WO2021209086A1 - Rotor einer elektrischen rotationsmaschine sowie elektrische rotationsmaschine - Google Patents

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WO2021209086A1
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rotor
fluid
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fluid guide
guide plate
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PCT/DE2021/100257
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Alexandre Fischer
Florian Nachtmann
Sebastien Heitz
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • 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
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • 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
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electrical rotating machine and to the electrical rotating machine with the rotor.
  • Permanent magnet synchronous machines are used in many industrial applications and increasingly also in the automotive industry.
  • Such a permanently excited synchronous machine comprises a stator to be energized and a permanently excited rotor.
  • the rotor mostly comprises a shaft, balancing plates, laminated rotor stacks and magnets.
  • the magnets are generally fixed in the laminated rotor stacks.
  • the performance of an electric rotary machine depends, among other things, on the heat generated during operation, since the efficiency of the machine decreases with increasing heat.
  • hotspots can occur in an electric rotary machine.
  • a hotspot is an area where the greatest amount of heat is generated in the rotor and / or stator when the electric machine is operating.
  • Measures generally used to cool a rotor and stator of an electric machine are cooling the rotor using the centrifugal force from the radial inside using coolant, the coolant flowing along the rotor end faces, and cooling the stator from the radial outside using a coolant as well as a dissipation of the coolant and thus also the heat absorbed by the coolant.
  • Such a cooling may, however, depending on the respective structural conditions, possibly not be sufficient to cool the most intensely heated areas. In the event of insufficient cooling, power losses occur in the respective electric machine concerned.
  • Permanently excited synchronous machines manufactured in series are often cooled via transverse bores located axially in the rotor, radially on the inside, which are fluidically connected to cooling channels on the axial side surfaces of the rotor.
  • the heat from the rotor is mainly dissipated via the side surfaces.
  • the magnets in the axial center of the rotor heat up the most with this concept, since they are the furthest away from the heat sinks, and this is where the highest heat losses occur.
  • the present invention is based on the object of providing a rotor of an electrical rotating machine and the electrical rotating machine equipped with it, which, with optimal cooling of integrated magnets, have essentially no loss in terms of the axial active length even in the axially central area.
  • the invention relates to a rotor of an electric rotary machine, comprising an iron core with rotor laminations arranged plane-parallel to one another, in at least one stack, at least one of the rotor laminations being designed as a fluid baffle and forming at least one flow channel which has at least one radial directional component and which is located on at least one axial side of the Fluid baffle is open.
  • a rotor plate designed as a sealing plate, with which the flow channel of the fluid guide plate is essentially sealed in a fluid-tight manner on the side of the sealing plate.
  • the rotor laminations are an essential part of the iron core of the electrical machine in question, and these laminations can be in the form of laminated and insulated sheets.
  • the rotor laminations are at their radial Outside areas designed with pockets or receptacles for holding magnets.
  • the inventive design of the rotor makes it possible to guide cooling fluid radially to axially central positions of the rotor within the stack arrangement, also referred to as a stack, without having to accept significant losses in terms of the magnetic properties at the position of this radial oil guide.
  • the fluid guide plate can consist essentially of the same material as the further rotor plates of the iron core. Accordingly, it is provided that the further rotor laminations and the fluid guide plate have essentially the same magnetic properties or the same properties with regard to their magnetizability.
  • the sealing plate can also consist essentially of the same material as the other rotor plates of the iron core. Accordingly, it is provided that the further rotor laminations and the sealing plate have essentially the same magnetic properties or the same properties with regard to their magnetizability.
  • the flow channel of the fluid guide plate can be designed to be axially open on both sides.
  • a rotor plate designed as a sealing plate is arranged axially on both sides of the fluid guide plate, with which the flow channel of the fluid guide plate is essentially sealed in a fluid-tight manner on the side of the relevant sealing plate.
  • a plurality of fluid guide plates can be arranged directly next to one another in a group of fluid guide plates in a stack arrangement, so that they form a common flow channel, with a sealing plate being arranged axially on both sides of this group of fluid guide plates for the axial sealing of the common flow channel.
