EP4710409A1 - Fremderregter rotor mit wickelkopfkühlung, traktionsantrieb und kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen fremderregten Rotor (RO) für eine elektrische Maschine (EM) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (KFZ), umfassend eine Rotorwelle (RW) mit einem Wellenhohlraum (WHR) und einer äußeren Mantelfläche (AM), einem auf der äußeren Mantelfläche (AM) angeordneten Blechpaket (BP), das wenigstens einen ausgeprägten Pol (AP) aufweist, einer auf dem ausgeprägten Pol (AP) angeordneten Rotorwicklung (RWI), die einen Wicklungskopf (WK) aufweist, der eine in axialer Richtung des Rotors (RO) ausgebildete Stirnseite (SS) des Blechpakets (BP) überragt, eine den Wicklungskopf (WK) zumindest teilweise und/oder abschnittsweise abdeckende Endkappe (EK), einem zwischen der Endkappe (EK) und der Stirnseite (SS) angeordneten und/oder ausgebildeten Reservoir (RV), mit wenigstens einer Austrittsöffnung (AOE), und eine in einer Wellenwandung (WW) der Rotorwelle (RW) ausgebildete Durchlassöffnung (DLO), wobei ein Kühlmedium (KM) aus dem Wellenhohlraum (WHR) der Rotorwelle (RW) über die Durchlassöffnung (DLO) austreten, von dem Reservoir (RV) aufgenommen und über die Austrittsöffnung (AOE) aus dem Reservoir (RV) entweicht und an den Wicklungskopf (WK) gelangen kann.

Description

Beschreibung

Fremderregter Rotor mit Wickelkopfkühlung, Traktionsantrieb und Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen fremderregten Rotor für eine elektrische Maschine eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei ein Kühlmedium ausgehend von einem Wellenhohlraum einer Rotorwelle von einem Reservoir aufgenommen und gegen einen Wicklungskopf der Rotorwelle führbar ist. Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Traktionsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Rotor. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Traktionsantrieb.

Fremderregte Rotoren sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten Rotoren weisen in der Regel eine Rotorwelle mit einem auf der Rotorwelle angeordneten Blechpaket auf, wobei das Blechpaket wenigstens einen ausgeprägten Pol umfasst. Bekannt ist weiter, dass auf dem ausgeprägten Pol eine Rotorwicklung ausgebildet ist, die endseitig an dem Blechpaket einen Wicklungskopf aufweist. Bekannt ist weiter, dass der Wicklungskopf vorzugsweise über ein Kühlmedium gekühlt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass bei den bekannten Kühlkonzepten zur Kühlung des Wicklungskopfes die Kühlwirkung unzureichend ist. Eine erhöhte Kühlwirkung ist jedoch vorteilhaft, um die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine zu erhöhen.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Kühlwirkung des Rotors und/oder des Traktionsantriebs zu erhöhen, wodurch letztendlich auch die Leistungsfähigkeit des Traktionsantriebs erhöht werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen fremderregten Rotor für eine elektrische Maschine eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend eine Rotorwelle mit einem Wellenhohlraum und einer äußeren Mantelfläche, einem auf der äußeren Mantelfläche angeordneten Blechpaket, das wenigstens einen ausgeprägten Pol aufweist, einer auf dem ausgeprägten Pol angeordneten Rotorwicklung, die einen Wicklungskopf aufweist, der eine in axialer Richtung des Rotors ausgebildete Stirnseite des Blechpakets überragt, eine den Wicklungskopf zumindest teilweise und/oder abschnittsweise abdeckende Endkappe, einem zwischen der Endkappe und der Stirnseite angeordneten und/oder ausgebildeten Reservoir, mit wenigstens einer Austrittsöffnung, und einer zwischen der Endkappe und der Stirnseite in einer Wellenwandung der Rotorwelle ausgebildeten Durchlassöffnung, wobei ein Kühlmedium aus dem Wellenhohlraum der Rotorwelle über die Durchlassöffnung austreten, von dem Reservoir aufgenommen und über die Austrittsöffnung aus dem Reservoir entweicht und an den Wicklungskopf gelangen kann.

Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein fremderregter Rotor für eine elektrische Maschine eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Der fremderregte Rotor umfasst eine Rotorwelle. Die Rotorwelle ist als Hohlwelle ausgebildet und weist somit einen Wellenhohlraum auf. Auf einer in radialer Richtung der Rotorwelle nach außen gerichteten Seite weist die Rotorwelle eine äußere Mantelfläche auf. Auf der äußeren Mantelfläche, ist ein Blechpaket angeordnet. Das Blechpaket weist wenigstens einen ausgeprägten Pol auf. Für gewöhnlich weist das Blechpaket eine Mehrzahl ausgeprägter Pole auf, die in Umfangsrichtung des Blechpakets in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen zueinander angeordnet und/oder ausgebildet sind. Auf dem ausgeprägten Pol ist eine Rotorwicklung angeordnet und/oder aufgewickelt. Die Rotorwicklung weist einen Wicklungskopf auf, wobei der Wicklungskopf eine in axialer Richtung des Rotors ausgebildete Stirnseite des Blechpakets überragt. Der Wicklungskopf wird zumindest teilweise und/oder abschnittsweise von einer Endkappe abgedeckt. Über die Endkappe wird der Wicklungskopf vorzugsweise in axialer Richtung des Rotors und/oder in Umfangsrichtung des Rotors abgedeckt. Zwischen der Endkappe und der Stirnseite ist ein Reservoir zur Aufnahme eines Kühlmediums angeordnet und/oder ausgebildet. Das Reservoir weist zumindest eine Austrittsöffnung auf. Denkbar ist somit, dass das Reservoir eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen aufweisen kann. Die Austrittsöffnung ist vorzugsweise in Richtung Wicklungskopf gerichtet und/oder ausgebildet. In einer Wellenwandung der Rotorwelle ist eine Durchlassöffnung ausgebildet, so dass ein Kühlmedium aus dem Wellenhohlraum der Rotorwelle über die Durchlassöffnung austreten, von dem Reservoir aufgenommen und über die Austrittsöffnung aus dem Reservoir entweicht und an den Wicklungskopf gelangen kann. Das Kühlmedium ist vorzugsweise ein Fluid, insbesondere ein Öl oder ein Wasser-Glykol-Gemisch. Durch die Aufnahme des aus der Hohlwelle austretenden Kühlmediums in dem Reservoir und dem gezielten Auslass des Kühlmediums über die Austrittsöffnung an den Wicklungskopf kann das fließende Kühlmedium bis unmittelbar an eine zu kühlende Oberfläche geführt werden, wodurch die Kühlwirkung erhöht werden kann. Mit anderen Worten ist insbesondere eine Zerstäubung des Kühlmediums reduziert und das Kühlmedium wird als fließendes Kühlmedium auf den Wicklungskopf geführt. Durch die erhöhte Kühlwirkung kann auch die Leistungsfähigkeit des Rotors und/oder des Traktionsantriebs erhöht werden.

Die Durchlassöffnung ist derart ausgerichtet und/oder ausgebildet, dass das Kühlmedium von dem Wellenhohlraum in das Reservoir gelangen kann. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Durchlassöffnung bezogen auf eine Längsrichtung des Rotors zwischen der Endkappe und der Stirnseite in der Wellenwandung der Rotorwelle ausgebildet. Die Durchlassöffnung ist vorzugsweise als randgeschlossene Bohrung ausgebildet. Die Durchlassöffnung verbindet somit den Wellenhohlraum mit der äußeren Mantelfläche.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Rotorwelle ein axiales Ende mit einer Eintrittsöffnung aufweist, die fluidtechnisch mit dem Wellenhohlraum verbunden ist. Mit anderen Worten weist die Rotorwelle ein axiales Ende auf. Dieses Ende kann vorzugsweise einem Getriebe des Traktionsantriebs zugewandt oder abgewandt sein. In dem Ende ist eine Eintrittsöffnung ausgebildet, die fluidtechnisch mit dem Wellenhohlraum verbunden ist. Somit kann ein Kühlmedium entweder unmittelbar oder mittelbar dem Wellenhohlraum zugeführt werden. Unmittelbar bedeutet, dass das Kühlmedium direkt in den Wellenhohlraum fließt. Mittelbar bedeutet, dass durch die Eintrittsöffnung eine Lanze geführt ist, und die Lanze in den Wellenhohlraum mündet, wobei über die Lanze das Kühlmedium dem Wellenhohlraum zuführbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wicklungskopf bezogen auf eine radiale Richtung der Rotorwelle eine Wickelkopfhöhe aufweist mit einem in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenabschnitt und einem in radialer Richtung nach außen gerichteten Außenabschnitt, und die Austrittsöffnung gegen den Innenabschnitt gerichtet ist. Mit anderen Worten kann auf diese Weise das Kühlmedium - bezogen auf die radiale Richtung des Rotors - von innen an eine Oberfläche des Wicklungskopfes geführt werden. Unter Fliehkrafteinfluss im Betrieb des Rotors wird das Kühlmedium dann entlang der Oberfläche des Wicklungskopfes in radialer Richtung nach außen geführt, wodurch der Wicklungskopf gekühlt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Reservoir in einem Längsschnitt durch den Rotor zumindest abschnittsweise J-förmig ausgebildet ist, wobei eine Öffnung des Reservoirs zur Aufnahme eines aus der Rotorwelle austretenden Kühlmediums der Rotorwelle zugewandt ist. Mit anderen Worten ist die Öffnung zwischen einem langen Steg und einem kurzen Steg des J-förmigen Reservoirs in Richtung Rotorwelle gerichtet, so dass das aus der Rotorhohlwelle über die Durchlassöffnung austretende Kühlmedium in einfacher Weise von dem Reservoir aufgenommen werden kann.

