EP4454109A1 - Rotor für eine elektrische maschine mit einem umlenkkörper für kühlmittel - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine mit einem umlenkkörper für kühlmittel

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Publication number
EP4454109A1
EP4454109A1 EP22835006.2A EP22835006A EP4454109A1 EP 4454109 A1 EP4454109 A1 EP 4454109A1 EP 22835006 A EP22835006 A EP 22835006A EP 4454109 A1 EP4454109 A1 EP 4454109A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
end plate
deflection
deflection surface
coolant
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22835006.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Siepker
Regina Bach
Christoph Wieczorek
Nico Wolf
Alexander Schlereth
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Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo eAutomotive Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4454109A1 publication Critical patent/EP4454109A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
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    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/05—Cooling
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electric machine, an electric machine with a rotor and a vehicle with an electric machine.
  • the rotor has a rotor shaft and a laminated core formed from stacked electrical laminations and arranged on the rotor shaft.
  • the rotor belongs together with a stator to an electrical machine.
  • Electric machines of this type are increasingly being used in electrically powered vehicles and hybrid vehicles, primarily as an electric motor for driving a wheel or an axle of such a vehicle.
  • Such an electric motor is usually mechanically coupled to a gear for speed adjustment.
  • the electric motor is usually electrically coupled to an inverter, which generates an AC voltage for the operation of the electric motor, for example a polyphase AC voltage, from a DC voltage supplied by a battery.
  • the rotor In a certain type of electrically excited synchronous motor (EESM), the rotor has rotor windings which are supplied with direct current in order to generate an exciting magnetic field. If a rotating field is generated with the stator windings of an associated stator, this causes a force to act on the rotor, so that it rotates synchronously with the rotating field of the stator. However, the rotor windings are heated up considerably in the process, so that cooling is necessary. The cooling can take place, for example, by spraying liquid coolant (for example oil) onto the axial sides of the rotor. However, the coolant hitting the rotor axially can foam up, so that this type of cooling is not very effective. Furthermore, the coolant hitting the rotor axially can bounce off the rotor or be reflected in the opposite direction, which further impairs the cooling effect.
  • liquid coolant for example oil
  • the invention is therefore based on the object of specifying a rotor for an electrical machine which can be better cooled during operation of the electrical machine.
  • the rotor according to the invention comprises a laminated core arranged on a rotor shaft with a plurality of stacked electrical laminations, a first end plate arranged on one axial side of the laminated core with radial projections arranged along its circumference, a second end plate arranged on the opposite axial side of the laminated core with radial projections arranged along its circumference , a plurality of rotor windings each wound around a projection of the first endplate and an axially opposite projection of the second endplate, and a baffle disposed on the first endplate and having a baffle shaped to impart a radial component of motion to impinging coolant.
  • the deflection surface ensures that coolant sprayed axially onto the rotor is deflected onto the end turns of the rotor windings instead of foaming up or bouncing off the rotor axially.
  • the deflection surface means that the coolant hits the end turns at an acute angle. A nearly perpendicular (perpendicular) impingement of the liquid coolant, which can cause the coolant to foam however prevented.
  • the coolant is heated by contact with the end turns and removes the heat from the rotor as it is thrown from the rotor by centrifugal force.
  • the coolant thrown from the rotor can be collected in a coolant sump and then pumped through a cooling circuit so that it gets back to the rotor.
  • the deflection body can be arranged on the axial side or the axial outside of the first end plate.
  • the electrical machine can be, for example, an electrically excited synchronous motor (EESM).
  • a development of the invention provides that the deflection body and preferably also the deflection surface is or are ring-shaped. In this configuration, coolant impinging on the deflection body is deflected in the radial direction independently of the instantaneous angle of rotation of the rotor. In this way, continuous cooling of the rotor by the coolant is ensured.
  • the deflection body is formed integrally or in one piece with the end plate. As a result, the number of individual parts of the rotor and its assembly costs can be reduced.
  • the deflection body can be connected to the end plate as a separate component.
  • the rotor can be provided with an end cap axially seated on the first end plate.