  • the flow channels in the fluid guide plates are designed to be open on both sides, so that they are fluidically connected to one another in the adjacent arrangement of the fluid guide plates.
  • This embodiment ensures that a large volume flow of cooling fluid can be directed radially outward at the axial position of the side-by-side arrangement and a correspondingly higher cooling capacity can be realized.
  • the fluid guide plate or the group of fluid guide plates can be arranged in a stack arrangement, so that further rotor plates of the stack arrangement are arranged on both sides of the fluid guide plate or the associated sealing plates.
  • a sealing plate axially closes off the relevant stack arrangement in which the fluid guide plate is arranged.
  • the associated fluid guide plate is also arranged at an axially end-side position of the stack arrangement.
  • This embodiment can in particular be implemented when two stack arrangements adjoin one another in an axially central area of the iron core.
  • the fluid guide plate can have a recess for receiving a rotor shaft, the flow channel opening out on the radially inner side of the fluid guide plate.
  • the fluid baffle has at least one interruption or opening on the radially inner side, through which cooling fluid can flow from a wave guide in the radial direction into the flow channel of the fluid baffle in order to move further outward in the radial direction towards the magnets of the rotor to be guided.
  • This fluid flow is supported by the centrifugal force that occurs when the electric rotating machine is in operation.
  • the sealing plate can also have a recess for receiving a rotor shaft in its central area, the contour of the recess of the Sealing plate is designed to form a form-fitting transmission of torque to a through the recess or to be guided shaft.
  • the contour of the recess can be designed with a radially inwardly extending nose for engagement in a groove in the shaft that is complementary in terms of shape and size.
  • the further rotor laminations of the stacked arrangement or the iron core can also be designed at their respective recess designed for the passage of the rotor shaft with a contour corresponding to the sealing plate or with a radially inwardly extending nose, for engaging in a complementary shape and size Groove in the shaft.
  • a respective fluid baffle can also have this contour, which, however, can be interrupted by the confluence of a respective flow channel.
  • the contour merely serves to entrain the fluid guide plate in the rotational movement of the shaft or the further rotor plates.
  • a respective flow channel in the fluid guide plate can lead to an axial outlet from which the fluid guided by the flow channel can be axially discharged from the fluid guide plate.
  • the flow channel leads accordingly to a window which, in particular, delimits the flow channel in the radial direction, so that the fluid at this radial position is forced to exit the fluid baffle axially.
  • the flow channel can form at least one branch so that it has a plurality of sub-channels which run radially with at least one directional component.
  • the flow channel can initially extend in the radial direction and form a branch and thus two sub-channels essentially in the central radial area of the fluid baffle plate.
  • the two sub-channels can extend at an angle to the radial direction from the branch in the direction of the radial outside of the fluid guide plate, where they each lead to an axial outlet.
  • Such a flow channel essentially forms a Y-shape.
  • the rotor can be designed in such a way that the rotor laminations of a stack arrangement form at least one axial flow channel which runs in its longitudinal direction essentially parallel to the axis of rotation of the rotor and is fluidically connected to a respective flow channel of a respective fluid baffle.
  • the axial outlets in the fluid baffle are components of the axial flow channel.
  • the sealing plates and further rotor plates also have axial through openings or windows at the same radial positions and the same circumferential positions as the axial outlets of the fluid baffle, so that these windows in the sealing plates or further rotor plates are part of the axial flow channel are.
  • This axial flow channel which is located radially far to the outside, allows cooling fluid to be guided very close to the radial outside of the rotor and here efficiently absorbs the heat generated during operation of the electric rotary machine and dissipates it via convection.
  • the active length of the rotor is not restricted, since both a respective fluid guide plate and a respective sealing plate act actively as a rotor plate.
  • Another aspect of the present invention is a rotary electric machine including a rotor according to the present invention.
  • FIG. 1 a rotor according to the invention in a side view (upper partial illustration) and in a sectional view (lower partial illustration),
  • Figure 2 a rotor lamination of the rotor
  • Figure 3 a fluid guide plate of the rotor
  • Figure 4 a sealing plate of the rotor
  • FIG. 5 a detail from a sectional view of the rotor according to the invention.