In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass ein kurzer Steg des im Längsschnitt J-förmig ausgebildeten Reservoirs dem Wicklungskopf und/oder der Stirnseite zugewandt ist. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass der lange Steg des J-förmigen Reservoirs auf einer der Stirnseite abgewandten Seite ausgebildet ist. Das Reservoir ist somit in Richtung Wicklungskopf geöffnet ausgebildet, so dass das Kühlmedium, sofern dies nicht über die Austrittsöffnung aus dem Reservoir in Richtung Wicklungskopf gelangt, dann zumindest über den kurzen Steg. Somit kann sichergestellt werden, dass das Kühlmedium aus dem Reservoir in Richtung Wicklungskopf geführt wird, um diesen zu kühlen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung im kurzen Steg des im Längsschnitt J-förmig ausgebildeten Reservoirs und/oder in einem Übergang zwischen dem kurzen Steg und einem langen Steg des im Längsschnitt J-förmig ausgebildeten Reservoirs ausgebildet ist. Denkbar ist somit vorteilhaft, dass die Austrittsöffnung in dem kurzen Steg ausgebildet ist, wodurch eine im Wesentlichen axiale Anströmung des Wicklungskopfes möglich ist. Im Wesentlichen bedeutet, eine Neigung bezogen auf die Längsachse des Rotors von 0° bis 20°, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Je weiter die Austrittsöffnung in Richtung Übergang ausgebildet ist, desto steiler ist die Neigung, so dass diese bis zu 45°, bezogen auf die Längsachse des Rotors ausgerichtet sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endkappe und das Reservoir einstückig ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Teileanzahl reduziert werden kann. Eine reduzierte Teileanzahl kann sich vorteilhaft auf die Teilekosten und auch auf den Herstellungsvorgang des Rotors auswirken, so dass die Herstellungskosten des Rotors reduziert werden können.

Alternativ dazu liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Endkappe und das Reservoir mehrteilig ausgebildet sind. Eine mehrteilige Ausbildung kann vorteilhaft bei der Wahl und Auslegung der Materialien sein, wodurch die Materialkosten und/oder Herstellungskosten reduziert werden können.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Reservoir zumindest teilweise und/oder abschnittsweise galvanisch isolierend ausgebildet ist. Denkbar ist somit, dass das Reservoir vorzugsweise vollständig galvanisch isolierend oder nur bereichsweise galvanisch isolierend ausgebildet ist. Wenn das Reservoir teilweise und/oder abschnittsweise galvanisch isolierend ausgebildet ist, so ist zumindest eine Reservoiraußenseite, die dem Wicklungskopf zugewandt ist, galvanisch isolierend ausgebildet. Vorzugsweise kann die Reservoiraußenseite zumindest abschnittsweise galvanisch isolierend beschichtet sein.

Galvanisch isolierend bedeutet vorliegend, dass das Material nicht elektrisch leitend bzw. elektrisch isolierend ist. Ein galvanisch isolierender Werkstoff kann vorzugsweise ein Kunststoff sein. Der Kunststoff kann ein duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff sein.

