WO2017215686A1 - Elektromaschine mit einer hohlen rotorwelle - Google Patents

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WO2017215686A1
WO2017215686A1 PCT/DE2017/000136 DE2017000136W WO2017215686A1 WO 2017215686 A1 WO2017215686 A1 WO 2017215686A1 DE 2017000136 W DE2017000136 W DE 2017000136W WO 2017215686 A1 WO2017215686 A1 WO 2017215686A1
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WO
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rotor shaft
channel
electric machine
radially
inflow
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PCT/DE2017/000136
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Voigt
Jörg KREBS
Original Assignee
Krebs & Aulich Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the invention relates to an electric machine, designed as a motor and / or as a generator, comprising a housing, a rotatably connected to the housing stator, and a coaxial and radially disposed within the stator rotor shaft, in which the stator and the rotor shaft carry electromagnetically active components, between which a hollow cylindrical air gap is formed, wherein the rotor shaft has a cylindrical interior, which is closed at its two axial ends, wherein the rotor shaft for introducing a cooling fluid in the interior at least one radially oriented inflow channel and for discharging the cooling fluid at least Having a radially oriented outflow channel, and in which the cooling fluid via at least one inlet channel in the housing to the rotor shaft and via at least one outlet channel in the housing is away from this conductive.
  • Such an electric machine can be installed, for example, in a dynamometer or a vehicle test bench, with the help of characteristic values of a vehicle or a drive train component can be determined.
  • the rotor shaft is usually cooled by means of a gaseous cooling fluid and the stator by means of a liquid cooling fluid, the latter being guided by cooling channels in the housing of the electric machine.
  • cooling air is thus conducted through an inlet channel in the housing of the electric machine via at least one radial inflow channel in the rotor shaft into its cylindrical interior, and after flowing through it through at least one radial outflow channel in the rotor shaft removed from this.
  • the thus heated cooling air can then be subsequently blown off into the environment via the at least one outlet channel in the housing.
  • the at least one inlet opening and the at least one outlet opening in the rotor shaft are designed as radial bores which are perpendicular to the longitudinal axis of the Rotor shaft are aligned. Because of this orientation of the inlet opening and the outlet opening whose production in the production of such a rotor shaft is indeed inexpensive, but is disadvantageous that in a rotation of the rotor shaft in particular the entry of the cooling air into the cylindrical interior of the rotor shaft from a fluidic view is very unfavorable. Especially at very high rotor speeds, for example 40,000 revolutions per minute, a stall may occur at the at least one inlet opening.
  • the cooling air must therefore be conducted with a comparatively high delivery pressure to at least one inlet opening of the rotor shaft, so that it can flow into the cylindrical interior of the rotor shaft.
  • a compressor is necessary, the operation of which generates energy costs that are to be reduced.
  • the object of the invention was to develop an electric machine of the type mentioned at the outset in such a way that the introduction and passage of a gaseous cooling fluid into or through the cylindrical interior of the rotor shaft can take place with a comparatively low expenditure of energy.
  • the invention relates to an electric machine, designed as a motor and / or as a generator, comprising a housing, a rotatably connected to the housing stator, and a coaxial and radially disposed within the stator rotor shaft, in which the stator and the rotor shaft carry electromagnetically active components , between which a hollow cylindrical air gap is formed, wherein the rotor shaft has a cylindrical interior, which is closed at its two axial ends, wherein the rotor shaft for introducing a cooling fluid in the interior at least one radially aligned inflow and for discharging the cooling fluid at least one radially aligned Outflow channel has, and in which the cooling fluid via at least one inlet channel in the housing to the rotor shaft is guided and conductive via at least one outlet channel in the housing away from the latter.
  • At least one inflow channel and / or at least one outflow channel penetrates the wall of the rotor shaft radially and obliquely at an angle of attack.
  • the proposed orientation of the inflow and / or the outflow of the rotor shaft allows the cooling fluid, easier than previously flow into the rotor shaft or easier to flow out of this again, because by the inclination of the inflow and / or the outflow these are fluidically effective. This is not the case with the inflow channels or outflow channels, which have hitherto been oriented perpendicular to the longitudinal axis of the rotor shaft, so that the cooling fluid is passed through the rotor shaft only due to a pressure gradient between the inflow channels and the outflow channels.
  • the radially outer inlet opening of the at least one inflow channel and / or the radially outer outlet opening of the at least one outflow channel point in the direction of rotation of the rotor shaft. This results in an advantageous entry or exit of the cooling fluid into or out of the rotor shaft.
  • the radially outer inlet opening of the at least one inflow channel in the direction of rotation of the rotor shaft, and that the radially outer outlet opening of the at least one outflow channel opposite to the direction of rotation of the rotor shaft is achieved.
  • the angle of attack of the at least one inflow channel and / or the at least one outflow channel of the rotor shaft to the surface normal on the radial outer side of the rotor shaft in the region of the respective inflow channel or outflow channel has a value of 2 ° to 88 °, including the range limits. Preference is given to angles of 10 ° to 80 °. Especially aerodynamic are angles of attack of 30 ° to 45 °.
  • At least one inflow channel and / or at least one outflow channel of the rotor shaft are arranged at right angles to the longitudinal axis of the rotor shaft. Torwelle are aligned, which is relatively easy to implement manufacturing technology.
  • the cooling fluid flow acts less decelerating on the rotor shaft than in a conventional, by a discharge pressure of a compressor to promote the cooling fluid dominated, mainly axial flow.
  • the radially outer inlet opening of the at least one inflow channel is greater than the radially inwardly formed inlet opening.
  • the radially inwardly formed outlet opening of the at least one outflow channel is larger than its radially outwardly formed outlet opening.
  • an expansion of the cooling fluid which drives the same away from the rotor shaft and toward the outlet channel of the housing of the electric machine, takes place at the radially outer outlet opening.
  • a radially outwardly pointing guide element on the radial outer surface of the rotor shaft preferably adjacent to the radially outer inlet opening of the at least one inflow channel Rotor shaft is formed or fixed.
  • This guide element may for example have the shape of a lip or a ring. Due to its design and arrangement, it guides the cooling fluid into the inflow channel.
  • a radially inwardly pointing guide element is formed or fastened. Also, this guide element may be formed for example as a lip or ring.
  • the said guide elements on the radial outer side and the radial inner side of the rotor shaft effect upon rotation of the rotor shaft that immediately adjacent to the associated openings in the rotor shaft befindliches cooling fluid in the radially outer inlet opening of the at least one inflow or in the radially inner outlet opening of the at least one outflow is steered. As a result, a pumping action is generated, which drives the cooling fluid through the rotor shaft.
  • At least one at least substantially parallel to the longitudinal axis extending guide device is arranged or formed on the radial inner side of the rotor shaft.
  • this guide device consists of a baffle extending parallel to the longitudinal axis.