  • the rotor 1 comprises a plurality of rotor laminations 20 which are arranged parallel to one another and which are arranged in a stacking arrangement 10 on a common axis of rotation 2.
  • the rotor laminations 20 together form an axial flow channel 12.
  • the stack arrangement 10 is essentially or predominantly formed by rotor laminations 20, as shown in FIG. FIG. 2 shows what is known as a further rotor lamination, which forms the majority of the laminated core.
  • These further rotor laminations 20 comprise a plurality of pockets 21 on their respective radial outside for the form-fitting arrangement of magnets to form a respective rotor.
  • a respective rotor lamination 20 has essentially triangular cutouts 22 regularly distributed around the circumference, which are used in particular to reduce mass and thus also to reduce the mass moment of inertia of the laminated core formed therewith.
  • the rotor lamination 20 has an essentially circular recess 23 here.
  • the rotor lamination 20 has two radially inwardly extending lugs 24 which are designed to engage in a complementarily configured groove of a rotor shaft (not shown here).
  • FIG. 3 shows a fluid baffle 30.
  • This fluid baffle 30 comprises a plurality of flow channels 40 which form openings 41 on the radial inside of the fluid baffle 30. These serve to introduce cooling fluid, which is guided in a shaft guide of a rotor shaft, not shown here, guided through the recess 23, into the flow channels 40.
  • a respective flow channel 40 has the Furthermore, in the embodiment shown here, branches 43, so that a first sub-channel 44 and a second sub-channel 45 adjoin a section of the relevant flow channel 40 starting from an opening 41 and the flow channel 40 as a whole essentially has a Y-shape.
  • the two sub-channels 44, 45 each end in an axial outlet 42, which is designed here as a window and which is positioned radially relatively far outside on the fluid guide plate 30.
  • these axial outlets 42 are located in the immediate vicinity of the pockets 21 which are used to hold the magnets of the rotor.
  • cooling fluid can be conducted from a central shaft via the openings 41 into the flow channels 40 and fed from there to the axial outlets 42, wherein the axial outlets 42 are or are part of the axial flow channel 12, which is indicated in FIG are fluidically connected to this axial flow channel 12.
  • a respective flow channel 40 is designed as a recess extending axially through the fluid guide plate 30.
  • the fluid guide plate 30 is accordingly a specially designed rotor plate 20 and is preferably made of the same material as the remaining or further rotor plates 20 of the stack arrangement 10. It is accordingly provided that the fluid guide plate 30 is also made of a magnetizable material.
  • sealing plates 50 are provided to cover a respective flow channel 40.
  • a sealing plate 50 is shown in FIG. It can be seen that this sealing plate 50 also has pockets 21 for receiving the magnets of the rotor. It can also be seen that the sealing plate 50 is closed in the radial regions in which the flow channels 40 are formed in the fluid guide plate 30. This ensures that when the sealing plate 50 rests on one side of the fluid baffle 30 on this side, the relevant flow channel 40 is closed in a fluid-tight manner in the axial direction, in particular when there is an axially acting contact pressure from the relevant sealing plate 50 on the fluid baffle 30.
  • the fluid guide plate 30 and also the sealing plate 50 also have lugs 24 on their radially inner contours, the lugs 24 on the sealing plate 50 serving to transmit torque from the sealing plate, which also acts as a rotor plate, to the shaft.
  • the lugs 24 on the fluid baffle 30 are used predominantly to take the fluid baffle 30 with them when the shaft rotates.
  • the invention is not restricted to a sealing plate 50 being arranged axially on both sides of a fluid guide plate 30.
  • a sealing plate 50 being arranged axially on both sides of a fluid guide plate 30.
  • several fluid guide plates 30 form a group 11 of fluid guide plates 30, the fluid guide plates 30 here bearing directly on one another. In this case, only the axial outer sides of this group 11 of fluid guide plates 30 are covered by sealing plates 50.
