 bildet auch hier mit der entsprechenden axialen Stirnfläche 9 des Rotorkörpers 5 wenigstens einen zweiseitig offenen Kühlkanal aus, der hydraulisch mit dem Radialfluidkanal 8 koppelbar ist, so dass der Rotor 3 wenigstens einen entsprechenden ersten Kühlkanal 18 und wenigstens einen zweiten Kühlkanal 19 aufweist.
Das Hydraulikfluid 16 ist somit zentrifugalkraftbewirkt aus dem Flydraulikkanal 6 der Rotorwelle 4 und in Radialrichtung durch die Radialfluidkanäle 7,8 und die Kühlkanäle 18,19 förderbar. Wie der erste so weist auch der zweite Radialfluidkanal 8 einen dritten Strömungsquerschnitt 14 und einen in radialer Richtung oberhalb des dritten Strömungsabschnitts 14 ausgebildeten vierten Strömungsquerschnitt 15 aufweist, wobei der dritte Strömungsquerschnitt 14 und der vierte Strömungsquerschnitt 15 ein Verhältnis zwischen 1:1.5-1:25 aufweist und wobei zwischen 15-25%, des vierten Strömungsquerschnitts 15 des zweiten Radialfluidkanals 8 in axialer Richtung abschnittsweise von dem Rotorkörper 5 überdeckt ist. Der vierte Strömungsquerschnitt 12 mündet in eine zweite Speicherkammer 24, welche in radialer Richtung zwischen der Rotorwelle 4 und dem zweiten Kühlkanal 19 angeordnet ist, wobei das Volumen des zweiten Radialflusskanals 8 zum Volumen der zweiten Speicherkammer 24 ein Verhältnis zwischen 0,5:1 - 3:1 aufweist.
Die Deckelelemente 10 besitzen jeweils einen in axialer Richtung verlaufenden Austrittskanal 20, weicher einen Strömungsquerschnitt 21 aufweist, der zwischen 50-300% des ersten Strömungsquerschnitts 12,14 des ersten oder zweiten Radialfluidkanals 7,8 entspricht. Hierdurch ist es ermöglicht, dass das Hydraulikfluid 16 aus dem Rotor 2 auf die Wickelköpfe des Stators 2 geschleudert wird, und diese so entsprechend gekühlt werden können, was gut anhand der Figur 1 nachvollzogen werden kann. Die Kühlkanäle 18,19 können insbesondere in die Deckelelemente 10 eingeprägt sein, so dass auf eine spanende Fertigung verzichtet werden kann.
Wie aus der Figur 2 gut ersichtlich ist, sind die beiden hydraulischen Pfade ausgehend von dem ersten Strömungsabschnitt 12 und dem dritten Strömungsabschnitt 14 zum jeweiligen Austrittskanal 20 im Wesentlichen identisch ausgebildet.
Der Figur 3 ist auch gut entnehmbar, dass der erste Kühlkanal 18 einen Strömungsquerschnitt aufweist, weicherzwischen 0,5-1, 5 des ersten Strömungsquerschnitts 12 des ersten Radialfluidkanals 7 und der zweite Kühlkanal 19 einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher zwischen 0,5-1 ,5 des dritten Strömungsquerschnitts 14 des zweiten Radialfluidkanals 8 entspricht.
Die Deckelelemente 10 weisen jeweils an ihrer radial inneren Mantelfläche 22 eine Fase 23 auf, so dass ein trichterartiger Übergang zwischen einem der Kühlkanale 18,19 und der entsprechenden Speicherkammer 17,24 gegeben ist.
Der Hydraulikkanal 6 der Rotorwelle 4 besitzt ferner einen sich in radialer Richtung nach Außen erstrecken dritten Radialfluidkanal 25, welcher in axialer Richtung außerhalb des Rotorkörpers 5 in der Rotorwelle 4 angeordnet ist. Der dritte Radialfluidkanal 25 ist insbesondere dazu vorgesehen andere Bauteile der elektrischen Maschine 1 zu kühlen.
Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht des aus der Figur 2 bekannten Rotors 3. Man erkennt vier um 90° in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete, radial von der Rotorwelle 4 nach außen verlaufende Kühlkanäle 18,19, welche jeweils in einem Austrittskanal 20 münden. Man erkennt anhand der Querschnittsansicht gut, dass die Speicherkammern 17,24 jeweils eine im Querschnitt konvexe, radial nach außen gewölbte, äußere Radialkontur 26 aufweisen.
Die elektrische Maschine 1 ist insbesondere vorgesehen zur Verwendung in einem hybriden oder vollelektrischen Antriebsstrang 28 eines Kraftfahrzeugs 27, wie es in der Figur 5 exemplarisch gezeigt ist. In der oberen Abbildung der Figur 5 ist ein Flybridmodul 30 mit einer elektrischen Maschine 1 in den Antriebsstrang 28 integriert, währen in der unteren Abbildung ein elektrischer Achsantriebsstrang 29 mit einer elektrischen Maschine 1 in den Antriebsstrang 28 des entsprechenden Kraftfahrzeugs 27 integriert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste
1 elektrische Maschine
2 Stator 3 Rotor
4 Rotorwelle
5 Rotorkörper
6 Hydraulikkanal
7 erster Radialfluidkanal 8 zweiter Radialfluidkanal
9 Stirnfläche
10 Deckelelement
12 erster Strömungsquerschnitt
13 zweiter Strömungsquerschnitt 14 dritter Strömungsquerschnitt
15 vierter Strömungsquerschnitt
16 Hydraulikfluid
17 erste Speicherkammer
18 erster Kühlkanal 19 zweiter Kühlkanal
20 Austrittskanal
21 Strömungsquerschnitt
22 Mantelfläche
23 Fase 24 zweite Speicherkammer
25 dritter Radialfluidkanal
26 Radialkontur
27 Kraftfahrzeug
28 Antriebsstrang 29 elektrischer Achsantriebsstrang
30 Hybridmodul

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (1 ) umfassend einen Stator (2) und einen relativ zum Stator (2) drehbar gelagerten Rotor (3), wobei der Rotor (3) eine Rotorwelle (4) und einen drehtest mit der Rotorwelle (4) verbundenen Rotorkörper (5) umfasst, wobei die Rotorwelle (4) einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid (16) befüllbaren Hydraulikkanal (6) aufweist, von dem aus sich ein erster Radialfluidkanal (7) in radialer Richtung nach Außen erstreckt, wobei an einer axialen Stirnfläche (9) des Rotorkörpers (5), wenigstens ein ringscheibenförmiges Deckelelement (10) drehtest mit dem Rotorkörper (5) verbunden ist, und das Deckelelement (10) mit der axialen Stirnfläche (9) des Rotorkörpers (5) wenigstens einen ersten zweiseitig offenen Kühlkanal (18) ausbildet, der hydraulisch mit dem ersten Radialfluidkanal (7) koppelbar ist, so dass ein Hydraulikfluid (16) zentrifugalkraftunterstützt aus dem Hydraulikkanal (6) der Rotorwelle und in Radialrichtung durch den Radialfluidkanal (7) und den ersten Kühlkanal (18) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radialfluidkanal (7) einen ersten Strömungsquerschnitt (12) und einen in radialer Richtung oberhalb des ersten Strömungsabschnitts (12) ausgebildeten zweiten Strömungsquerschnitt (13) aufweist, wobei der erste Strömungsquerschnitt (12) und der zweite Strömungsquerschnitt (13) ein Verhältnis zwischen 1:1.5-1:25 aufweist, wobei zwischen 5%-75%, bevorzugt zwischen 15-25% des zweiten Strömungsquerschnitts (13) des ersten Radialfluidkanals (7) in axialer Richtung abschnittsweise von dem Rotorkörper (5) überdeckt ist und wobei der zweite Strömungsquerschnitt (13) in eine erste Speicherkammer (17) mündet, welche in radialer Richtung zwischen der Rotorwelle (4) und dem ersten Kühlkanal (18) angeordnet ist, wobei das Volumen des ersten Radialflusskanals 7 zum Volumen der ersten Speicherkammer 17 ein Verhältnis zwischen 0,5:1 - 3:1 aufweist.