  • the guide device can also be formed by at least one coiled web, which is formed or fixed on the inside of the rotor shaft, extends radially inwardly, and has a helical geometry.
  • At least one inflow channel and / or at least one outflow channel passes through the wall of the rotor shaft with a curved course radially and circumferentially, wherein the circumferential extension of this curved inflow channel or curved outflow channel at least twice as large as the radial extent of the same.
  • FIG. 2 shows a first cross-section A through the rotor shaft according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a second cross section B-B through the rotor shaft according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a peripheral portion of the rotor shaft of FIG. 1 in the region of an oblique inflow channel
  • FIG. 6 shows a schematic radial plan view of a rotor shaft, each having an inlet channel and outflow channel oriented perpendicular to its longitudinal axis
  • FIG. 7 shows a schematic radial plan view on a rotor shaft, each with an obliquely oriented to the longitudinal axis of the rotor shaft inflow and outflow
  • FIG. 8 shows a cross section A-A through the rotor shaft according to FIG. 1, with inflow channels narrowing radially inwards, FIG.
  • FIG. 9 shows a cross section BB through the rotor shaft according to FIG. 1, with radially outwardly narrowing outflow channels
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a radially inwardly narrowing inflow and a prismatic guide element on the outside of the rotor shaft, and
  • 1 1 is an enlarged cross-sectional view of a radially outwardly narrowing outflow channel and an annular guide element on the inside of the rotor shaft.
  • the electric machine 1 shown in FIG. 1 is designed as an electric motor. It has a largely hollow cylindrical housing 2, which is closed at its two axial ends, each with a housing cover 24. In the housing 2 is a coaxially to the longitudinal axis 17 of the electric machine 1 extending stator 3 is attached. Radially inside the stator 3, a rotor shaft 5 is arranged, which is rotatably supported in the housing 2 via at least two rolling bearings 11, 12. The stator 3 and the rotor shaft 5 are provided with electromagnetically active components 4, 6, which are radially spaced from each other by a cylindrical air gap 7.
  • the electromagnetically active components 4, 6 are formed as laminated cores, windings and / or permanent magnets whose structure and mode of operation are known to the person skilled in the art and are not relevant in connection with the invention. On the exact graphic representation and description has therefore been omitted.
  • at least one cooling water channel 18 is formed in the housing 2, through which a cooling water flow 19 is passed.
  • the rotor shaft 5 is formed as a hollow shaft, which is closed at its axial ends, each with a rotor shaft cover 9.
  • the rotor shaft cover 9 are fastened by means of screws 10 to the rotor shaft 5.
  • the rotor shaft 5 has a largely closed cylindrical inner space 8 with a radial inner side 34, through which a cooling fluid in the form of cooling air can be conducted.
  • This cooling air is supplied to the rotor shaft 5 through a radial inlet channel 13 in the housing 2 which, after passing through this inlet channel 13, enters an inlet-side annular space 15 which is located between the housing 2, the rotor shaft 5, the inlet Laß disorderen roller bearing 1 1 and the electromagnetically active components 4, 6 of the electric machine 1 is formed.
  • the radially outer inlet openings 31 of the inflow channels and the radially outer outlet openings 32 of the outflow channels are fluidically effective for conveying, so that a cooling air promoting device has a comparatively low energy consumption.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate that the inflowing cooling air divides into a plurality of inflowing substreams 25a, 25b, 25c, 25d, which are each assigned one Inflow passage 20a, 20b, 20c, 20d into the interior 8 of the rotor shaft 5 to flow.
  • the heated cooling air is divided into four outflowing part streams 26a, 26b, 26c, 26d, which each through an associated outflow 21 a, 21 b, 21 c, 21 d, the interior 8 of the rotor shaft 5 toward a downstream leave second annulus 16.
  • the heated cooling air passes through an outlet channel 14 in the housing 2 into the environment.
  • the radially inwardly formed in the housing 2 inlet opening 29 of the outlet channel 14 preferably extends slightly tangent to the radial outer side 33 of the rotor shaft fifth
  • Fig. 4 illustrates that the angle of attack a of the inflow passages 20a, 20b, 20c, 20d; 20a '; 20a * and / or the outflow channels 21a, 21b, 21c, 21d; 21a '; 21a * for area normal 23 on the radial outer side of the rotor shaft 5 in the region of the respective inflow or outflow channel has a value of 2 ° to 88 °, including the range limits.
  • At least one inflow passage 20a * and / or at least one outflow passage 2 a * penetrates the wall of the rotor shaft 5 with a curved course radially and in the circumferential direction.
  • the circumferential extension 27 of this curved inflow channel 20a * or curved outflow channel 20a * is at least twice as large as the radial extent 28 of the inflow channel 20a * or outflow channel 20a * .
  • FIG. 6 shows that at least one inflow passage 20a and at least one outflow passage 21a of the rotor shaft 5 can be aligned at right angles c1 to the longitudinal axis 17 of the rotor shaft 5.
  • the production of such aligned inflow and outflow on the rotor shaft 5 is manufacturing technology comparatively simple.
  • In order to impart an effective cooling direction in the conveying direction of the cooling air through the interior 8 of the rotor shaft 5, can be provided according to the variant shown in Fig. 7 that at least one inflow passage 20a 'and / or at least one outflow 21 a' of Rotor shaft 5 is aligned at an angle c2 of 5 ° to 85 ° to the longitudinal axis 17 of the rotor shaft 5.
  • the angle c2 is about 75 °.
  • FIGS. 8 to 11 show further developments in an electric machine 1 or its rotor shaft 5 formed according to the invention, by means of which the inflow of the cooling fluid into the rotor shaft 5, the transport of the cooling fluid in is advantageously influenced within the rotor shaft and leaving the rotor shaft.
  • the cooling fluid is forcibly conveyed into the inflow passages 40a, 40b, 40c, 40d and sucked out of them in the region of the outflow passages 41a, 41b, 41c, 41d.
  • the inflow direction 25 and the outflow direction 26 of the cooling fluid are indicated in the figures by flow arrows.
  • FIGS. 8 and 9, but in particular the detailed views of FIGS. 10 and 11, show that, according to another embodiment, the inflow passages 40a, 40b, 40c, 40d and the outflow passages 41a, 41b, 41c, 41d do not have a constant flow cross section. but flow inlet side have a larger inlet opening than the flow outlet side.
  • FIG. 10 clearly shows that in the inflow passage 40b shown by way of example its radially outer inlet opening 43 is larger than its radially inner inlet opening 42. As a result, cooling fluid flowing into the inflow passage 40b is slightly compressed along its inflow direction 25 while the pressure is being increased.
  • the exit of the cooling fluid from the cylindrical cavity 8 of the rotor shaft 5 takes place, inter alia, via the outflow channel 41 b shown in FIG. 10, whose radially inner outlet opening 44 is larger than its radially outer outlet opening 45.
