WO2021176309A1 - Rotoranordnung mit flüssigkeitsgekühltem rotor - Google Patents

Rotoranordnung mit flüssigkeitsgekühltem rotor Download PDF

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WO2021176309A1
WO2021176309A1 PCT/IB2021/051589 IB2021051589W WO2021176309A1 WO 2021176309 A1 WO2021176309 A1 WO 2021176309A1 IB 2021051589 W IB2021051589 W IB 2021051589W WO 2021176309 A1 WO2021176309 A1 WO 2021176309A1
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rotor
flow
end plate
motor shaft
cooling channels
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Inventor
André Zolko Gasko
Original Assignee
Nidec Corporation
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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
    • H02K1/32—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
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a rotor arrangement with the features of the preamble of claim 1 and a permanent magnet synchronous motor with the features of the preamble of claim 9.
  • PMSM Permanent magnet synchronous motors
  • the rotor is provided with permanent magnets.
  • a stator is arranged around the motor and carries a number of windings on an iron core. When properly controlled, the windings generate a magnetic field that drives the rotor to rotate.
  • Electric motors with a high specific power are limited in the power output due to their self-heating. It is therefore known to cool the rotor by means of liquid coolants.
  • the coolant is fed into the electric motor via a motor shaft designed as a hollow shaft.
  • the coolant is injected into the motor either directly or through appropriately positioned and designed rotor end plates via openings in the motor shaft inside the motor.
  • the coolant openings are typically located near the end faces of the rotor. With this principle, the power loss generated is primarily dissipated at the end faces of the rotor and stator, as well as at the winding ends.
  • the heated coolant then flows back into the cooling circuit through openings in the housing.
  • the fundamental disadvantage of this principle is a relatively poor heat transfer, especially from the central area of the rotor, stator and windings.
  • the resulting warm spots in the rotor require the use of expensive ones High-temperature magnets or, alternatively, the reduction of the power density of the drive (increased installation space requirement).
  • a rotor arrangement comprising a motor shaft, a rotor and two rotor end plates, each of which at least partially covers an end face of the rotor, is provided, the motor shaft being surrounded by the rotor, and the motor shaft being designed as a hollow shaft with an open end and a second end is, wherein the open end forms an inflow for a cooling medium and the hollow shaft forms a main channel for the throughflow of the cooling medium.
  • the cooling medium is preferably a liquid, in particular oil.
  • the main channel has a branch formed by a first bore in the hollow shaft in the area of the open end and a corresponding first opening in a first rotor end plate, the branch being connected to a plurality of cooling channels in terms of flow by means of the first rotor end plate.
  • the cooling channels pass through the rotor and are arranged in a first partial area of the rotor.
  • the hollow shaft has a second bore in the area of the second end, which forms a flow channel with a corresponding second opening in a second rotor end plate, the flow channel being fluidly connected to a plurality of cooling channels by means of the second rotor end plate.
  • These cooling channels also pass through the rotor and are arranged in a second sub-area of the rotor, so that the cooling channels in the first sub-area can flow through in the opposite direction to the cooling channels in the second sub-area.
  • This rotor arrangement allows a main flow of the cooling medium to be branched off and two subregions of the rotor in opposite directions Direction are flowed through. This results in uniform cooling of the arrangement.
  • the second end is preferably a closed end. However, it can also be provided that the second end is an open end and the flow of the cooling medium flowing through the entire hollow shaft is collected in another area.
  • one longitudinal half of the rotor each forms one of the two subregions.
  • the cooling channels preferably extend parallel to the longitudinal axis and preferably pass through the rotor from one end face to the other end face over the entire length.
  • Rotor end plate the same. Their installation position in the rotor arrangement is rotated by 180 ° around the longitudinal axis and by 180 ° around the transverse axis with respect to one another.
  • Each rotor end plate is preferably an annular plate with a central opening through which the motor shaft passes in the installed state, with elevations being arranged on a surface facing the end face of the rotor in the installed state, which form two separate flow areas in the installed state each having a radial opening, one of the openings forming the fluidic connection to the main channel and the other opening forming an outflow from the rotor assembly.
  • the two flow regions are preferably formed by two concentric and annular elevations, which are separated from one another by two elevations which are opposite one another in the circumferential direction and which extend in the radial direction.