Denkbar ist, dass die Endkappe aus einem Kunststoff ausgebildet ist oder einen Kunststoff aufweist. Der Kunststoff kann ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Kunststoff aufweisen. Eine derartige Endkappe kann preiswert, vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens oder eines additiven Verfahrens, hergestellt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Endkappe aus einem Metall ausgebildet ist und oder ein Metall aufweist. Eine aus einem Metall ausgebildete Endkappe kann vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet sein, so dass die Endkappe preiswert herstellbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen kleinsten Abstand d1 zwischen dem Wicklungskopf und einer dem Wicklungskopf zugewandten Reservoiraußenseite im Bereich der Austrittsöffnung gilt: 0,5 mm < d1 < 7 mm, vorzugsweise 0,5 mm < d1 < 5 mm, und besonders bevorzugt 0,5 mm < d1 < 3 mm. Je kleiner der kleinste Abstand zwischen der Oberfläche des Wicklungskopfes und der Austrittsöffnung, desto besser kann das Kühlmedium im fluiden Zustand auf die Oberfläche des Wicklungskopfes herangeführt werden, um dann unter Fliehkrafteinfluss in radialer Richtung entlang der Oberfläche des Wicklungskopfes zu fließen. Somit kann die Kühlwirkung des Rotors erhöht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Reservoir und der äußeren Mantelfläche eine Rampenkontur ausgebildet ist, die ein aus der Durchlassöffnung austretendes Kühlmedium mittelbar und/oder unmittelbar in das Reservoir lenkt. Mittelbar bedeutet, dass vorzugsweise das Kühlmedium zunächst ausgehend von der Rampenkontur gegen eine Innenseite der Endkappe fließt, bevor das Kühlmedium in das Reservoir gelangt. Unmittelbar bedeutet, dass das Kühlmedium ausgehend von der Rampenkontur direkt in das Reservoir fließt. Durch die Rampenkontur und einer Ausnutzung einer Oberflächenspannung des Kühlmediums kann das aus der Durchlassöffnung austretende Kühlmedium als fließendes Medium gezielt in das Reservoir geführt werden.

In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass für einen Winkel a der Rampenkontur, bezogen auf eine radiale Richtung des Rotors, gilt: 30° < a < 60°, vorzugsweise zwischen 35° < a < 55°, und besonders bevorzugt zwischen 40° < a < 50°. Durch die Neigung der Rampenkontur kann das Kühlmedium im fließfähigen Zustand in das Reservoir geführt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rampenkontur auf der Stirnseite angeordnet ist, und ein distales Ende der Rampenkontur in Richtung Endkappe gerichtet ist. Mit anderen Worten zeigt das Ende der Rampenkontur vom dem Blechpaket weg in Richtung Endkappe.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass für einen kleinsten Abstand d2 zwischen dem distalen Ende der Rampenkontur und der der Rampenkontur zugewandten Innenseite der Endkappe und/oder dem Reservoir gilt: 0,5 mm < d2 < 7 mm, vorzugsweise 0,5 mm < d2 < 5 mm, und besonders bevorzugt 0,5 mm < d2 < 3 mm. Je keiner der Abstand d2 ist, desto vorteilhafter ist der Übergang des Kühlmediums im fließfähigen Zustand von der Rampenkontur in das Reservoir. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endkappe wenigstens eine Auslassöffnung aufweist. Über diese Auslassöffnung kann das Kühlmedium, welches entlang der Oberfläche des Wicklungskopfes geführt wird, entweichen und vorzugsweise gegen eine Statorwicklung eines den Rotor umgebenden Stators gespritzt werden.

In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auslassöffnung randgeschlossen und/oder als Ausnehmung in einer der Stirnseite zugewandten Abschlusskante ausgebildet ist. Denkbar ist folglich, dass die Ausnehmung eine randgeschlossen, also als Bohrung, ausgebildet ist. Vorstellbar ist aber auch, dass die Auslassöffnung als eine Aussparung oder Ausnehmung in einer Abschlusskante der Endkappe ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Abschlusskante der Stirnseite des Blechpakets zugewandt ist und an dieser mittelbar oder unmittelbar anliegt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Auslassöffnung in Umfangsrichtung versetzt zur Austrittsöffnung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Austrittsöffnung unmittelbar auf den Wicklungskopf gerichtet, um das Kühlmedium an die Oberfläche des Wicklungskopfes heranführen zu können bzw. damit das Kühlmedium die Oberfläche des Wicklungskopfes anströmen kann. Die Auslassöffnung hingegen ist im Umfangsrichtung des Rotors versetzt zum bzw. neben dem ausgeprägten Pol ausgebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen vorgesehen ist, die in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen in Umgangsrichtung des Reservoirs und/oder des Rotors zueinander angeordnet sind. Somit kann über die Verteilung der Austrittsöffnungen das Kühlmedium gezielt an die Wicklungsköpfe herangeführt werden, um diese effizient zu kühlen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass eine Mehrzahl von Auslassöffnungen vorgesehen ist, die in Umfangsrichtung des Rotors und/oder der Endkappe zueinander beabstandet angeordnet sind. Somit kann das Kühlmedium gezielt in Richtung Statorwicklung geleitet werden, um den Stator zu kühlen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Traktionsantriebs erhöht werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen vorgesehen ist, die in Umgangsrichtung der Rotorwelle zueinander beabstandet angeordnet sind. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Durchlassöffnung einer Anzahl der ausgeprägten Pole. Denkbar ist jedoch auch, dass die Anzahl der Durchlassöffnungen ein Vielfaches der Anzahl der ausgeprägten Pole ist.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Traktionsantrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Rotor.