  • the cooling fluid follows the outflow direction 26 described geometry of the outflow channel 41 b and the likewise formed further outflow channels 41 a, 41 c, 41 d, the cooling fluid is further compressed when leaving the rotor shaft 5.
  • the cooling fluid expands and is thereby directed away from the rotor shaft 5, namely towards the outlet channel 14 in the housing 2 of the electric machine 1, which acts as a pressure sink.
  • guide elements 50, 52 are fastened or formed on the radial outer side 33 and / or on the radial inner side 34 of the rotor shaft 5 .
  • an annular guide element 50 which is approximately prism-shaped in cross-section, is fastened directly next to the radially outer inlet opening 43 of the inflow channel 40b.
  • the guide element 52 is formed by a circular cross-section ring, which is downstream immediately behind the radially inner outlet opening 44 of the outflow 41 a in a not further designated receiving groove of the rotor shaft 5 is inserted.
  • These guide elements 50, 52 form a flow resistance for the cooling fluid present there, which causes the cooling fluid to flow into the respective associated inflow passage 40b or outflow passage 41b.
  • FIGS. 8 and 9 show that guide means 55, 56, 57, 58 can be arranged or formed on the radial inner side 34 of the rotor shaft 5, which extend in the illustrated embodiment parallel to the longitudinal axis 17 of the rotor shaft 5.
  • These guide devices 55, 56, 57, 58 may be formed, for example, as baffles and cause a quiet, less turbulent flow of the cooling fluid through the rotor shaft 5 therethrough.
  • the guide devices can also be formed by one or more radially inwardly pointing webs, which are arranged or formed on the inner side 34 of the rotor shaft 5, and which have a helical geometry.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine (1), ausgebildet als Motor und/oder als Generator, aufweisend ein Gehäuse (2), einen mit dem Gehäuse (2) drehfest verbundenen Stator (3), sowie eine koaxial und radial innerhalb des Stators (3) angeordnete Rotorwelle (5), bei welcher der Stator (3) und die Rotorwelle (5) elektromagnetisch wirksame Komponenten (4; 6) tragen, zwischen denen ein hohlzylindrischer Luftspalt (7) ausgebildet ist, bei welcher die Rotorwelle (5) einen zylindrischen Innenraum (8) aufweist, der an seinen beiden axialen Enden verschlossen ist, bei welcher die Rotorwelle (5) zur Einleitung eines Kühlfluids in deren Innenraum (8) wenigstens einen radial ausgerichteten Einströmkanal (20a, 20c) sowie zur Ausleitung des Kühlfluids wenigstens einen radial ausgerichteten Ausströmkanal (21a, 21c) aufweist, und bei welcher das Kühlfluid über wenigstens einen Einlasskanal (13) im Gehäuse (2) zur Rotorwelle (5) hin und über wenigstens einen Auslasskanal (14) im Gehäuse (2) von dieser weg leitbar ist. Zur Optimierung der Einströmung und/oder der Ausströmung des Kühlfluids in beziehungsweise aus der Rotorwelle (5) heraus ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Einströmkanal (20a, 20c) und/oder wenigstens ein Ausströmkanal (21a, 21c) die Wandung der Rotorwelle (5) unter einem Anstellwinkel (a, c1, c2) radial und schräg durchsetzt.

Description

Elektromaschine mit einer hohlen Rotorwelle
Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, ausgebildet als Motor und/oder als Generator, aufweisend ein Gehäuse, einen mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Stator, sowie eine koaxial und radial innerhalb des Stators angeordnete Rotorwelle, bei welcher der Stator und die Rotorwelle elektromagnetisch wirksame Komponenten tragen, zwischen denen ein hohlzylindrischer Luftspalt ausgebildet ist, bei welcher die Rotorwelle einen zylindrischen Innenraum aufweist, der an seinen beiden axialen Enden verschlossen ist, bei welcher die Rotorwelle zur Einleitung eines Kühl- fluids in deren Innenraum wenigstens einen radial ausgerichteten Einströmkanal sowie zur Ausleitung des Kühlfluids wenigstens einen radial ausgerichteten Ausströmkanal aufweist, und bei welcher das Kühlfluid über wenigstens einen Einlasskanal im Gehäuse zur Rotorwelle hin und über wenigstens einen Auslasskanal im Gehäuse von dieser weg leitbar ist.
Eine derartige Elektromaschine kann beispielsweise in einem Dynamometer oder einem Fahrzeugprüfstand eingebaut sein, mit dessen Hilfe Kennwerte eines Fahrzeugs oder einer Antriebsstrangkomponente ermittelbar sind. Die Rotorwelle wird üblicherweise mittels eines gasförmigen Kühlfluids und der Stator mittels eines flüssigen Kühlfluids gekühlt, wobei letzteres durch Kühlkanäle im Gehäuse der Elektromaschine geführt wird. Zur Kühlung der Rotorwelle beziehungsweise der von der Rotorwelle getragenen elektromagnetisch wirksamen Komponente wird demnach Kühlluft durch einen Einlasskanal im Gehäuse der Elektromaschine über wenigstens einen radialen Einströmkanal in der Rotorwelle in deren zylindrischen Innenraum hinein geleitet, und nach Durchströmen desselben durch wenigstens einen radialen Ausströmkanal in der Rotorwelle aus dieser abgeführt. Die so erwärmte Kühlluft kann dann anschließend über den wenigstens einen Auslasskanal im Gehäuse in die Umgebung abgeblasen werden.
Die wenigstens eine Einlassöffnung sowie die wenigstens eine Auslassöffnung in der Rotorwelle sind als radiale Bohrungen ausgeführt, die senkrecht zur Längsachse der Rotorwelle ausgerichtet sind. Wegen dieser Orientierung der Einlassöffnung und der Auslassöffnung ist deren Erzeugung bei der Herstellung einer solchen Rotorwelle zwar kostengünstig, nachteilig ist aber, dass bei einer Rotation der Rotorwelle insbesondere der Eintritt der Kühlluft in den zylindrischen Innenraum der Rotorwelle aus strömungstechnischer Sicht sehr unvorteilhaft erfolgt. Vor allem bei sehr hohen Rotordrehzahlen, beispielsweise 40000 Umdrehungen pro Minute, kann es an der wenigstens einen Einlassöffnung zu einem Strömungsabriss kommen. Die Kühlluft muss daher mit einem vergleichsweise hohen Förderdruck zur wenigstens einen Einlassöffnung der Rotorwelle geleitet werden, damit diese in den zylindrischen Innenraum der Rotorwelle einströmen kann. Zur Erzeugung eines ausreichend hohen Förderdrucks ist ein Kompressor notwendig, durch dessen Betrieb Energiekosten entstehen, die reduziert werden sollen.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektroma- schine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Einleitung und Durchleitung eines gasförmigen Kühlfluids in beziehungsweise durch den zylindrischen Innenraum der Rotorwelle mit einem vergleichsweise geringen Energieaufwand erfolgen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Elektromaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Demnach betrifft die Erfindung eine Elektromaschine, ausgebildet als Motor und/oder als Generator, aufweisend ein Gehäuse, einen mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Stator, sowie eine koaxial und radial innerhalb des Stators angeordnete Rotorwelle, bei welcher der Stator und die Rotorwelle elektromagnetisch wirksame Komponenten tragen, zwischen denen ein hohlzylindrischer Luftspalt ausgebildet ist, bei welcher die Rotorwelle einen zylindrischen Innenraum aufweist, der an seinen beiden axialen Enden verschlossen ist, bei welcher die Rotorwelle zur Einleitung eines Kühlfluids in deren Innenraum wenigstens einen radial ausgerichteten Einströmkanal sowie zur Ausleitung des Kühlfluids wenigstens einen radial ausgerichteten Ausströmkanal aufweist, und bei welcher das Kühlfluid über wenigstens einen Einlasskanal im Gehäuse zur Rotorwelle hin leitbar und über wenigstens einen Auslasskanal im Gehäuse von dieser weg leitbar ist.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei dieser Elektromaschine vorgesehen, dass wenigstens ein Einströmkanal und/oder wenigstens ein Ausströmkanal die Wandung der Rotorwelle unter einem Anstellwinkel radial und schräg durchsetzt.