  • the flow areas are of the same size.
  • a permanent magnet synchronous motor with a previously described rotor arrangement wherein the rotor comprises permanent magnets and the cooling channels pass close to the permanent magnets.
  • the corresponding channels are preferably positioned close to the permanent magnets used, but without adversely affecting the magnetic flux.
  • Figure 1 a schematic representation of a longitudinal section through a rotor arrangement
  • Figure 2 a three-dimensional representation of the rotor, as well
  • Figure 3 a three-dimensional representation of two rotor end plates of the rotor assembly.
  • a rotor 1 of an internal rotor PMSM is shown.
  • the rotor 1 surrounds a motor shaft 2 and is fastened to it in a rotationally fixed manner.
  • the rotor arrangement 3 comprising rotor 1 and motor shaft 2 is constructed coaxially.
  • the inside of the rotor 1 is in contact with the outside of the motor shaft 2.
  • the motor shaft 2 is designed as a hollow shaft with an open end 4 and a closed end 5. It has a circular cylindrical inner and outer profile.
  • the end faces of the rotor 6, 7 are each covered by a rotor end plate 8, 9, which is also part of the rotor assembly 3.
  • the rotor arrangement 3 has cooling channels 10 through which a liquid cooling medium, in particular oil, flows along the arrows for the purpose of removing heat.
  • a main flow of the cooling medium is branched off.
  • the main current flows through the hollow shaft 2 along the longitudinal axis 100 of the rotor assembly 3.
  • the motor shaft 2 has a first radial bore 11 which penetrates the wall of the motor shaft 2 and plate in a region of the open end 4 of the motor shaft, at the level of a first rotor end 8 is arranged.
  • the cooling medium thus flows into the open End 4 of the motor shaft and is then branched off.
  • the first rotor end plate 8 has an annular plate 13 with a central opening 14 which, in the installed state, is penetrated by the motor shaft.
  • the first rotor end plate 8 has a first circumferential, annular elevation 15 on one surface, in the installed position facing the end face of the rotor, which attaches to the inside of the annular plate 13 and thus partially forms the opening 14.
  • a second circumferential, annular elevation 16 is provided seated on the same surface on the outside. This second elevation 16 delimits the plate 13 outward in the radial direction. Both elevations 15, 16 extend perpendicular to the surface of the plate 13.
  • This area 17 is divided into two flow areas 18, 19.
  • two elevations 20, 21 extending in the radial direction are provided opposite one another in the circumferential direction, which prevent a flow of the cooling medium from one flow area 18 into the other flow area 19 and vice versa.
  • the flow areas 18, 19 are of the same size.
  • an opening 22 is provided in the first elevation 15 which enables the cooling medium to flow from the motor shaft 2 into the first flow area 18.
  • the opening 22 of the first elevation 15 of the first rotor end plate 8 is congruent with the first radial bore 11 of the motor shaft 2, as illustrated in FIG.
  • Part of the cooling medium flow thus flows through the first radial bore 11 into the first flow area 18 of the first rotor end plate 8 and from there through cooling channels 23 of the rotor 1 connected to the first flow area 18 spatial view.
  • the cooling channels 23 of the rotor 1 run tightly past the magnets (not shown).
  • the cooling channels 23 preferably extend parallel to the longitudinal axis 100. Preferably a large number of small cooling channels are provided.
  • cooling medium flows through only a first half 24 of the rotor 1 in the direction of the main flow.
  • the remainder of the cooling medium flow flows through the hollow shaft 2 up to a second radial bore 25, which is arranged in the region of the closed end 5 of the motor shaft 2 at the level of a second rotor end plate 9.
  • the second radial bore 25 lies opposite the first radial bore 11 in the circumferential direction.
  • the second radial bore 25 establishes a connection between the interior of the hollow shaft 2 and the second rotor end plate 9.
  • the second rotor turning plate 9 is constructed in exactly the same way as the first rotor end plate 8. However, the installation position is different.
  • the opening 22 in the first elevation 15 of the second rotor end plate 9 is in the installed state in the circumferential direction opposite the opening 22 of the first elevation 15 of the first rotor end plate 8.