Der Traktionsantrieb umfasst vorzugsweise ein Kühlmedium, insbesondere ein Öl oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, wobei das Kühlmedium aus der Hohlwelle über die Durchlassöffnung in das Reservoir fließt und ausgehend von dem Reservoir über die Austrittsöffnung an die Oberfläche des Wicklungskopfes geführt wird, um dieses zu kühlen.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Traktionsantrieb.

Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise teilweise und besonders bevorzugt vollständig elektrisch angetrieben.

Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des fremderregten Rotors gleichermaßen für den Traktionsantrieb und das Kraftfahrzeug gelten. Dies gilt auch umgekehrt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

In diesen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen fremderregten Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Rotor im Bereich eines Wicklungskopfes einer Rotorwicklung;

Fig. 3 eine Ansicht einer Endkappe;

Fig. 4 eine Ansicht einer Sternscheibe mit Rampenkontur;

Fig. 5 ein Kraftfahrzeug.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen fremderregten Rotor RO für eine elektrische Maschine EM eines Traktionsantriebs TA gezeigt. Der fremderregte Rotor RO umfasst eine Rotorwelle RW. Die Rotorwelle RW ist als Hohlwelle HW ausgebildet und weist somit einen Wellenhohlraum WHR auf. Auf einer in radialer Richtung der Rotorwelle RW nach außen gerichteten Seite weist die Rotorwelle RW eine äußere Mantelfläche AM auf. Auf der äußeren Mantelfläche AM, ist ein Blechpaket BP angeordnet. Das Blechpaket BP weist wenigstens einen ausgeprägten Pol AP auf. Für gewöhnlich weist das Blechpaket BP eine Mehrzahl ausgeprägter Pole AP auf, die in Umfangsrichtung des Blechpakets BP in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Auf dem ausgeprägten Pol AP ist eine Rotorwicklung RWI angeordnet und/oder aufgewickelt. Die Rotorwicklung RWI weist einen Wicklungskopf WK auf, wobei der Wicklungskopf WK eine in axialer Richtung des Rotors RO ausgebildete Stirnseite SS des Blechpakets BP überragt.

Der Wicklungskopf WP wird zumindest teilweise und/oder abschnittsweise von einer Endkappe EK abgedeckt. Der Wicklungskopf WK ist über die Endkappe EK in axialer Richtung des Rotors RO und in Umfangsrichtung des Rotors RO zumindest teilweise abgedeckt. Zwischen der Endkappe EK und der Stirnseite SS ist ein Reservoir RV zur Aufnahme eines Kühlmediums KM angeordnet und/oder ausgebildet. Das Reservoir RV weist zumindest eine Austrittsöffnung AOE auf. Die Austrittsöffnung AOE ist in Richtung Wicklungskopf WK gerichtet und/oder ausgebildet.

In einer Wellenwandung WW der Rotorwelle RW ist eine Durchlassöffnung DLO ausgebildet, so dass ein Kühlmedium KM aus dem Wellenhohlraum WHR der Rotorwelle RW über die Durchlassöffnung DLO austreten, von dem Reservoir RV aufgenommen und über die Austrittsöffnung AOE aus dem Reservoir RV entweicht und an den Wicklungskopf WK gelangen kann. Das Kühlmedium ist vorzugsweise ein Fluid, insbesondere ein Öl oder ein Wasser-Glykol-Gemisch. Durch die Aufnahme des aus der Hohlwelle HW austretenden Kühlmediums KM in dem Reservoir RV und dem gezielten Auslass des Kühlmediums KM über die Austrittsöffnung AOE an den Wicklungskopf WK kann das fließende Kühlmedium bis unmittelbar an eine zu kühlende Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK geführt werden, wodurch die Kühlwirkung erhöht werden kann. Mit anderen Worten ist insbesondere eine Zerstäubung des Kühlmediums KM reduziert und das Kühlmedium KM wird als fließendes Kühlmedium KM auf den Wicklungskopf WK geführt. Durch die erhöhte Kühlwirkung kann auch die Leistungsfähigkeit des Rotors RO und/oder des Traktionsantriebs TA erhöht werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Rotor RO im Bereich des Wicklungskopfes WK der Rotorwicklung RW. Wie der Detailansicht zu entnehmen ist, ist das Reservoir RV in einem Längsschnitt durch den Rotor RO zumindest abschnittsweise J-förmig ausgebildet ist, wobei eine Öffnung OE des Reservoirs RV zur Aufnahme eines aus der Rotorwelle RW austretenden Kühlmediums KM der Rotorwelle RW zugewandt ist. Mit anderen Worten ist die Öffnung OE zwischen einem langen Steg LS und einem kurzen Steg KS des J-förmigen Reservoirs RV in Richtung Rotorwelle RW gerichtet, so dass das aus der Rotorhohlwelle RHW über die Durchlassöffnung austretende Kühlmedium KM in einfacher Weise von dem Reservoir RV aufgenommen werden kann.