  • the end cap can be ring-shaped, with a central opening through which the rotor shaft runs and the deflection body and the winding overhangs are accessible.
  • the end plate can stabilize the rotor, while coolant can still reach the end turns of the rotor windings through the opening.
  • the end plate preferably has an annular opening in the region of the rotor windings for the coolant that is deflected by the deflection surface.
  • the opening exposes the rotor windings, allowing the redirected coolant to reach the rotor windings.
  • the deflection body has a guide element which is spaced radially outwards from the deflection surface and which extends approximately in the radial direction at least in sections.
  • the coolant can then flow through a passage between the deflection surface and the guide element.
  • the guide element causes coolant that has bounced off the deflection surface to be deflected to the axial side of the laminated core or to the end turns.
  • a radially inner section of the guide element runs at least approximately parallel to the deflection surface. In this way, the section and the deflection surface form a curved channel for the impinging coolant, to which the radial movement component is imparted.
  • An embodiment of the invention can provide that the guide element extends further outwards in the radial direction than the deflection surface. This ensures that the coolant is deflected to the axial side of the lamination stack or the rotor windings.
  • a plurality of ribs which connect the deflection surface to the guide element, can be present between the guide element and the deflection surface.
  • the ribs can be narrow and extend in the radial direction in order to impair the flow of the coolant between the deflection surface and the guide element as little as possible.
  • the deflection body can be designed in one piece with the guide element and the ribs.
  • the number of ribs preferably corresponds to the number of poles (number of poles) of the rotor. Alternatively, the number of ribs can differ from the number of poles.
  • the radial ribs are preferably positioned circumferentially to face a clearance formed between two adjacent rotor windings. Accordingly, the rotor windings are not covered by the ribs, allowing coolant to impinge unimpeded on the rotor windings.
  • a particularly good cooling of the rotor can be achieved by arranging a further deflection body corresponding to the deflection body described on the second end plate.
  • the winding overhangs of the rotor windings arranged on the second end plate can also be optimally cooled, so that an overall better cooling effect is achieved.
  • coolant can also be sprayed or squirted onto the further deflection body.
  • the components of the rotor required for cooling can thus be designed symmetrically.
  • the invention relates to an electrical machine with a rotor of the type described and a stator which surrounds the rotor.
  • the rotor can rotate relative to the stator.
  • the stator can have a further laminated core (stator core), which is formed from stacked electrical laminations.
  • stator can have windings of electrical conductors, for example in the form of coil windings or flat wire windings.
  • the electrical machine can preferably additionally have a nozzle which is directed onto the deflection surface of the deflection body.
  • the nozzle can be firmly connected to the stator, for example by the nozzle being attached to a housing of the electrical machine.
  • the invention relates to a vehicle with such an electric machine, which is provided for driving the vehicle.
  • the machine can drive a wheel or an axle of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a part of a rotor according to the invention
  • Fig. 2 is an axial view of the rotor shown in Fig. 1, and
  • FIG. 3 shows a vehicle according to the invention with an electric machine.
  • the rotor 1 according to the invention shown in FIG. 1 in a sectional side view and in FIG. 2 in a view in the axial direction, is provided for an electrical machine which is used as an electric motor for driving a vehicle.
  • the rotor 1 comprises a cylindrical laminated core 2 formed from stacked electrical laminations, which encloses a rotor shaft 3 in a positive and/or non-positive manner.
  • the electrical sheets can be stamped parts of identical design.
  • the laminated core 2 has a plurality of laminated core projections which protrude radially outwards and which are referred to as “teeth” and are each widened in the circumferential direction at their ends.
  • a first end plate 5 is located on a first axial side of the laminated core 2. There is a second end plate 6 on the opposite second axial side of the laminated core 2.
  • the end plates 5, 6 have an aluminum core which is encapsulated with plastic.
  • the end plates may be made of an electrically non-conductive material, such as plastic.
  • the end plates 5, 6 have radial end plate projections 7, 8 (also "plate extensions"), which are widened at their ends in the circumferential direction.
  • radial end plate projections 7, 8 also "plate extensions"
  • rotor windings 9 comprising enamelled copper wire.
  • an intermediate space 17 which is covered by a pole separator 10 on the outside.