  • the opening 22 in the first elevation 15 of the second rotor end plate 9 thus closes, as shown in Figure 1, to the second radial bore 25, so that the coolant can flow into a first flow area 18 of the second rotor end plate 9.
  • the first flow area 18 of the second rotor end plate 9 is thus with respect to the longitudinal axis 100 opposite the first flow area 18 of the first rotor end plate 8.
  • the rotor arrangement according to the invention allows the cooling medium to be distributed within the motor in order to dissipate heat from the end faces of the stator and the winding ends.
  • the flow of coolant inside the rotor increases the heat transfer, particularly in the middle of the assembly. The formation of warm areas can be prevented. In addition, the mean temperature of the magnets is reduced.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung (3) aufweisend eine Motorwelle (2), einen Rotor (1) und zwei Rotorendplatten (8, 9), die jeweils eine Stirnseite des Rotors (1) zumindest teilweise abdecken, wobei die Motorwelle (2) von dem Rotor (1) umgeben ist und die Motorwelle (2) als Hohlwelle mit einem offenen Ende (4) und einem zweiten Ende (5) ausgebildet ist, wobei das offene Ende (4) einen Zufluss für ein Kühlmedium und die Hohlwelle einen Hauptkanal zum Durchfluss des Kühlmediums bildet, der eine Abzweigung aufweist, die von einer ersten Bohrung (11) in der Hohlwelle (2) im Bereich des offenen Endes (4) und einer korrespondierenden Öffnung (22) in einer ersten Rotorendplatte (8) gebildet ist, wobei die Abzweigung mit einer Vielzahl an Kühlkanälen (23) strömungsmäßig mittels der ersten Rotorendplatte (8) verbunden ist, die den Rotor (1) durchsetzen und die in einem ersten Teilbereich (24) des Rotors (1) angeordnet sind, und wobei die Hohlwelle (2) im Bereich des zweiten Endes (5) eine zweite Bohrung (25) aufweist, die mit einer korrespondierenden Öffnung (22) in einer zweiten Rotorendplatte (9) einen Strömungskanal ausbildet, wobei der Strömungskanal mit einer Vielzahl an Kühlkanälen (23) mittels der zweiten Rotorendplatte (9) strömungsmäßig verbunden ist, die den Rotor (1) durchsetzen und die in einem zweiten Teilbereich (26) des Rotors (1) angeordnet sind, so dass die Kühlkanäle (23) im ersten Teilbereich (24) in entgegengesetzter Richtung zu den Kühlkanälen (23) im zweiten Teilbereich (26) durchströmbar sind.

Description

Rotoranordnung mit flüssigkeitsgekühltem Rotor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) umfassen einen Rotor, der mit einer Motorwelle verbunden ist und in einem Gehäuse drehbar gelagert ist.
Der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen. Um den Motor herum ist ein Stator angeordnet, der auf einem Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt. Bei geeigneter Ansteuerung erzeugen die Wicklungen ein Magnetfeld, das den Rotor zur Rotation antreibt.
Elektromotoren mit hoher spezifischer Leistung sind durch ihre Eigenerwärmung in der Leistungsabgabe begrenzt. Es ist daher bekannt, den Rotor mittels flüssiger Kühlmittel zu kühlen. Das Kühlmittel wird über eine als Hohlwelle konzipierte Motorwelle in den Elektromotor geleitet. Über Öffnungen in der Motorwelle im Inneren des Motors wird das Kühlmittel entweder direkt oder über entsprechend positionierte und ausgeführte Rotorendplatten in den Motor gespritzt. Typischerweise befinden sich die Kühlmittelöffnungen nahe den Stirnseiten des Rotors. Bei diesem Prinzip wird die erzeugte Verlustleistung primär an den Stirnseiten von Rotor und Stator, sowie an den Wicklungsenden abgeführt. Das erwärmte Kühlmittel fließt anschließend über Öffnungen im Gehäuse zurück in den Kühlkreislauf. Der grundlegende Nachteil dieses Prinzips ist eine relativ schlechte Wärmeübertragung, insbesondere aus dem mittleren Bereich von Rotor, Stator und Wicklungen. Die dadurch entstehenden warmen Stellen im Rotor erfordern den Einsatz von teuren Hochtemperaturmagneten oder alternativ die Reduzierung der Leistungsdichte des Antriebs (Erhöhung Bauraumbedarf).