Weiterhin ist ersichtlich, dass zwischen dem Reservoir RV und der äußeren Mantelfläche AM eine Rampenkontur RK ausgebildet ist, die ein aus der Durchlassöffnung DLO austretendes Kühlmedium KM mittelbar und/oder unmittelbar in das Reservoir RV lenkt. Mittelbar bedeutet, dass vorzugsweise das Kühlmedium KM zunächst ausgehend von der Rampenkontur RK gegen eine Innenseite IS der Endkappe EK fließt bevor das Kühlmedium KM in das Reservoir RV gelangt. Unmittelbar bedeutet, dass das Kühlmedium KM ausgehend von der Rampenkontur RK direkt in das Reservoir RV fließt. Durch die Rampenkontur RK und einer Ausnutzung einer Oberflächenspannung des Kühlmediums KM kann das aus der Durchlassöffnung DLO austretende Kühlmedium KM als fließendes Medium gezielt in das Reservoir RV geführt werden.

Die Rampenkontur RK ist geneigt ausgebildet. Für einen Winkel a der Rampenkontur RK, bezogen auf eine radiale Richtung des Rotors RO, gilt im vorliegenden Ausführungsbeispiel a = 45°. Durch die Neigung der Rampenkontur RK kann das Kühlmedium KM im fließfähigen Zustand in das Reservoir RV geführt werden.

Ein distales Ende DE der Rampenkontur RK ist in Richtung Endkappe EK gerichtet. Mit anderen Worten zeigt das distale Ende DE der Rampenkontur RK vom dem Blechpaket BP weg in Richtung Endkappe EK.

Für einen kleinsten Abstand d1 zwischen dem Wicklungskopf WK und einer dem Wicklungskopf WK zugewandten Reservoiraußenseite RAS im Bereich der Austrittsöffnung AOE gilt: 0,5 mm < d1 < 5 mm. Je kleiner der kleinste Abstand zwischen der Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK und der Austrittsöffnung AOE, desto besser kann das Kühlmedium KM im fluiden Zustand auf die Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK herangeführt werden, um dann unter Fliehkrafteinfluss in radialer Richtung entlang der Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK zu fließen. Somit kann die Kühlwirkung des Rotors RO erhöht werden.

Für einen kleinsten Abstand d2 zwischen dem distalen Ende DE der Rampenkontur RK und dem Reservoir RV bzw. der Innenseite IS gilt: 0,5 mm < d2 < 5 mm. Je keiner der Abstand d2 ist, desto vorteilhafter ist der Übergang des Kühlmediums KM im fließfähigen Zustand von der Rampenkontur RK in das Reservoir RV.

Weiterhin ist ersichtlich, dass der Wicklungskopf WK bezogen auf eine radiale Richtung der Rotorwelle RW eine Wickelkopfhöhe aufweist mit einem in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenabschnitt IA und einem in radialer Richtung nach außen gerichteten Außenabschnitt, und die Austrittsöffnung AOE gegen den Innenabschnitt IA gerichtet ist. Mit anderen Worten kann auf diese Weise das Kühlmedium KM - bezogen auf die radiale Richtung des Rotors RO - von innen an eine Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK geführt werden. Unter Fliehkrafteinfluss im Betrieb des Rotors RO wird das Kühlmedium KM dann entlang der Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK in radialer Richtung nach außen geführt, wodurch der Wicklungskopf WK gekühlt wird.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Endkappe EK. Denkbar ist, dass die Endkappe EK und das Reservoir RV einstückig ausgebildet sind, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Teileanzahl reduziert werden kann. Eine reduzierte Teileanzahl kann sich vorteilhaft auf die Teilekosten und auch auf den Herstellungsvorgang des Rotors RO auswirken, so dass die Herstellungskosten reduziert werden können.