  • the intermediate space 17 can be filled with a casting compound with which the rotor windings 9 are cast.
  • an axial cooling channel can run in the intermediate space 17 .
  • the deflection body 11 is firmly connected to the rotor shaft 3 and/or the end plate 5 .
  • the deflection body 11 can be attached to the rotor shaft 3 with a press fit.
  • the end plate can be designed in one piece with the deflection body.
  • a concave deflection surface 12 is located on an outside of the deflection body 11. The curvature extends approximately over a quarter of a circle.
  • the arrows symbolize coolant that is first sprayed through a nozzle 12 onto the deflection surface 12 of the deflection body 11 .
  • the coolant is deflected at the deflection surface 12 in accordance with the law “angle of incidence equals angle of reflection” in such a way that it is given a radial movement component.
  • coolant that hits the deflection surface 12 is reflected radially outwards, so that it wets the winding overhangs of the rotor windings 9 . Due to the centrifugal force, the coolant can then run off the end turns radially outwards and leave the rotor 1 at the end plate projection 7 .
  • the rotor 1 can be provided with an end cap (not shown) sitting axially on the end plate 5 .
  • the end cap can be ring-shaped, with a central opening through which the rotor shaft 3 runs and the deflection body 11 and the end windings are accessible.
  • the end plate can stabilize the rotor 1, with coolant still getting to the end turns of the rotor windings 9 through the opening.
  • an annular opening is formed between the outer portion of the end plate 5 and the inner portion of the end plate 5 arranged directly on the rotor shaft 3, which opens the rotor windings 9 on which the coolant impinges.
  • the coolant impinging on the rotor windings 9 is heated by contact with the rotor windings 9 and removes this heat from the rotor windings 9 as it leaves the rotor 1 .
  • the deflection body 11 has a guide element 15 spaced radially outwards from the deflection surface 12 .
  • the guide element 15 is connected to the deflection surface 12 using a plurality of ribs 16 .
  • FIG. 2 it can be seen that there are a total of eight such ribs 16 distributed over the circumference.
  • the ribs 16 extending in the radial direction are each arranged on a free space 17 in the circumferential direction. This ensures that the ribs 16 do not impair the cooling of the rotor windings 9, so that the coolant can impinge on the rotor windings without any problems.
  • the guide element 15 has a radially inner section 18 which, like the deflection surface 12, is curved.
  • the inner surface of the guide element 15 and the deflection surface 12 thus run almost parallel, with a passage for the coolant being formed in between.
  • the radially inner section 18 of the guide element 15 is adjoined by a radially outer section 19 of the guide element 15 which runs approximately radially but is slightly inclined in the direction of the rotor windings 9 .
  • the nozzle 20 is attached to the housing of the electrical machine, so that the nozzle 20 is firmly connected to the stator of the electrical machine. the nozzle 20 is directed towards the deflection surface 12 of the deflection body 11 , so that coolant can be sprayed onto the deflection surface 11 with the nozzle 20 .
  • a further deflection body 11 corresponding to the deflection body 11 is arranged on the opposite end plate, so that the rotor windings 9 can be cooled in the same way on both axial sides of the laminated core 2 .
  • FIG. 3 shows a vehicle 21 with an electric machine 22 which is used to drive the vehicle 21 .
  • the electrical machine 22 has a housing 23 in which the rotor 1 according to the invention and a stator 24 which surrounds the rotor 1 are accommodated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (22), umfassend eine Rotorwelle (3), ein auf der Rotorwelle (3) angeordnetes Blechpaket (2) mit einer Mehrzahl gestapelter Elektrobleche, eine an einer Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (5) mit entlang ihres Umfanges angeordneten radialen Endplattenvorsprüngen (7), eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (6) mit entlang ihres Umfanges angeordneten radialen Endplattenvorsprüngen (8), mehrere Rotorwicklungen (9), die jeweils um einen Endplattenvorsprung (7) der ersten Endplatte (5) und einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung (8) der zweiten Endplatte (6) gewunden sind, und wenigstens einen an einer Axialseite der Endplatte (5, 6) angeordneten Umlenkkörper (11) mit einer Umlenkfläche (12), die so geformt ist, dass auftreffendem Kühlmittel eine radiale Bewegungskomponente verliehen wird. Daneben werden ein Verfahren zur Herstellung des Rotors (1), eine elektrische Maschine (22) mit dem Rotor (1) und ein Fahrzeug (21) mit der elektrischen Maschine (22) beschrieben.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Umlenkkörper für Kühlmittel
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem Rotor und ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
Der Rotor weist eine Rotorwelle und ein auf der Rotorwelle angeordnetes, aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket auf. Der Rotor gehört gemeinsam mit einem Stator zu einer elektrischen Maschine.