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Rotoranordnung und einen Permanentmagnet-Synchronmotoren anzugeben, die eine effiziente Kühlung im mittleren Bereich des Rotors aufweisen.
Diese Aufgabe wird von einer Rotoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Permanentmagnet-Synchronmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach ist eine Rotoranordnung aufweisend eine Motorwelle, einen Rotor und zwei Rotorendplatten, die jeweils eine Stirnseite des Rotors zumindest teilweise abdecken, vorgesehen, wobei die Motorwelle von dem Rotor umgeben ist, und wobei die Motorwelle als Hohlwelle mit einem offenen Ende und einem zweiten Ende ausgebildet ist, wobei das offene Ende einen Zufluss für ein Kühlmedium und die Hohlwelle einen Hauptkanal zum Durchfluss des Kühlmediums bildet. Das Kühlmedium ist bevorzugt eine Flüssigkeit, insbesondere Öl. Der Hauptkanal weist eine Abzweigung auf, die von einer ersten Bohrung in der Hohlwelle im Bereich des offenen Endes und einer korrespondierenden ersten Öffnung in einer ersten Rotorend platte gebildet ist, wobei die Abzweigung mit einer Vielzahl an Kühlkanälen strömungsmäßig mittels der ersten Rotorendplatte verbunden ist. Die Kühlkanäle durchsetzen den Rotor und sind in einem ersten Teilbereich des Rotors angeordnet. Die Hohlwelle weist im Bereich des zweiten Endes eine zweite Bohrung auf, die mit einer korrespondierenden zweiten Öffnung in einer zweiten Rotorendplatte einen Strömungskanal ausbildet, wobei der Strömungskanal mit einer Vielzahl an Kühlkanälen mittels der zweiten Rotorend platte strömungsmäßig verbunden ist. Diese Kühlkanäle durchsetzen ebenfalls den Rotor und sind in einem zweiten Teilbereich des Rotors angeordnet, so dass die Kühlkanäle im ersten Teilbereich in entgegengesetzter Richtung zu den Kühlkanälen im zweiten Teilbereich durchströmbar sind.
Diese Rotoranordnung erlaubt es, dass ein Hauptstrom des Kühlmediums abgezweigt wird und zwei Teilbereiche des Rotors in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Kühlung der Anordnung. Das zweite Ende ist bevorzugt ein geschlossenes Ende. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das zweite Ende ein offenes Ende ist und der durch die gesamte Hohlwelle fließende Strom des Kühlmediums in einem anderen Bereich gesammelt wird.
Vorzugsweise bildet jeweils eine Längshälfte des Rotors einen der zwei Teilbereiche.
Die Kühlkanäle erstrecken sich bevorzugt parallel zur Längsachse und durchsetzen vorzugsweise den Rotor von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite, über die gesamte Länge.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die erste und zweite
Rotorend platte gleich. Ihre Einbaulage ist in der Rotoranordnung um 180° um die Längsachse und um 180° um die Querachse zueinander gedreht.
Vorzugsweise ist eine jede Rotorend platte eine ringförmige Platte mit einer zentralen Öffnung, die im eingebauten Zustand von der Motorwelle durchsetzt wird, wobei auf einer Oberfläche, in Einbaulage zur Stirnseite des Rotors hinzeigend, Erhebungen angeordnet sind, die im montierten Zustand zwei voneinander getrennte Strömungsbereiche ausbilden, die jeweils eine radiale Öffnung haben, wobei eine der Öffnungen die strömungsmäßige Verbindung zum Hauptkanal und die andere Öffnung einen Abfluss aus der Rotoranordnung bildet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die getrennten Strömungsbereiche in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmbar sind.