  • Both the rotor plate 20 and the sealing plate 50 have windows 60 at the radial positions and angular positions of the axial outlets 42 of the fluid guide plate 30, so that when all rotor plates 20 are arranged directly next to one another, which also includes the fluid guide plate 30 and a respective sealing plate 50 , these windows 60 together with the axial outlets 42 form the axial flow channel 12.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine sowie die elektrische Rotationsmaschine mit dem Rotor. Der Rotor (1) umfasst einen Eisenkern mit planparallel zueinander, in wenigstens einem Stapel angeordneten Rotorblechen (20), wobei wenigstens eines der Rotorbleche (20) als Fluidleitblech (30) ausgestaltet ist und zumindest einen wenigstens eine radiale Richtungskomponente aufweisenden Strömungskanal (40) ausbildet, der an zumindest einer axialen Seite des Fluidleitblechs (30) offen ist, und wobei an der axial offenen Seite des Fluidleitblechs (30) ein als Dichtblech (50) ausgestaltetes Rotorblech (20) angeordnet ist, mit dem der Strömungskanal (40) des Fluidleitblechs (30) auf der Seite des Dichtblechs (50) im Wesentlichen fluiddicht abgedichtet ist. Mit dem hier vorgeschlagenen Rotor lässt sich eine zuverlässige sowie zielgerichtete Kühlung der Magnete auch in einem axial mittleren Bereich bei insgesamt sehr kompakter axialer Bauform realisieren.

Description

Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine sowie elektrische
Rotationsmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine sowie die elektrische Rotationsmaschine mit dem Rotor.
In vielen industriellen Anwendungen und zunehmend auch in der Automobilindustrie werden permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt. Eine solche permanenterregte Synchronmaschine umfasst einen zu bestromenden Stator und einen permanenterregten Rotor. Der Rotor umfasst zumeist eine Welle, Wuchtbleche, Rotorblechpakete und Magnete. Die Magnete sind im Allgemeinen in den Rotorblechpaketen fixiert.
Die Leistung einer elektrischen Rotationsmaschine ist unter anderem abhängig von der bei Betrieb entstehenden Wärme, da mit zunehmender Wärme der Wirkungsgrad der Maschine sinkt.
Es ist weiterhin bekannt, dass in einer elektrischen Rotationsmaschine sogenannte Hotspots auftreten können. Ein Hotspot ist ein Bereich der Entstehung der größten Wärme im Rotor und/oder Stator beim Betrieb der Elektromaschine.
In der Regel angewandte Maßnahmen zur Kühlung eines Rotors und Stators einer Elektromaschine sind eine Kühlung des Rotors unter Ausnutzung der Fliehkraft von radial innen durch Kühlmittel, wobei das Kühlmittel hierbei entlang der Rotor- Stirnseiten fließt, und eine Kühlung des Stators von radial außen durch ein Kühlmittel sowie eine Ableitung des Kühlmittels und damit auch der vom Kühlmittel aufgenommenen Wärme.
Eine derartige Kühlung kann jedoch in Abhängigkeit von den jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten ggf. nicht ausreichend sein, um die am stärksten erhitzten Bereiche zu kühlen. Bei einer ungenügenden Kühlung treten Verlustleistungen in der jeweils betroffenen Elektromaschine auf.
Um diese Verlustleistung zu kompensieren und eine geforderte Leistung der Elektromaschine zu erreichen, werden üblicherweise leistungsfähigere Magnete eingesetzt, die jedoch den Nachteil des höheren Kostenaufwands sowie einen höheren Bauraumbedarf aufweisen.
In Serie hergestellte permanenterregte Synchronmaschinen sind häufig über axial im Rotor radial innen liegende Querbohrungen gekühlt, die strömungstechnisch mit Kühlkanälen an den axialen Seitenflächen des Rotors verbunden sind. Die Wärme des Rotors wird bei diesem Konzept hauptsächlich über die Seitenflächen abgeführt. Entsprechend erwärmen sich die Magnete in der axialen Mitte des Rotors bei diesem Konzept am stärksten, da sie am weitesten von den Wärmesenken entfernt liegen, und es entstehen hier wärmebedingt die höchsten Verlustleistungen.