Elektrische Maschinen dieser Art werden in zunehmendem Maße in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet, überwiegend als Elektromotor für den Antrieb eines Rads oder einer Achse eines derartigen Fahrzeugs.
Ein solcher Elektromotor ist zumeist mechanisch mit einem Getriebe zur Drehzahlanpassung gekoppelt. Daneben ist der Elektromotor in der Regel elektrisch mit einem Wechselrichter gekoppelt, der aus einer von einer Batterie gelieferten Gleichspannung eine Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors erzeugt, beispielsweise eine mehrphasige Wechselspannung.
Es ist auch möglich, eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor als Generator zur Rekuperation von Bewegungsenergie eines Fahrzeugs zu betreiben. Hierzu wird die Bewegungsenergie zunächst in elektrische Energie und dann in chemische Energie einer Fahrzeugbatterie umgewandelt.
Bei einer bestimmten Bauart von elektrisch erregten Synchronmotoren (EESM) besitzt der Rotor Rotorwicklungen, die mit Gleichstrom gespeist werden, um ein magnetisches Erregerfeld zu erzeugen. Wenn mit den Statorwicklungen eines zugehörigen Stators ein Drehfeld erzeugt wird, bewirkt das eine Kraftwirkung auf den Rotor, sodass dieser synchron zum Statordrehfeld rotiert. Die Rotorwicklungen werden dabei allerdings stark erwärmt, so dass eine Kühlung erforderlich ist. Die Kühlung kann beispielsweise durch Aufsprühen von flüssigem Kühlmittel (zum Beispiel Öl) auf die Axialseiten des Rotors erfolgen. Allerdings kann das axial auf den Rotor auftreffende Kühlmittel aufschäumen, so dass diese Art der Kühlung nur wenig effektiv ist. Ferner kann das axial auf den Rotor auftreffende Kühlmittel von dem Rotor in die Gegenrichtung abprallen beziehungsweise reflektiert werden, was die Kühlwirkung weiter verschlechtert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, der während des Betriebs der elektrischen Maschine besser gekühlt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Rotor umfasst ein auf einer Rotorwelle angeordnetes Blechpaket mit einer Mehrzahl gestapelter Elektrobleche, eine an einer Axialseite des Blechpakets angeordnete erste Endplatte mit entlang ihres Umfanges angeordneten radialen Vorsprüngen, eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets angeordnete zweite Endplatte mit entlang ihres Umfanges angeordneten radialen Vorsprüngen, mehrere Rotorwicklungen, die jeweils um einen Vorsprung der ersten Endplatte und einen axial gegenüberliegenden Vorsprung der zweiten Endplatte gewunden sind, und einen an der ersten Endplatte angeordneten Umlenkkörper mit einer Umlenkfläche, die so geformt ist, dass auftreffendem Kühlmittel eine radiale Bewegungskomponente verliehen wird.
Mit der Umlenkfläche wird sichergestellt, dass axial auf den Rotor gesprühtes Kühlmittel auf die Wicklungsköpfe der Rotorwicklungen umgelenkt wird, anstatt aufzuschäumen oder axial von dem Rotor abzuprallen. Insbesondere führt die Umlenkfläche dazu, dass das Kühlmittel in einem spitzen Winkel auf die Wicklungsköpfe auftrifft. Ein nahezu senkrechtes (rechtwinkliges) Auftreffen des flüssigen Kühlmittels, das ein Aufschäumen des Kühlmittels bewirken kann, wird hingegen verhindert. Durch den Kontakt mit den Wicklungsköpfen wird das Kühlmittel erwärmt und führt die Wärme von dem Rotor ab, sobald es durch die Zentrifugalkraft von dem Rotor weggeschleudert wird. Das von dem Rotor weggeschleuderte Kühlmittel kann in einem Kühlmittelsumpf gesammelt und anschließend durch einen Kühlkreislauf gepumpt werden, so dass es wieder zum Rotor gelangt.