Vorzugsweise sind die beiden Strömungsbereiche durch zwei konzentrische und kreisringförmige Erhebung gebildet, die durch zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende und in Radialrichtung erstreckende Erhebungen voneinander getrennt sind.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strömungsbereiche gleich groß sind. Weiterhin ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer zuvor beschriebenen Rotoranordnung vorgesehen, wobei der Rotor Permanentmagnete umfasst und die Kühlkanäle dicht an den Permanentmagneten vorbeilaufen. Die entsprechenden Kanäle sind vorzugsweise nahe der eingesetzten Permanentmagnete positioniert, ohne aber den magnetischen Fluss negativ zu beeinflussen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Rotoranordnung,
Figur 2: eine räumliche Darstellung des Rotors, sowie
Figur 3: eine räumliche Darstellung zweier Rotorend platten der Rotoranordnung.
In Figur 1 ist ein Rotor 1 eines Innenläufer-PMSM dargestellt. Der Rotor 1 umgibt eine Motorwelle 2 und ist an dieser drehfest befestigt. Die Rotoranordnung 3 aus Rotor 1 und Motorwelle 2 ist koaxial aufgebaut. Die Innenseite des Rotors 1 liegt in Anlage mit der Außenseite der Motorwelle 2. Die Motorwelle 2 ist als Hohlwelle mit einem offenen Ende 4 und einem geschlossenen Ende 5 ausgebildet. Sie weist ein kreiszylindrisches Innen- und Außenprofil auf. Die Stirnseiten des Rotors 6,7 sind jeweils von einer Rotorend platte 8,9 abgedeckt, die ebenfalls Teil der Rotoranordnung 3 ist. Die Rotoranordnung 3 weist Kühlkanäle 10 auf, durch die entlang der Pfeile ein flüssiges Kühlmedium, insbesondere Öl, zum Abtransport von Wärme fließt.
Zur effektiven Kühlung des Rotors 1 wird ein Hauptstrom des Kühlmediums abgezweigt. Der Hauptstrom fließt durch die Hohlwelle 2 entlang der Längsachse 100 der Rotoranordnung 3. Die Motorwelle 2 weist eine erste radiale Bohrung 11 auf, die die Wandung der Motorwelle 2 durchsetzt und in einem Bereich des offenen Endes 4 der Motorwelle, auf Höhe einer ersten Rotorend platte 8 angeordnet ist. Das Kühlmedium fließt somit in das offene Ende 4 der Motorwelle und wird dann abgezweigt. Der Hauptstrom fließt weiter durch die Motorwelle entlang der Längsachse und der abgezweigte Strom fließt in Radialrichtung zur Längsachse der Motorwelle durch die erste radiale Bohrung 11 in die erste Rotorend platte 8 und wird von dort ausgehend in eine erste Hälfte 12 des Rotors 1 geleitet. Wie in Figur 3 dargestellt, weist die erste Rotorendplatte 8 eine ringförmige Platte 13 mit einer zentralen Öffnung 14 auf, die im eingebauten Zustand von der Motorwelle durchsetzt wird. Die erste Rotorend platte 8 weist auf einer Oberfläche, in Einbaulage zur Stirnseite des Rotors hinzeigend, eine erste umfangseitige, kreisringförmige Erhebung 15 auf, die an die Innenseite der ringförmigen Platte 13 ansetzt und somit die Öffnung 14 teilweise mit ausbildet. Eine zweite umfangseitige, kreisringförmige Erhebung 16 ist auf der gleichen Oberfläche an der Außenseite sitzend vorgesehen. Diese zweite Erhebung 16 begrenzt die Platte 13 in Radialrichtung nach außen. Beide Erhebungen 15,16 erstrecken sich senkrecht zur Oberfläche der Platte 13. Die beiden konzentrisch zueinander ausgebildeten Erhebungen 15,16 bilden einen ringförmigen Bereich 17 aus, der zur Leitung des Kühlmediums dient. Dieser Bereich 17 ist in zwei Strömungsbereiche 18,19 unterteilt. Dazu sind in Umfangsrichtung gegenüberliegend zwei sich in Radialrichtung erstreckende Erhebungen 20,21 vorgesehen, die einen Fluss des Kühlmediums von einem Strömungsbereich 18 in den anderen Strömungsbereich 19 und vice versa verhindern. Die Strömungsbereiche 18,19 sind gleich groß. In der Mitte eines ersten Strömungsbereichs 18 ist in der ersten Erhebung 15 eine Öffnung 22 vorgesehen, die