Vorliegend sind die Endkappe EK und das Reservoir RV mehrteilig ausgebildet sind. Eine mehrteilige Ausbildung kann vorteilhaft bei der Wahl und Auslegung der Materialien sein, wodurch die Materialkosten und/oder Herstellungskosten des Rotors RO reduziert werden können.

In dem Ausführungsbeispiel ist die Endkappe EK aus einem Metall ausgebildet oder weist ein Metall auf. Eine aus einem Metall ausgebildete Endkappe EK kann vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet sein, so dass die Endkappe EK preiswert herstellbar ist.

Das Reservoir RV ist galvanisch isolierend ausgebildet ist. Galvanisch isolierend bedeutet vorliegend das das Reservoir RV ein Material aufweist, das nicht elektrisch leitend bzw. elektrisch isolierend ist. Ein galvanisch isolierender Werkstoff kann vorzugsweise ein Kunststoff sein. Der Kunststoff kann ein duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff sein. Der Kunststoff kann ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Kunststoff sein. Mit einem galvanisch isolierend ausgebildeten Reservoir RV kann der Abstand zum elektrisch leitfähigen Wicklungskopf WK reduziert werden. Durch den reduzierten Abstand d1 kann eine Zerstäubung des Kühlmediums KM reduziert werden. Was sich vorteilhaft auf die Kühlwirkung auswirken kann.

Weiterhin ist ersichtlich, dass das Reservoir RV eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen AOE aufweist, die in regelmäßigen und in unregelmäßigen Abständen in Umgangsrichtung des Reservoirs RV und/oder des Rotors RO zueinander angeordnet sind. Somit kann über die Verteilung der Austrittsöffnungen AOE das Kühlmedium KM gezielt an die Wicklungsköpfe EK herangeführt werden, um diese effizient zu kühlen.

Vorliegend sind eine Gruppe erster Austrittsöffnungen AOE vorgesehen, die in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Die Anzahl der Gruppen erster Austrittsöffnungen AOE richtet sich an die Anzahl der ausgeprägten Pole AP des Rotors RO.

In der Endkappe EK sind eine Mehrzahl von Auslassöffnungen ALO vorgesehen ist, die in Umfangsrichtung des Rotors RO und/oder der Endkappe EK zueinander beabstandet angeordnet sind. Somit kann das Kühlmedium KM gezielt in Richtung Statorwicklung (nicht dargestellt) geleitet werden, um den Stator (nicht dargestellt) zu kühlen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Traktionsantriebs TA erhöht werden kann.

Die Auslassöffnung ALO ist vorliegend als randgeschlossene Ausnehmung, also als Bohrung, ausgebildet. Denkbar und besonders vorteilhaft ist die Ausnehmung in einer der Stirnseite SS zugewandten Abschlusskante ASK ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Endkappe EK durch die Bohrung nicht geschwächt wird.

Die Auslassöffnung ALO ist in Umfangsrichtung des Rotors RO versetzt zur Austrittsöffnung AOE angeordnet. Insbesondere ist die Austrittsöffnung AOE unmittelbar auf den Wicklungskopf WK gerichtet, um das Kühlmedium KM an die Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK heranführen zu können bzw. damit das Kühlmedium KM die Oberfläche OF des Wicklungskopfes WK anströmen kann. Die Auslassöffnung ALO hingegen ist im Umfangsrichtung des Rotors RO versetzt zum bzw. neben dem ausgeprägten Pol AP ausgebildet.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht einer Sternscheibe STS mit der Rampenkontur RK. Denkbar ist, dass die Rampenkontur RK als getrenntes Bauteil hergestellt und/oder ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist aber, wenn die Rampenkontur RK integraler Bestandteil der Sternscheibe STS, die auch als Routing Cap bezeichnet werden kann, ist. Die Routing Cap wird auf die Stirnseite SS des Blechpakets BP angeordnet und im Nachgang wird die Rotorwicklung RWI aufgewickelt, wobei die Rotorwicklung RWI im Bereich der Stirnseite SS um die Routing Cap gelenkt und in dieser geführt wird.

Die Sternscheibe STS ist aus einem galvanisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet.