Der Umlenkkörper kann an der Axialseite beziehungsweisen axialen Außenseite der ersten Endplatte angeordnet sein. Bei der elektrischen Maschine kann es sich zum Beispiel um einen elektrisch erregten Synchronmotor (EESM) handeln.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Umlenkkörper und vorzugsweise auch die Umlenkfläche ringförmig ausgebildet ist beziehungsweise sind. Bei dieser Ausgestaltung wird auf den Umlenkkörper auftreffendes Kühlmittel unabhängig von dem momentanen Drehwinkel des Rotors in Radialrichtung umgelenkt. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Kühlung des Rotors durch das Kühlmittel sichergestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der Umlenkkörper integral beziehungsweise einstückig mit der Endplatte ausgebildet ist. Dadurch können die Anzahl der Einzelteile des Rotors und dessen Montageaufwand verringert werden. Alternativ kann der Umlenkkörper als separates Bauteil mit der Endplatte verbunden sein.
Optional kann der Rotor mit einer axial auf der ersten Endplatte sitzenden Endkappe versehen sein. Die Endkappe kann ringförmig ausgebildet sein, mit einer zentralen Öffnung, durch welche die Rotorwelle verläuft und der Umlenkkörper und sowie die Wicklungsköpfe zugänglich sind. Die Endplatte kann den Rotor stabilisieren, wobei durch die Öffnung trotzdem Kühlmittel zu den Wicklungsköpfen der Rotorwicklungen gelangt.
Vorzugsweise weist die Endplatte im Bereich der Rotorwicklungen eine ringförmige Öffnung für das von der Umlenkfläche umgelenkte Kühlmittel auf. Durch die Öffnung werden die Rotorwicklungen freigelegt, so dass das umgelenkte Kühlmittel zu den Rotorwicklungen gelangt.
Im Rahmen der Erfindung kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Umlenkkörper ein von der Umlenkfläche radial nach außen beabstandetes Führungselement aufweist, das sich zumindest abschnittsweise näherungsweise in Radialrichtung erstreckt. Das Kühlmittel kann dann durch eine Passage zwischen der Umlenkfläche und dem Führungselement strömen. Das Führungselement bewirkt, dass von der Umlenkfläche abgepralltes Kühlmittel zur Axialseite des Blechpakets beziehungsweise zu den Wicklungsköpfen abgelenkt wird.
Es wird ferner bevorzugt, dass ein radial innerer Abschnitt des Führungselementes zumindest näherungsweise parallel zu der Umlenkfläche verläuft. Der Abschnitt und die Umlenkfläche bilden auf diese Weise einen gebogenen Kanal für das auftreffende Kühlmittel, dem die radiale Bewegungskomponente verliehen wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass sich das Führungselement in Radialrichtung weiter nach außen als die Umlenkfläche erstreckt. Das stellt sicher, dass das Kühlmittel zu der Axialseite des Blechpakets beziehungsweise den Rotorwicklungen abgelenkt wird.
Zwischen dem Führungselement und der Umlenkfläche kann eine Mehrzahl von Rippen vorhanden sein, welche die Umlenkfläche mit dem Führungselement verbinden. Die Rippen können schmal ausgebildet sein und sich in Radialrichtung erstrecken, um die Strömung des Kühlmittels zwischen der Umlenkfläche und dem Führungselement möglichst wenig zu beeinträchtigen. Optional kann der Umlenkkörper mit dem Führungselement und den Rippen einstückig ausgebildet sein. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Rippen der Anzahl der Pole (Polzahl) des Rotors. Alternativ kann die Anzahl der Rippen von der Polzahl abweichen.