einen Durchfluss des Kühlmediums von der Motorwelle 2 in den ersten Strömungsbereich 18 ermöglicht. Dazu liegt im montierten Zustand die Öffnung 22 der ersten Erhebung 15 der ersten Rotorend platte 8 deckungsgleich zu der ersten radialen Bohrung 11 der Motorwelle 2, wie in Figur 1 veranschaulicht. Ein Teil des Kühlmediumstroms fließt somit durch die erste radiale Bohrung 11 in den ersten Strömungsbereich 18 der ersten Rotorend platte 8 und von da aus durch an den ersten Strömungsbereich 18 angeschlossene Kühlkanäle 23 des Rotors 1. Figur 2 zeigt den Rotor 1 mit Motorwelle 2 in einer räumlichen Ansicht. Die Kühlkanäle 23 des Rotors 1 verlaufen dicht an den nicht dargestellten Magneten vorbei. Bevorzugt erstrecken sich die Kühlkanale 23 parallel zur Längsachse 100. Vorzugsweise sind eine Vielzahl an kleinen Kühlkanälen vorgesehen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird nur eine erste Hälfte 24 des Rotors 1 mit Kühlmedium in Richtung des Hauptstroms durchflossen. Der Rest des Kühlmediumstroms durchströmt die Hohlwelle 2 bis zu einer zweiten radialen Bohrung 25, die im Bereich des geschlossenen Endes 5 der Motorwelle 2, auf Höhe einer zweiten Rotorend platte 9 angeordnet ist. Die zweite radiale Bohrung 25 liegt der ersten radialen Bohrung 11 in Umfangsrichtung gegenüber. Die zweite radiale Bohrung 25 stellt eine Verbindung zwischen dem Inneren der Hohlwelle 2 und der zweiten Rotorend platte 9 her. Wie in Figur 3 dargestellt, ist die zweite Rotorwend platte 9 genauso aufgebaut wie die erste Rotorendplatte 8. Die Einbaulage ist jedoch eine andere. Die Öffnung 22 in der ersten Erhebung 15 der zweiten Rotorend platte 9 liegt im eingebauten Zustand in Umfangsrichtung gegenüber der Öffnung 22 der ersten Erhebung 15 der ersten Rotorend platte 8. Die Öffnung 22 in der ersten Erhebung 15 der zweiten Rotorend platte 9 schließt somit, wie in Figur 1 dargestellt, an die zweite radiale Bohrung 25 an, so dass das Kühlmittel in einen ersten Strömungsbereich 18 der zweiten Rotorend platte 9 fließen kann. Der erste Strömungsbereich 18 der zweiten Rotorend platte 9 liegt somit mit Bezug zur Längsachse 100 gegenüber dem ersten Strömungsbereich 18 der ersten Rotorend platte 8. Vom ersten Strömungsbereich 18 der zweiten Rotorend platte 9 aus fließt das Kühlmedium durch an diesen Bereich angeschlossene Kühlkanäle 23 des Rotors 1. Diese Kühlkanäle 23 des Rotor 1 verlaufen ebenfalls dicht an den Magneten vorbei. Bevorzugt erstrecken sich die Kühlkanale 23 parallel zur Längsachse. Vorzugsweise sind eine Vielzahl an kleinen Kühlkanälen 23 vorgesehen. Es wird somit die zweite Hälfte 26 des Rotors 1 mit Kühlmedium in entgegengesetzter Richtung zum Hauptstrom durchflossen, siehe Figur 1. Für beide Hälften 24,26 gilt, dass das Kühlmedium nach dem Austritt aus dem Rotor 1 in den jeweiligen zweiten Strömungsbereich 19 der entsprechenden Rotorend platte 8,9 fließt. Zum Abfluss des Kühlmediums aus der entsprechenden Rotorend platte 8,9 weist diese im jeweiligen zweiten Strömungsbereich 19 in der zweiten Erhebung 16 eine Öffnung 27 auf. Durch diese beiden diametral angeordneten Öffnungen 27 strömt das Kühlmedium aus der Rotoranordnung in den Motorraum. Dadurch kühlt das Kühlmedium auch den Stator und den gesamten Motorraum bevor es durch eine Öffnung in die Rotoranordnung zurückgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Rotoranordnung erlaubt es, dass das Kühlmedium innerhalb des Motors verteilt wird, um Wärme von den Stirnseiten des Stators und den Wicklungsenden abzuführen. Durch die Kühlmittelströmung im Inneren des Rotors erhöht sich die Wärmeübertragung insbesondere in der Mitte der Baugruppe. Ein Ausbilden von warmen Bereichen kann verhindert werden. Zudem wird die mittlere Temperatur der Magnete reduziert.