Die vorgeschlagene Ausrichtung der Einströmkanäle und/oder der Ausströmkanäle der Rotorwelle ermöglicht es dem Kühlfluid, leichter als bisher in die Rotorwelle einzuströmen beziehungsweise leichter aus dieser wieder auszuströmen, denn durch die Neigung der Einströmkanäle und/oder der Ausströmkanäle sind diese strömungstechnisch förderwirksam. Dies ist bei den bisher senkrecht zur der Längsachse der Rotorwelle ausgerichteten Einströmkanälen beziehungsweise Ausströmkanälen nicht gegeben, so dass bei diesen das Kühlfluid lediglich aufgrund eines Druckgefälles zwischen den Einströmkanälen und den Ausströmkanälen durch die Rotorwelle hindurch geleitet wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die radial äußere Eintrittsöffnung des wenigstens einen Einströmkanals und/oder die radial äußere Austrittsöffnung des wenigstens einen Ausströmkanals in die Drehrichtung der Rotorwelle weist. Hierdurch ist ein vorteilhafter Eintritt beziehungsweise Austritt des Kühifluids in oder aus der Rotorwelle gegeben.
Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform ist zur Erreichung des gleichen technischen Zwecks vorgesehen, dass die radial äußere Eintrittsöffnung des wenigstens einen Einströmkanals in die Drehrichtung der Rotorwelle weist, und dass die radial äußere Austrittsöffnung des wenigstens einen Ausströmkanals entgegengesetzt zur Drehrichtung der Rotorwelle weist. Hierdurch wird ein besonders strömungsgünstiger Eintritt beziehungsweise Austritt des Kühifluids in die beziehungsweise aus der Rotorwelle erreicht. Mittels der genannten schrägen Anstellung sowie Ausrichtung der Einströmkanäle und/oder der Ausströmkanäle der Rotorwelle ist nicht nur das Einströmen des Kühlfluids in den zylindrischen Innenraum der Rotorwelle erleichtert, sondern es sind auch die Abströmbedingungen für das Kühlfluids aus der Rotorwelle verbessert. Dies liegt vor allem daran, dass bei den bisherigen technischen Lösungen das Kühlfluid die Rotorwelle rein radial verlassen hat, was aufgrund der Rotation der Rotorwelle zu einer starken Verwirbelung des Kühlfluids in einem austrittseitigen Ringraum zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse der Elektromaschine führte. Wegen der durch die Erfindung vorgeschlagenen schrägen Anstellung der Ausströmkanäle der Rotorwelle kann in dem austrittseitigen Ringraum zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse eine kreisförmige Strömung des Kühlmediums erzeugt werden, welche die gleiche Drehrichtung wie die Rotorwelle aufweist. Daher ist die Abbremsung der äußeren Oberfläche der Rotorwelle an dem Kühlmedium geringer als bei herkömmlichen gattungsgemäßen Elektromaschinen, welches zusätzlich den Wirkungsgrad derselben erhöht.
Durch eine in Strömungsrichtung weisende Eintrittsöffnung des Auslasskanals des Gehäuses können die Abströmbedingungen weiter verbessert sein. Eine solche Eintrittsöffnung des Auslasskanals ist demnach nicht rein radial, sondern tangential zur Außenoberfläche der Rotorwelle ausgerichtet.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anstellwinkel des wenigstens einen Einströmkanals und/oder des wenigstens einen Ausströmkanals der Rotorwelle zur Flächennormalen an der radialen Außenseite der Rotorwelle im Bereich des jeweiligen Einströmkanals oder Ausströmkanals einen Wert von 2° bis 88° aufweist, einschließlich der Bereichsgrenzen. Bevorzugt werden Winkel von 10° bis 80°. Ganz besonders strömungsgünstig sind Anstellwinkel von 30° bis 45°.
Weiter kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Einströmkanal und/oder wenigstens ein Ausströmkanal der Rotorwelle im rechten Winkel zur Längsachse der Ro- torwelle ausgerichtet sind, welches Fertigungstechnisch vergleichsweise einfach zu realisieren ist.
Davon abweichend kann aber auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Einströmkanal und/oder wenigstens ein Ausströmkanal der Rotorwelle in einem Winkel von 5° bis 85°, einschließlich der Bereichsgrenzen, zur Längsachse der Rotorwelle ausgerichtet sind. Bevorzugt werden Winkel von 10° bis 80°. Ganz besonders strömungsgünstig sind Anstellwinkel von 30° bis 45°. Durch diese schräge Ausrichtung insbesondere der Einströmkanäle zur Längsachse der Rotorwelle wird das Kühlfluid bereits beim Einströmen in den zylindrischen Innenraum der Rotorwelle in eine schraubenförmige Strömung gezwungen, welche die gleiche Drehrichtung wie die Rotorwelle hat. Zwar dreht die Rotorwelle mit einer höheren Drehzahl als die Kühlflu- idströmung im Innenraum der Rotorwelle, da die Drehrichtung schon beim Einströmen in der Innenraum der Rotorwelle identisch ist, wirkt die Kühlfluidströmung weniger abbremsend auf die Rotorwelle als bei einer konventionellen, durch einen Förderdruck eines Kompressors zur Förderung des Kühlfluids dominierten, vorwiegend axialen Strömung.