Die radialen Rippen sind vorzugsweise in Umfangsrichtung so positioniert, dass sie einem zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen gebildeten Freiraum gegenüberliegen. Dementsprechend sind die Rotorwicklungen nicht von den Rippen verdeckt, so dass Kühlmittel ungehindert auf die Rotorwicklungen auftreffen kann.
Eine ganz besonders gute Kühlung des Rotors kann erzielt werden, indem an der zweiten Endplatte ein dem beschriebenen Umlenkkörper entsprechender weiterer Umlenkkörper angeordnet ist. Dadurch können die an der zweiten Endplatte angeordneten Wicklungsköpfe der Rotorwicklungen ebenfalls optimal gekühlt werden, so dass insgesamt eine bessere Kühlwirkung erzielt wird. Dazu kann Kühlmittel auch auf den weiteren Umlenkkörper gesprüht beziehungsweise gespritzt werden. Die für die Kühlung erforderlichen Komponenten des Rotors können somit symmetrisch ausgebildet sein.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor der beschriebenen Art und einem Stator, der den Rotor umgibt. Der Rotor ist gegenüber dem Stator drehbar. Der Stator kann ein weiteres Blechpaket (Statorpaket) aufweisen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist.
Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter besitzen, zum Beispiel in Form von Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen.
Vorzugsweise kann die elektrische Maschine zusätzlich eine Düse aufweisen, die auf die Umlenkfläche des Umlenkkörpers gerichtet ist. Die Düse kann fest mit dem Stator verbunden sein, beispielsweise indem die Düse an einem Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Maschine kann insbesondere ein Rad oder eine Achse des Fahrzeugs antreiben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Rotors,
Fig. 2 eine nsicht des in Fig. 1 gezeigten Rotors in Axialrichtung, und
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
Der in Figur 1 in einer geschnittenen Seitenansicht und in Figur 2 in einer Ansicht in Axialrichtung gezeigte erfindungsgemäße Rotor 1 ist für eine elektrische Maschine vorgesehen, die als Elektromotor zum Antreiben eines Fahrzeugs eingesetzt wird.
Der Rotor 1 umfasst ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes zylinderförmiges Blechpaket 2, das eine Rotorwelle 3 form- und/oder kraftschlüssig umschließt. Bei den Elektroblechen kann es sich um identisch ausgebildete Stanzteile handeln. Das Blechpaket 2 weist mehrere radial nach außen abstehende Blechpaketvorsprünge auf, die als „Zähne“ bezeichnet werden und an ihren Enden jeweils in Umfangsrichtung verbreitert sind.
An einer ersten Axialseite des Blechpakets 2 befindet sich eine erste Endplatte 5. An der entgegengesetzten zweiten Axialseite des Blechpakets 2 befindet sich eine zweite Endplatte 6. Die Endplatten 5, 6 weisen einen Aluminiumkern auf, der mit Kunststoff umspritzt ist. Alternativ können die Endplatten aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff hergestellt sein, zum Beispiel aus Kunststoff.
Die Endplatten 5, 6 besitzen radiale Endplattenvorsprünge 7, 8 (auch „Plattenfortsätze“), die an ihren Enden jeweils in Umfangsrichtung verbreitert sind. Um die Endplattenvorsprünge 7, 8 sind mehrere Rotorwicklungen 9 gewunden, die lackierten Kupferdraht aufweisen.
Zwischen benachbarten Rotorwicklungen 9 befindet sich jeweils ein Zwischenraum 17, der nach außen von einem Poltrenner 10 abgedeckt ist. Der Zwischenraum 17 kann mit einer Vergussmasse gefüllt sein, mit der die Rotorwicklungen 9 vergossen sind. Optional kann in dem Zwischenraum 17 ein axialer Kühlkanal verlaufen.
An der in Figur 1 linken Axialseite des Rotors 1 wird die Rotorwelle 3 von einem ringförmigen Umlenkkörper 11 umschlossen, welcher an der Endplatte 5 anliegt. Der Umlenkkörper 11 ist fest mit der Rotorwelle 3 und/oder der Endplatte 5 verbunden. Insbesondere kann der Umlenkköper 11 mit einer Presspassung an der Rotorwelle 3 befestigt sein. Optional kann die Endplatte mit dem Umlenkkörper einstückig ausgebildet sein. An einer Außenseite des Umlenkkörpers 11 befindet sich eine konkav gewölbte Umlenkfläche 12. Die Wölbung erstreckt sich etwa über einen Viertelkreis.