Claims

Patentansprüche
1. Rotoranordnung (3) aufweisend eine Motorwelle (2), einen Rotor (1) und zwei Rotorendplatten (8,9), die jeweils eine Stirnseite des Rotors (1) zumindest teilweise abdecken, wobei die Motorwelle (2) von dem Rotor (1) umgeben ist und die Motorwelle (2) als Hohlwelle mit einem offenen Ende (4) und einem zweiten Ende (5) ausgebildet ist, wobei das offene Ende (4) einen Zufluss für ein Kühlmedium und die Hohlwelle einen Hauptkanal zum Durchfluss des Kühlmediums bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkanal eine Abzweigung aufweist, die von einer ersten Bohrung (11) in der Hohlwelle (2) im Bereich des offenen Endes (4) und einer korrespondierenden Öffnung (22) in einer ersten Rotorend platte (8) gebildet ist, wobei die Abzweigung mit einer Vielzahl an Kühlkanälen (23) strömungsmäßig mittels der ersten Rotorend platte (8) verbunden ist, die den Rotor (1) durchsetzen und die in einem ersten Teilbereich (24) des Rotors (1) angeordnet sind, und wobei die Hohlwelle (2) im Bereich des zweiten Endes (5) eine zweite Bohrung (25) aufweist, die mit einer korrespondierenden Öffnung (22) in einer zweiten Rotorend platte (9) einen Strömungskanal ausbildet, wobei der Strömungskanal mit einer Vielzahl an Kühlkanälen (23) mittels der zweiten Rotorend platte (9) strömungsmäßig verbunden ist, die den Rotor (1) durchsetzen und die in einem zweiten Teilbereich (26) des Rotors (1) angeordnet sind, so dass die Kühlkanäle (23) im ersten Teilbereich (24) in entgegengesetzter Richtung zu den Kühlkanälen (23) im zweiten Teilbereich (26) durchströmbar sind.
2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Längshälfte des Rotors (1) einen der zwei Teilbereiche (24,26) bildet.
3. Rotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (23) sich parallel zur Längsachse (100) erstrecken.
4. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Rotorend platte (8,9) gleich sind und ihre Einbaulage in der Rotoranordnung um 180° um die Längsachse (100) und um 180° um die Querachse zueinander gedreht ist.
5. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede Rotorendplatte (8,9) eine ringförmige Platte (13) mit einer zentralen Öffnung (14) ist, die im eingebauten Zustand von der Motorwelle (2) durchsetzt wird, wobei auf einer Oberfläche, in Einbaulage zur Stirnseite des Rotors (2) hinzeigend, Erhebungen (15,16) angeordnet sind, die im montierten Zustand zwei voneinander getrennte Strömungsbereiche (18,19) ausbilden, die jeweils eine radiale Öffnung (22,27) haben, wobei eine der Öffnungen (22) die strömungsmäßige Verbindung zum Hauptkanal und die andere Öffnung (27) einen Abfluss des Kühlmediums aus der Rotoranordnung (3) bildet.
6. Rotoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Strömungsbereiche (18,19) in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmbar sind.
7. Rotoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strömungsbereiche (18,19) durch zwei konzentrische und kreisringförmige Erhebung (15,16) gebildet sind, die durch zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende und in Radialrichtung erstreckende Erhebungen (20,21) voneinander getrennt sind.
8. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbereiche (18,19) gleich groß sind.
9. Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer Rotoranordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (1) Permanentmagnete umfasst und die Kühlkanäle (23) dicht an den Permanentmagneten vorbeilaufen.
PCT/IB2021/051589 2020-03-02 2021-02-26 Rotoranordnung mit flüssigkeitsgekühltem rotor WO2021176309A1 (de)

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