Gemäß einer anderen Weiterbildung einer Elektromaschine mit den Merkmalen der Erfindung ist vorgesehen, dass die radial außen ausgebildete Eintrittsöffnung des wenigstens einen Einströmkanals größer ist als dessen radial innen ausgebildete Eintrittsöffnung. Hierdurch wird beim Durchströmen des Einströmkanals der Druck des Kühlfluids erhöht, sodass sich das Kühlfluid nach dem Eintritt in den zylindrischen Hohlraum der Rotorwelle einem stärkeren Druckgefälle folgend zum wenigstens einen Ausströmkanal der Rotorwelle bewegt.
Weiter kann ausströmseitig an der Rotorwelle vorgesehen sein, dass die radial innen ausgebildete Austrittsöffnung des wenigstens einen Ausströmkanals größer ist als dessen radial außen ausgebildete Austrittsöffnung. Hierdurch erfolgt an der radial außen ausgebildeten Austrittsöffnung eine Expansion des Kühlfluids, welche dasselbe weg von der Rotorwelle und hin zum Auslasskanal des Gehäuses der Elektromaschine treibt. Zur Erzeugung einer anderen Leitwirkung und damit zur weiter verbesserten Strömung des Kühlfluids in die Rotorwelle hinein kann vorgesehen sein, dass an der radialen Außenseite der Rotorwelle vorzugsweise unmittelbar neben der radial äußeren Eintrittsöffnung des wenigstens einen Einströmkanals ein radial nach außen weisendes Leitelement an der radialen Außenoberfläche der Rotorwelle ausgebildet oder befestigt ist. Dieses Leitelement kann beispielsweise die Form einer Lippe oder eines Rings haben. Es leitet aufgrund seiner Ausbildung und Anordnung das Kühlflu- id in den Einströmkanal hinein.
Um eine solche Leitwirkung auch radial innerhalb der Rotorwelle zu erzeugen, kann vorgesehen sein, dass vorzugsweise unmittelbar stromabwärts hinter der radial inneren Austrittsöffnung des wenigstens einen Ausströmkanals an der radialen Innenseite der Rotorwelle ein radial nach innen weisendes Leitelement ausgebildet oder befestigt ist. Auch dieses Leitelement kann beispielsweise als Lippe oder Ring ausgebildet sein.
Die genannten Leitelemente an der radialen Außenseite und der radialen Innenseite der Rotorwelle bewirken bei einer Drehung der Rotorwelle, dass unmittelbar neben den zugeordneten Öffnungen in der Rotorwelle befindliches Kühlfluid in die radial äußere Eintrittsöffnung des wenigstens einen Einströmkanals beziehungsweise in die radial innere Austrittsöffnung des wenigstens einen Ausströmkanals gelenkt wird. Hierdurch ist eine Pumpwirkung erzeugt, welche das Kühlfluid durch die Rotorwelle treibt.
Um eine widerstandsarme Strömung des Kühlfluid innerhalb der Rotorwelle zu gewährleisten, kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass an der radialen Innenseite der Rotorwelle wenigstens eine sich zumindest weitgehend parallel zu deren Längsachse erstreckende Leitvorrichtung angeordnet oder ausgebildet ist. Im einfachsten Fall besteht diese Leitvorrichtung aus einem sich parallel zur Längsachse erstreckendem Leitblech. Die Leitvorrichtung kann aber auch durch wenigstens einen gewundenen Steg gebildet sein, welcher an der Innenseite der Rotorwelle ausgebildet oder befestigt ist, sich radial nach innen erstreckt, und eine schraubenförmige Geometrie aufweist.
Zur weiteren Verbesserung der Einström- und Abströmbedingungen für das Kühlfluid kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Einströmkanal und/oder wenigstens ein Ausströmkanal die Wand der Rotorwelle mit einem geschwungenen Verlauf radial sowie in Umfangsrichtung durchsetzt, wobei die umfangsbezogene Erstreckung dieses geschwungenen Einströmkanals oder geschwungenen Ausströmkanals wenigstens doppelt so groß ist wie die radiale Erstreckung derselben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von mehreren in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Elektromaschine mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 2 einen ersten Querschnitt A-A durch die Rotorwelle gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 einen zweiten Querschnitt B-B durch die Rotorwelle gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Umfangsabschnitts der Rotorwelle gemäß Fig. 1 im Bereich eines schrägen Einströmkanals,
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Umfangsabschnitts der Rotorwelle gemäß Fig. 1 im Bereich eines geschwungen ausgebildeten Einströmkanals, Fig. 6 eine schematische radiale Draufsicht auf eine Rotorwelle mit jeweils einem senkrecht zu deren Längsachse ausgerichteten Einströmkanal und Ausströmkanal, Fig. 7 eine schematische radiale Draufsicht auf eine Rotorwelle mit jeweils einem schräg zur Längsachse der Rotorwelle ausgerichteten Einströmkanal und Ausströmkanal,
Fig. 8 einen Querschnitt A-A durch die Rotorwelle gemäß Fig. 1 , mit sich nach radial innen verengenden Einströmkanälen,
Fig. 9 einen Querschnitt B-B durch die Rotorwelle gemäß Fig. 1 , mit sich nach radial außen verengenden Ausströmkanälen, Fig. 10 eine vergrößerte Querschnittansicht eines sich nach radial innen verengenden Einströmkanals sowie eines prismenförmigen Leitelements an der Außenseite der Rotorwelle, und
Fig. 1 1 eine vergrößerte Querschnittansicht eines sich nach radial außen verengenden Ausströmkanals sowie eines ringförmigen Leitelements an der Innenseite der Rotorwelle.
Die in Fig. 1 dargestellte Elektromaschine 1 ist als Elektromotor ausgebildet. Sie weist ein weitgehend hohlzylindrisches Gehäuse 2 auf, welches an seinen beiden axialen Enden mit jeweils einem Gehäusedeckel 24 verschlossen ist. In dem Gehäuse 2 ist ein sich koaxial zur Längsachse 17 der Elektromaschine 1 erstreckender Stator 3 befestigt. Radial innerhalb des Stators 3 ist eine Rotorwelle 5 angeordnet, welche über wenigstens zwei Wälzlager 11 , 12 in dem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Der Stator 3 und die Rotorwelle 5 sind mit elektromagnetisch wirksamen Komponenten 4, 6 versehen, welche durch einen zylindrischen Luftspalt 7 radial voneinander beabstandet sind. Die elektromagnetisch wirksamen Komponenten 4, 6 sind als Blechpakete, Wicklungen und/oder Permanentmagneten ausgebildet, deren Aufbau und Wirkungsweise den Fachmann bekannt und im Zusammenhang mit der Erfindung nicht relevant sind. Auf deren genaue zeichnerische Darstellung und Beschreibung ist daher verzichtet worden. Zur Kühlung des Stators 3 ist in dem Gehäuse 2 wenigstens ein Kühlwasserkanal 18 ausgebildet, durch den eine Kühlwasserströmung 19 geleitet wird.