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) einen sich in Axialrichtung erstreckenden mit einem Hydraulikfluid (16) befüllbaren Hydraulikkanal (6) aufweist, von dem aus sich der erste Radialfluidkanal (7) und ein davon axial beabstandeter zweiter Radialfluidkanal (8) in radialer Richtung nach Außen erstrecken, wobei an den axialen Stirnflächen (9) des Rotorkörpers (5), wenigstens jeweils ein ringscheibenförmiges Deckelelement (10) drehfest mit dem Rotorkörper (5) verbunden ist, und das Deckelelement (10) jeweils mit einer der axialen Stirnflächen (9) des Rotorkörpers (5) wenigstens einen zweiseitig offenen Kühlkanal (19) ausbildet, der hydraulisch mit einem der Radialfluidkanäle (7,8) koppelbar ist, so dass der Rotor (3) wenigstens einen entsprechenden ersten Kühlkanal (18) und wenigstens einen zweiten Kühlkanal (19) aufweist, so dass ein Hydraulikfluid (16) zentrifugalkraftbewirkt aus dem Hydraulikkanal (6) der Rotorwelle und in Radialrichtung durch die Radialfluidkanäle (7,8) und die Kühlkanäle (18,19) förderbar ist, wobei der zweite Radialfluidkanal (8) einen dritten Strömungsquerschnitt (14) und einen in radialer Richtung oberhalb des dritten Strömungsabschnitts (14) ausgebildeten vierten Strömungsquerschnitt (15) aufweist, wobei der dritte Strömungsquerschnitt (14) und der vierte Strömungsquerschnitt (15) ein Verhältnis zwischen 1:1.5-1:25 aufweist und wobei zwischen 5%-75%, bevorzugt zwischen 15-25%, des vierten Strömungsquerschnitts (15) des zweiten Radialfluidkanals (8) in axialer Richtung abschnittsweise von dem Rotorkörper (5) überdeckt ist, und der vierte Strömungsquerschnitt (12) in eine zweite Speicherkammer (24) mündet, welche in radialer Richtung zwischen der Rotorwelle (4) und dem zweiten Kühlkanal (19) angeordnet ist, wobei das Volumen des zweiten Radialflusskanals 8 zum Volumen der zweiten Speicherkammer 24 ein Verhältnis zwischen 0,5:1 - 3:1 aufweist.
3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanal (19) einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher zwischen 0,5-1, 5 des dritten Strömungsquerschnitts (14) des zweiten Radialfluidkanals (8) entspricht.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (18) einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher zwischen 0,5-1, 5 des ersten Strömungsquerschnitts (12) des ersten Radialfluidkanals (7) entspricht.
5. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Deckelelemente (10) einen in axialer Richtung verlaufenden Austrittskanal (20) aufweist.
6. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (20) einen Strömungsquerschnitt (21) aufweist, welcher zwischen 50-300% des ersten Strömungsquerschnitts (12,14) des ersten oder zweiten Radialfluidkanals (7,8) entspricht.
7. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Deckelelemente (10) an seiner radial inneren Mantelfläche (22) eine Fase (23) aufweist, so dass ein trichterartiger Übergang zwischen einem der Kühlkanale (18,19) und der entsprechenden Speicherkammer (17,24) gegeben ist.
8. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) mit Umdrehungszahlen von bis zu 12.000-18.000 U/min betrieben wird.
9. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkanal (6) der Rotorwelle (4) einen sich in radialer Richtung nach Außen erstrecken dritten Radialfluidkanal (25) aufweist, welcher in axialer Richtung außerhalb des Rotorkörpers (5) in der Rotorwelle (4) angeordnet ist.
10. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Speicherkammern (17,24) eine im Querschnitt konvexe, radial nach außen gewölbte, äußere Radialkontur (26) aufweist.
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