Die Pfeile symbolisieren Kühlmittel, das zunächst durch eine Düse 12 auf die Umlenkfläche 12 des Umlenkkörpers 11 gespritzt wird. Das Kühlmittel wird an der Umlenkfläche 12 entsprechend der Gesetzmäßigkeit „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel“ so abgelenkt, dass ihm eine radiale Bewegungskomponente verliehen wird.
Dementsprechend wird auf die Umlenkfläche 12 aufgetroffenes Kühlmittel radial nach außen reflektiert, so dass es die Wicklungsköpfe der Rotorwicklungen 9 benetzt. Aufgrund der Fliehkraft kann das Kühlmittel danach radial nach außen von den Wicklungsköpfen ablaufen und den Rotor 1 am Endplattenvorsprung 7 verlassen.
Optional kann der Rotor 1 mit einer axial auf der Endplatte 5 sitzenden Endkappe (nicht gezeigt) versehen sein. Die Endkappe kann ringförmig ausgebildet sein, mit einer zentralen Öffnung, durch welche die Rotorwelle 3 verläuft und der Umlenkkörper 11 und sowie die Wicklungsköpfe zugänglich sind. Die Endplatte kann den Rotor 1 stabilisieren, wobei durch die Öffnung trotzdem Kühlmittel zu den Wicklungsköpfen der Rotorwicklungen 9 gelangt.
Im vorliegenden Fall ist zwischen dem äußeren Abschnitt der Endplatte 5 und dem unmittelbar an der Rotorwelle 3 angeordneten inneren Abschnitt der Endplatte 5 eine ringförmige Öffnung gebildet, welche die Rotorwicklungen 9 freilegt, auf welche das Kühlmittel auftrifft. Das auf die Rotorwicklungen 9 auftreffende Kühlmittel wird durch den Kontakt mit den Rotorwicklungen 9 erwärmt und führt diese Wärme von den Rotorwicklungen 9 ab, wenn es den Rotor 1 verlässt.
Der Umlenkkörper 11 weist ein von der Umlenkfläche 12 radial nach außen beabstandetes Führungselement 15 auf. Das Führungselement 15 unter Verwendung mehrerer Rippen 16 mit der Umlenkfläche 12 verbunden. In Figur 2 erkennt man, dass insgesamt acht derartige über den Umfang verteilt angeordnete Rippen 16 vorhanden sind. Die sich in Radialrichtung erstreckenden Rippen 16 sind in Umfangsrichtung jeweils an einem Freiraum 17 angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Rippen 16 die Kühlung der Rotorwicklungen 9 nicht beeinträchtigen, so dass das Kühlmittel störungsfrei auf die Rotorwicklungen auftreffen kann.
Das Führungselement 15 besitzt einen radial inneren Abschnitt 18, der ähnlich wie die Umlenkfläche 12 gewölbt ist. Die Innenfläche des Führungselementes 15 und die Umlenkfläche 12 verlaufen somit nahezu parallel, wobei dazwischen eine Passage für das Kühlmittel gebildet ist. An den radial inneren Abschnitt 18 des Führungselementes 15 schließt sich ein radial äußerer Abschnitt 19 des Führungselementes 15 an, der näherungsweise radial verläuft, aber leicht in Richtung der Rotorwicklungen 9 geneigt ist.
Die Düse 20 ist am Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt ist, so dass die Düse 20 fest mit dem Stator der elektrischen Maschine verbunden ist. Die Düse 20 ist auf die Umlenkfläche 12 des Umlenkkörpers 11 gerichtet, so dass sich mit der Düse 20 Kühlmittel auf die Umlenkfläche 11 spritzen lässt.