Die Rotorwelle 5 ist als Hohlwelle ausgebildet, welche an ihren axialen Enden mit jeweils einem Rotorwellendeckel 9 verschlossen ist. Hierzu sind die Rotorwellendeckel 9 mittels Schrauben 10 an der Rotorwelle 5 befestigt. Dadurch weist die Rotorwelle 5 einen weitgehend geschlossenen zylindrischen Innenraum 8 mit einer radialen Innenseite 34 auf, durch den ein Kühlfluid in Form von Kühlluft leitbar ist. Diese Kühlluft wird der Rotorwelle 5 durch einen radialen Einlasskanal 13 im Gehäuse 2 zugeführt, die nach dem Passieren dieses Einlasskanals 13 in einen einlassseitigen Ringraum 15 gelangt, welcher zwischen dem Gehäuse 2, der Rotorwelle 5, dem ein- lassseitigen Wälzlager 1 1 und den elektromagnetisch wirksamen Komponenten 4, 6 der Elektromaschine 1 ausgebildet ist.
Zur Zuführung und Abführung der Kühlluft in den beziehungsweise aus den Innenraum 8 der Rotorwelle 5 weist diese vier Einströmkanäle 20a, 20b, 20c, 20d und vier Ausströmkanäle 21a, 21 b, 21c, 21d auf, welche die Wand der Rotorwelle 5 von radial außen nach radial innen schräg durchsetzen. Dies ist in den Figuren 2 bis 5 deutlich erkennbar.
Zur Erzielung von strömungstechnisch besonders vorteilhaften Einströmbedingungen für die Kühlluft ist vorgesehen, dass die radial äußeren Eintrittsöffnungen 31 der Einströmkanäle 20a, 20b, 20c, 20d; 20a'; 20a* und/oder die radial äußeren Austrittsöffnungen 32 der Ausströmkanäle 21a, 21 b, 21 c, 21 d; 21a'; 21a* in die Drehrichtung 30 der Rotorwelle 5 weisen. Hierdurch sind die radial äußeren Eintrittsöffnungen 31 der Einströmkanäle sowie die radial äußeren Austrittsöffnungen 32 der Ausströmkanäle strömungstechnisch förderwirksam, sodass ein die Kühlluft förderndes Gerät einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch hat. Fig. 1 zeigt hierzu an der Rotorwelle 5 die Einströmrichtung 25 sowie die Ausströmrichtung 26 der Kühlluft, während die Figuren 2 und 3 verdeutlichen, dass sich die einströmende Kühlluft in mehrere einströmende Teilströme 25a, 25b, 25c, 25d aufteilt, welche durch jeweils einen zugeordneten Einströmkanal 20a, 20b, 20c, 20d in den Innenraum 8 der Rotorwelle 5 einströmen. Auf der Abströmseite der Rotorwelle 5 wird die erwärmte Kühlluft in vier ausströmende Teilströme 26a, 26b, 26c, 26d aufteilt, welche durch jeweils einen zugeordneten Ausströmkanal 21 a, 21 b, 21c, 21 d den Innenraum 8 der Rotorwelle 5 in Richtung zu einem abströmseitigen zweiten Ringraum 16 verlassen. Von dort gelangt die erwärmte Kühlluft über einen Auslasskanal 14 im Gehäuse 2 in die Umgebung. Die radial innen im Gehäuse 2 ausgebildete Eintrittsöffnung 29 des Auslasskanals 14 verläuft vorzugsweise etwas tangential zur radialen Außenseite 33 der Rotorwelle 5.
Fig. 4 verdeutlicht, dass der Anstellwinkel a der Einströmkanäle 20a, 20b, 20c, 20d; 20a'; 20a* und/oder der Ausströmkanäle 21a, 21 b, 21 c, 21 d; 21a'; 21a* zur Flächen- normalen 23 an der radialen Außenseite der Rotorwelle 5 im Bereich des jeweiligen Einströmkanals oder Ausströmkanals einen Wert von 2° bis 88° aufweist, einschließlich der Bereichsgrenzen. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel beträgt der Anstellwinkel a etwa 45° zur Flächennormalen 23, welche mit einem Winkel b = 90° senkrecht auf der durch die radial äußeren Eintrittsöffnung 42 gebildeten kreisförmigen oder leicht elliptischen gedachten Fläche steht.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Rotorwelle 5 ist vorgesehen, dass zumindest ein Einströmkanal 20a* und/oder zumindest ein Ausströmkanal 2 a* die Wand die Rotorwelle 5 mit einem geschwungenen Verlauf radial sowie in Umfangs- richtung durchsetzt. Hierbei ist die umfangsbezogene Erstreckung 27 dieses geschwungenen Einströmkanals 20a* oder geschwungenen Ausströmkanals 20a* wenigstens doppelt so groß wie die radiale Erstreckung 28 des Einströmkanals 20a* oder Ausströmkanals 20a*. Mittels des geschwungenen Verlaufs des Einströmkanals 20a* oder Ausströmkanals 20a* ist die Einströmrichtung sowie der Drall der in den Innenraum 8 der Rotorwelle 5 einzuleitenden beziehungsweise aus diesem abzuführenden Kühlluft besonders gut einstellbar.
Fig. 6 zeigt, dass wenigstens ein Einströmkanal 20a und wenigstens ein Ausströmkanal 21a der Rotorwelle 5 im rechten Winkel c1 zur Längsachse 17 der Rotorwelle 5 ausgerichtet sein kann. Die Erzeugung derartig ausgerichteter Einströmkanäle und Ausströmkanäle an der Rotorwelle 5 ist fertigungstechnisch vergleichsweise einfach. Um der durch den Innenraum 8 der Rotorwelle 5 zu leitenden Kühlluft einen in Förderrichtung der Kühlluft wirksamen Drall zu verleihen, kann gemäß der in Fig. 7 dargestellten Variante vorgesehen sein, dass wenigstens ein Einströmkanal 20a' und/oder wenigstens ein Ausströmkanal 21 a' der Rotorwelle 5 in einem Winkel c2 von 5° bis 85° zur Längsachse 17 der Rotorwelle 5 ausgerichtet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel c2 etwa 75°.
Die Figuren 8 bis 1 1 zeigen Weiterbildungen bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Elektromaschine 1 beziehungsweise dessen Rotorwelle 5, mittels denen das Einströmen des Kühlfluids in die Rotorwelle 5, der Transport des Kühlfluids in- nerhalb der Rotorwelle sowie das Verlassen der Rotorwelle vorteilhaft beeinflusst wird.
So ist zunächst vorgesehen, dass die radial äußere Eintrittsöffnung 43 der Einströmkanäle 40a, 40b, 40c, 40d jeweils in die Drehrichtung 30 der Rotorwelle 5 weist, und dass die radial äußere Austrittsöffnung 45 der Ausströmkanäle 41a, 41 b, 41 c, 41 d jeweils entgegengesetzt zur Drehrichtung 30 der Rotorwelle 5 weist. Hierdurch wird das Kühlfluid beim Drehen der Rotorwelle 5 zwangsweise in die Einströmkanäle 40a, 40b, 40c, 40d hinein befördert und im Bereich der Ausströmkanäle 41 a, 41 b, 41c, 41 d aus diesen heraus gesogen. Die Einströmrichtung 25 und die Ausströmrichtung 26 des Kühlfluids sind in den Figuren durch Strömungspfeile angedeutet.