Fig. 5 zeigt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug KFZ mit dem Traktionsantrieb TA, der die elektrische Maschine EM umfasst, wobei in der elektrischen Maschine EM des Traktionsantriebs TA der Rotor RO angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche

1 . Fremderregter Rotor (RO) für eine elektrische Maschine (EM) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (KFZ), umfassend eine Rotorwelle (RW) mit einem Wellenhohlraum (WHR) und einer äußeren Mantelfläche (AM), einem auf der äußeren Mantelfläche (AM) angeordneten Blechpaket (BP), das wenigstens einen ausgeprägten Pol (AP) aufweist, einer auf dem ausgeprägten Pol (AP) angeordneten Rotorwicklung (RWI), die einen Wicklungskopf (WK) aufweist, der eine in axialer Richtung des Rotors (RO) ausgebildete Stirnseite (SS) des Blechpakets (BP) überragt, eine den Wicklungskopf (WK) zumindest teilweise und/oder abschnittsweise abdeckende Endkappe (EK), einem zwischen der Endkappe (EK) und der Stirnseite (SS) angeordneten und/oder ausgebildeten Reservoir (RV), mit wenigstens einer Austrittsöffnung (AOE), und eine in einer Wellenwandung (WW) der Rotorwelle (RW) ausgebildete Durchlassöffnung (DLO), wobei ein Kühlmedium (KM) aus dem Wellenhohlraum (WHR) der Rotorwelle (RW) über die Durchlassöffnung (DLO) austreten, von dem Reservoir (RV) aufgenommen und über die Austrittsöffnung (AOE) aus dem Reservoir (RV) entweicht und an den Wicklungskopf (WK) gelangen kann.

2. Fremderregter Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungskopf (WK) bezogen auf eine radiale Richtung der Rotorwelle (RW) eine Wickelkopfhöhe aufweist mit einem in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenabschnitt (IA) und einem in radialer Richtung nach außen gerichteten Außenabschnitt, und die Austrittsöffnung (AOE) gegen den Innenabschnitt (IA) gerichtet ist.

3. Fremderregter Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (RW) in einem Längsschnitt durch den Rotor (RO) zumindest abschnittsweise J-förmig ausgebildet ist, wobei eine Öffnung (OE) des Reservoirs (RV) zur Aufnahme eines aus der Rotorwelle (RW) austretenden Kühlmediums (KM) der Rotorwelle (RW) zugewandt ist.

4. Fremderregter Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein kurzer Steg (KS) des im Längsschnitt J-förmigen Reservoirs dem Wicklungskopf (WK) und/oder der Stirnseite (SS) zugewandt ist.

5. Fremderregter Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung (AOE) im kurzen Steg (KS) des im Längsschnitt J-förmige ausgebildeten Reservoirs und/oder in einem Übergang zwischen dem kurzen Steg (KS) und einem langen Steg (LS) des im Längsschnitt J-förmigen Reservoirs ausgebildet ist.

6. Fremderregter Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen kleinsten Abstand d1 zwischen dem Wicklungskopf (WK) und einer dem Wicklungskopf (WK) zugewandten Reservoiraußenseite (RAS) im Bereich der Austrittsöffnung (AOE) gilt: 0,5 mm < d1 < 7 mm.

7. Fremderregter Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reservoir (RV) und der äußeren Mantelfläche (AM) eine Rampenkontur (RK) ausgebildet ist, die ein aus der Durchlassöffnung (DLO) austretendes Kühlmedium (KM) mittelbar und/oder unmittelbar in das Reservoir (RV) lenkt.

8. Fremderregter Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Winkel a der Rampenkontur (RK), bezogen auf eine radiale Richtung des Rotors, gilt: 30° < a < 60°.

9. Fremderregter Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (RK) auf der Stirnseite (SS) angeordnet ist, und ein distales Ende der Rampenkontur (RK) in Richtung Endkappe (EK) gerichtet ist.

10. Fremderregter Rotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für einen kleinsten Abstand d2 zwischen dem distalen Ende der Rampenkontur (RK) und einer der Rampenkontur (RK) zugewandten Innenseite (IS) der Endkappe (EK) oder des Reservoirs (RV) gilt: 0,5 mm < d2 < 7 mm.

11 . Fremderregter Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappe (EK) wenigstens eine Auslassöffnung (ALO) aufweist.

12. Fremderreger Rotor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (ALO) randgeschlossen und/oder als Ausnehmung in einer der Stirnseite (SS) zugewandten Abschlusskante (ASK) ausgebildet ist.

13. Fremderreger Rotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (ALO) in Umfangsrichtung versetzt zur Austrittsöffnung (AOE) angeordnet ist.

14. Traktionsantrieb (TA) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen

Kraftfahrzeugs (KFZ) nach einem der vorstehenden Ansprüche.

15. Kraftfahrzeug (KFZ) mit einem Traktionsantrieb (TA) nach Anspruch 14.