An der gegenüberliegenden Endplatte ist ein dem Umlenkkörper 11 entsprechender weiterer Umlenkkörper 11 angeordnet, so dass die Rotorwicklungen 9 an beiden Axialseiten des Blechpakets 2 in gleicher Weise gekühlt werden können.
Figur 3 zeigt ein Fahrzeug 21 mit einer elektrischen Maschine 22, die zum Antreiben des Fahrzeugs 21 dient. Die elektrische Maschine 22 weist ein Gehäuse 23 auf, in dem der erfindungsgemäße Rotor 1 und ein Stator 24 aufgenommen sind, der den Rotor 1 umgibt.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Blechpaket
3 Rotorwelle
5 Endplatte
6 Endplatte
7 Endplattenvorsprung
8 Endplattenvorsprung
9 Rotorwicklung
10 Poltrenner
11 Umlenkkörper
12 Umlenkfläche
15 Führungselement
16 Rippe
17 Zwischenraum
18 innerer Abschnitt
19 äußerer Abschnitt
20 Düse
21 Fahrzeug
22 elektrische Maschine
23 Gehäuse
24 Stator

Claims

Patentansprüche
1 . Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine (22), umfassend:
- eine Rotorwelle (3),
- ein auf der Rotorwelle (3) angeordnetes Blechpaket (2) mit einer Mehrzahl gestapelter Elektrobleche,
- eine an einer Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (5) mit entlang ihres Umfanges angeordneten radialen Endplattenvorsprüngen (7),
- eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (6) mit entlang ihres Umfanges angeordneten radialen Endplattenvorsprüngen (8),
- mehrere Rotorwicklungen (9), die jeweils um einen Endplattenvorsprung (7) der ersten Endplatte (5) und einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung (8) der zweiten Endplatte (6) gewunden sind, und
- einen an der ersten Endplatte (5) angeordneten Umlenkkörper (11) mit einer Umlenkfläche (12), die so geformt ist, dass auftreffendem Kühlmittel eine radiale Bewegungskomponente verliehen wird.
2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Umlenkkörper (11 ) und vorzugsweise auch die Umlenkfläche (12) ringförmig ausgebildet ist beziehungsweise sind.
3. Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Umlenkkörper (11) integral mit der ersten Endplatte (5) ausgebildet oder mit der ersten Endplatte (5) verbunden ist.
4. Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Endplatte (5) im Bereich der Rotorwicklungen (9) eine ringförmige Öffnung für das von der Umlenkfläche (12) umgelenkte Kühlmittel aufweist.
5. Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (11) ein von der Umlenkfläche (12) radial nach außen beabstandetes Führungselement (15) aufweist, das sich zumindest abschnittsweise näherungsweise in Radialrichtung erstreckt.
6. Rotor (1 ) nach Anspruch 5, wobei ein radial innerer Abschnitt (18) des Führungselementes (15) zumindest näherungsweise parallel zu der Umlenkfläche (12) verläuft.
7. Rotor (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, wobei sich das Führungselement (15) in Radialrichtung weiter nach außen als die Umlenkfläche (12) erstreckt.
8. Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Führungselement (15) über eine Mehrzahl von Rippen (16) mit der Umlenkfläche (12) verbunden ist.
9. Rotor (1 ) nach Anspruch 8, wobei die Anzahl der Rippen (16) der Anzahl der Pole des Rotors (1) entspricht und die Rippen (16) vorzugsweise in Umfangsrichtung so orientiert sind, dass sie einem zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen (9) gebildeten Zwischenraum (17) gegenüberliegen.
10. Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der zweiten Endplatte (6) ein dem Umlenkkörper (11 ) entsprechender weiterer Umlenkkörper (11 ) angeordnet ist.
11 . Elektrische Maschine (22), mit einem Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einem den Rotor (1 ) umgebenden Stator (24).
12. Elektrische Maschine (22) nach Anspruch 11 , mit einer fest mit dem Stator (24) verbundenen Düse (20), die auf die Umlenkfläche (12) des Umlenkkörpers (11 ) gerichtet ist.
13. Fahrzeug (21 ) mit einer elektrischen Maschine (22) nach Anspruch 11 oder 12, die zum Antreiben des Fahrzeugs (21 ) vorgesehen ist.
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