Außerdem zeigen die Figuren 8 und 9, insbesondere aber die Detailansichten der Figuren 10 und 1 1 , dass gemäß einer anderen Ausführungsform die Einströmkanäle 40a, 40b, 40c, 40d sowie die Ausströmkanäle 41a, 41 b, 41c, 41 d keinen konstanten Strömungsquerschnitt aufweisen, sondern strömungseintrittseitig eine größere Eintrittsöffnung aufweisen als strömungsaustrittseitig. So zeigt Fig. 10 deutlich, dass bei dem beispielhaft dargestellten Einströmkanal 40b dessen radial äußere Eintrittsöffnung 43 größer ist als seine radial innere Eintrittsöffnung 42. Hierdurch wird in den Einströmkanal 40b einströmendes Kühlfluid entlang seiner Einströmrichtung 25 unter Druckerhöhung etwas komprimiert. Der Austritt des Kühlfluids aus dem zylindrischen Hohlraum 8 der Rotorwelle 5 erfolgt unter anderem über den in Fig. 10 dargestellten Ausströmkanal 41 b, dessen radial innere Austrittsöffnung 44 größer ist als dessen radial äußere Austrittsöffnung 45. Hierbei folgt das Kühlfluid der Ausströmrichtung 26. Durch die beschriebene Geometrie des Ausströmkanals 41 b sowie der ebenso ausgebildeten weiteren Ausströmkanäle 41a, 41 c, 41 d wird das Kühlfluid beim Verlassen der Rotorwelle 5 weiter komprimiert. Bei seinem Austritt aus dem jeweiligen Ausströmkanal 41a, 41 b, 41c, 41 d expandiert das Kühlfluid und wird dadurch von der Rotorwelle 5 weggeleitet, und zwar hin zu dem Auslasskanal 14 im Gehäuse 2 der Elektromaschine 1 , welcher als Drucksenke wirkt. Zur weiteren Verbesserung des Einströmens und des Ausströmens des Kühlfluids in die beziehungsweise aus der Rotorwelle 5 sind, wie die Figuren 10 und 11 zeigen, an der radialen Außenseite 33 und/oder an der radialen Innenseite 34 der Rotorwelle 5 Leitelemente 50, 52 befestigt oder ausgebildet. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist unmittelbar neben der radial äußeren Eintrittsöffnung 43 des Einströmkanals 40b ein ringförmiges und im Querschnitt etwa prismenförmiges Leitelement 50 befestigt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 1 ist das Leitelement 52 durch einen im Querschnitt kreisförmigen Ring gebildet, welcher stromabwärts unmittelbar hinter der radial inneren Austrittsöffnung 44 des Ausströmkanals 41 a in einer nicht weiter bezeichneten Aufnahmenut der Rotorwelle 5 eingesetzt ist. Diese Leitelemente 50, 52 bilden für das dort anstehende Kühlfluid einen Strömungswiderstand, welcher das Kühlfluid dazu veranlasst, in den jeweils zugeordneten Einströmkanal 40b beziehungsweise Ausströmkanal 41 b einzuströmen.
Schließlich zeigen die Figuren 8 und 9, dass an der radialen Innenseite 34 der Rotorwelle 5 Leitvorrichtung 55, 56, 57, 58 angeordnet oder ausgebildet sein können, welche sich im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse 17 der Rotorwelle 5 erstrecken. Diese Leitvorrichtungen 55, 56, 57, 58 können beispielsweise als Leitbleche ausgebildet sein und bewirken eine ruhige, wenig turbulente Strömung des Kühlfluids durch die Rotorwelle 5 hindurch. Die Leitvorrichtungen können auch durch einen oder mehrere radial nach innen weisende Stege gebildet sein, welche an der Innenseite 34 der Rotorwelle 5 angeordnet oder ausgebildet sind, und die eine schraubenförmige Geometrie aufweisen.
Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar und nutzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten. Bezugzeichenliste
Elektromaschine
Gehäuse
Stator
Elektromagnetisch wirksame Komponente am Stator
Rotorwelle
Elektromagnetisch wirksame Komponente an der Rotorwelle
Luftspalt
Innenraum der Rotorwelle
Rotorwellendeckel
Schrauben
Erstes Wälzlager
Zweites Wälzlager
Einlasskanal im Gehäuse
Auslasskanal im Gehäuse
Erster Ringraum
Zweiter Ringraum
Längsachse der Rotorwelle
Kühlwasserkanal
Kühlwasserströmung
a Erster Einströmkanal der Rotorwelle
b Zweiter Einströmkanal der Rotorwelle
c Dritter Einströmkanal der Rotorwelle
d Vierter Einströmkanal der Rotorwelle
a' Zur Längsachse 17 schräg gestellter Einströmkanal
a* Geschwungen ausgebildeter Einströmkanal
a Erster Ausströmkanal der Rotorwelle
b Zweiter Ausströmkanal der Rotorwelle
c Dritter Ausströmkanal der Rotorwelle
d Vierter Ausströmkanal der Rotorwelle
a' Zur Längsachse der Rotorwelle schräg gestellter erster Ausströmkanal a* Geschwungen ausgebildeter Ausströmkanal
Flächennormale im Bereich des Einströmkanals oder Ausströmkanals Gehäusedeckel
Einströmrichtung eines Kühlfluids
a Erster einströmender Teilstrom des Kühlfluids
b Zweiter einströmender Teilstrom des Kühlfluids
c Dritter einströmender Teilstrom des Kühlfluids
d Vierter einströmender Teilstrom des Kühlfluids
Ausströmrichtung eines Kühlmediums
a Erster ausströmender Teilstrom des Kühlfluids
b Zweiter ausströmender Teilstrom des Kühlfluids
c Dritter ausströmender Teilstrom des Kühlfluids
d Vierter ausströmender Teilstrom des Kühlfluids
Umfangsbezogene Erstreckung des geschwungenen Einströmkanals oder Ausströmkanals
Radiale Erstreckung des geschwungenen Einströmkanals
oder Ausströmkanals
Eintrittsöffnung des Auslasskanals 14 im Gehäuse
Rotationsrichtung der Rotorwelle
Radial äußere Eintrittsöffnung
Radial äußere Austrittsöffnung
Radiale Außenseite der Rotorwelle
Radiale Innenseite der Rotorwelle
a Erster, sich verengender Einströmkanal
b Zweiter, sich verengender Einströmkanal
c Dritter, sich verengender Einströmkanal
d Vierter, sich verengender Einströmkanal
a Erster, sich verengender Ausströmkanal
b Zweiter, sich verengender Ausströmkanal
c Dritter, sich verengender Ausströmkanal
d Vierter, sich verengender Ausströmkanal
Radial innere Eintrittsöffnung des Einströmkanals 40b Radial äußere Eintrittsöffnung des Einströmkanals 40b Radial innere Austrittsöffnung des Ausströmkanals 41 b Radial äußere Austrittsöffnung des Ausströmkanals 41 b Radial nach außen weisendes Leitelement an der Rotorwelle Radial nach innen weisendes Leitelement an der Rotorwelle Erste Leitvorrichtung innerhalb der Rotorwelle
Zweite Leitvorrichtung innerhalb der Rotorwelle
Dritte Leitvorrichtung innerhalb der Rotorwelle
Vierte Leitvorrichtung innerhalb der Rotorwelle

Claims

Patentansprüche
1. Elektromaschine (1 ), ausgebildet als Motor und/oder als Generator, aufweisend ein Gehäuse (2), einen mit dem Gehäuse (2) drehfest verbundenen Stator (3), sowie eine koaxial und radial innerhalb des Stators (3) angeordnete Rotorwelle (5), bei welcher der Stator (3) und die Rotorwelle (5) elektromagnetisch wirksame Komponenten (4; 6) tragen, zwischen denen ein hohlzylindrischer Luftspalt (7) ausgebildet ist, bei welcher die Rotorwelle (5) einen zylindrischen Innenraum (8) aufweist, der an seinen beiden axialen Enden verschlossen ist, bei welcher die Rotorwelle (5) zur Einleitung eines Kühlfluids in deren Innenraum (8) wenigstens einen radial ausgerichteten Einströmkanal (20a, 20b, 20c, 20d; 20a'; 20a*; 40a, 40b, 40c, 40d) sowie zur Ausleitung des Kühlfluids wenigstens einen radial ausgerichteten Ausströmkanal (21 a, 21 b, 21 c, 21d; 21 a'; 21a*; 41a, 41 b, 41c, 41d) aufweist, und bei welcher das Kühlfluid über wenigstens einen Einlasskanal (13) im Gehäuse (2) zur Rotorwelle (5) hin und über wenigstens einen Auslasskanal (14) im Gehäuse (2) von dieser weg leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einströmkanal (20a, 20b, 20c, 20d; 20a'; 20a*; 40a, 40b, 40c, 40d) und/oder wenigstens ein Ausströmkanal (21 a, 21 b, 21 c, 21d; 21 a'; 21a*; 41a, 41 b, 41c, 41 d) die Wandung der Rotorwelle (5) unter einem Anstellwinkel (a, c1 , c2) radial und schräg durchsetzt.
2. Elektromaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Eintrittsöffnung (31) des wenigstens einen Einströmkanals (20a, 20b, 20c, 20d; 20a'; 20a*) und/oder die radial äußere Austrittsöffnung (32) des wenigstens einen Ausströmkanals (21 a, 21 b, 21 c, 21 d; 21 a'; 21a*) in die Drehrichtung (30) der Rotorwelle (5) weist.
3. Elektromaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Eintrittsöffnung (43) des wenigstens einen Einströmkanals (40a, 40b, 40c, 40d) in die Drehrichtung (30) der Rotorwelle (5) weist, und dass die radial äußere Austritts¬ öffnung (45) des wenigstens einen Ausströmkanals (41 a, 41 b, 41 c, 41 d) entgegen¬ gesetzt zur Drehrichtung (30) der Rotorwelle (5) weist.
4. Elektromaschine einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (a) des wenigstens einen Einströmkanals (20a, 20b, 20c, 20d; 20a'; 20a*, 40a, 40b, 40c, 40d) und/oder des wenigstens einen Ausströmkanals (21a, 21 b, 21 c, 21d; 21a'; 21 a*, 41 a, 41 b, 41 c, 41 d) zur Flächennormalen (23) an der radialen Außenseite (33) der Rotorwelle (5) im Bereich des jeweiligen Einströmkanals oder Ausströmkanals einen Wert von 2° bis 88° aufweist, einschließlich der Bereichsgrenzen.
5. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einströmkanal (20a) und/oder wenigstens ein Ausströmkanal (21 a) der Rotorwelle (5) im rechten Winkel (c1) zur Längsachse (17) der Rotorwelle (5) ausgerichtet ist.
6. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einströmkanal (20a') und/oder wenigstens ein Ausströmkanal (21 a') der Rotorwelle (5) in einem Winkel (c2) von 5° bis 85° zur Längsachse (17) der Rotorwelle (5) ausgerichtet ist, einschließlich der Bereichsgrenzen.
7. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens ein Einströmkanal (20a*) und/oder wenigstens ein Ausströmkanal (21a*) die Wand die Rotorwelle (5) mit einem geschwungenen Verlauf radial sowie in Umfangsrichtung durchsetzt, wobei die umfangsbezogene Erstreckung (27) dieses geschwungenen Einströmkanals (20a*) oder geschwungenen Ausströmkanals (21a*) wenigstens doppelt so groß ist wie die radiale Erstreckung (28) derselben.
8. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen ausgebildete Eintrittsöffnung (43) des wenigstens einen Einströmkanals (40a, 40b, 40c, 40d) größer ist als dessen radial innen ausgebildete Ein¬ trittsöffnung (42).
9. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innen ausgebildete Austrittsöffnung (44) des wenigstens einen Ausströmkanals (41 a, 41 b, 41 c, 41 d) größer ist als dessen radial außen ausgebildete Austrittsöffnung (45).
10. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben der radial äußeren Eintrittsöffnung (43) des wenigstens einen Einströmkanals (40a, 40b, 40c, 40d) an der Außenseite (33) der Rotorwelle (5) ein radial nach außen weisendes Leitelement (50) ausgebildet oder angeordnet ist.
1 1. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar stromabwärts hinter der radial inneren Austrittsöffnung (44) des wenigstens einen Ausströmkanals (41 a, 41 b, 41c, 41 d) an der Innenseite (34) der Rotorwelle (5) ein radial nach innen weisendes Leitelement (52) ausgebildet oder angeordnet ist.
12. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Innenseite (33) der Rotorwelle (5) wenigstens eine sich parallel zur deren Längsachse (17) erstreckende Leitvorrichtung (55, 56, 57, 58) angeordnet oder ausgebildet ist.
13. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Innenseite (33) der Rotorwelle (5) eine Leitvorrichtung (55, 56, 57, 58) angeordnet oder ausgebildet ist, welche wenigstens einen sich nach radial innen erstreckenden, schraubenförmig ausgebildeten Steg aufweist.
14. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (29) des Auslasskanals (14) im Gehäuse (2) tangential zur radialen Außenseite (33) der Rotorwelle (5) ausgerichtet ist.
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