Um dem Entstehen von Hot-Spots in der axialen Mitte des Rotors entgegen zu wirken, wurde das Konzept der Magnetkühlung mit separatem Ölleitblech entwickelt. Über ein Ölleitblech, das zwischen zwei Rotorstacks angeordnet ist, wird Öl von der Welle radial in Querkanäle der Rotor-Stacks geführt. Dieses Ölleitblech ist aus Aluminium oder einem anderen nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt, um magnetische Streuflüsse zu minimieren bzw. komplett zu vermeiden.
Die Rotorkühlung mit einem separaten herkömmlichen Ölleitblech weist die folgenden Nachteile auf:
- erhöhter axialer Bauraumbedarf der elektrischen Maschine,
- Verlust an aktiver Länge des Rotors bei Beibehaltung der geometrischen Abmaße,
- erhöhter Montageaufwand und aufwendiges Handling des meist relativ dünnen Ölleitblechs,
- Kosten durch Logistik für ein zusätzliches Teil,
- Kosten durch zusätzliches Werkzeug für die Herstellung des Ölleitblechs,
- unterschiedliches wärmebedingtes Ausdehnungsverhalten der Blechstapel auf Grund unterschiedlicher eingesetzter Werkstoffe,
- Positionierung des Ölleitblechs nur zwischen einzelnen Blechstapeln bzw. Stacks möglich, so dass eine axial mittige Anordnung eines Ölleitblechs nur bei gerader Anzahl an Stacks möglich ist. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine sowie die damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die bei optimaler Kühlung integrierter Magnete auch im axial mittigen Bereich im Wesentlichen keinen Verlust hinsichtlich der axialen aktiven Länge aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 sowie durch eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 10.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Rotors sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Begriffe „radial“, und „axial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Drehachse des Rotors.
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend einen Eisenkern mit planparallel zueinander, in wenigstens einem Stapel angeordneten Rotorblechen, wobei wenigstens eines der Rotorbleche als Fluidleitblech ausgestaltet ist und zumindest einen wenigstens eine radiale Richtungskomponente aufweisenden Strömungskanal ausbildet, der an zumindest einer axialen Seite des Fluidleitblechs offen ist. An der axial offenen Seite des Fluidleitblechs ist ein als Dichtblech ausgestaltetes Rotorblech angeordnet, mit dem der Strömungskanal des Fluidleitblechs auf der Seite des Dichtblechs im Wesentlichen fluiddicht abgedichtet ist.
Die Rotorbleche sind ein wesentlicher Bestandteil des Eisenkerns der betreffenden elektrischen Maschine, wobei diese Bleche als lamellierte und isolierte Bleche vorliegen können. Insbesondere sind die Rotorbleche an ihren radialen Außenbereichen mit Taschen bzw. Aufnahmen zur Aufnahme von Magneten ausgestaltet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors ist es möglich, innerhalb der auch als Stack bezeichneten Stapelanordnung Kühlfluid radial an axial zentrale Positionen des Rotors zu führen, ohne wesentliche Einbußen hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften an der Position dieser radialen Ölführung hinnehmen zu müssen.
Insbesondere kann das Fluidleitblech im Wesentlichen aus demselben Material bestehen wie die weiteren Rotorbleche des Eisenkerns. Entsprechend ist vorgesehen, dass die weiteren Rotorbleche und das Fluidleitblech im Wesentlichen die gleichen magnetischen Eigenschaften bzw. die gleichen Eigenschaften hinsichtlich ihrer Magnetisierbarkeit aufweisen.
Des Weiteren kann auch das Dichtblech im Wesentlichen aus demselben Material bestehen wie die weiteren Rotorbleche des Eisenkerns. Entsprechend ist vorgesehen, dass die weiteren Rotorbleche und das Dichtblech im Wesentlichen die gleichen magnetischen Eigenschaften bzw. die gleichen Eigenschaften hinsichtlich ihrer Magnetisierbarkeit aufweisen.
Insbesondere kann der Strömungskanal des Fluidleitblechs axial beidseitig offen ausgestaltet sein. In diesem Fall ist axial beidseitig am Fluidleitblech jeweils ein als Dichtblech ausgestaltetes Rotorblech angeordnet, mit dem der Strömungskanal des Fluidleitblechs auf der Seite des betreffenden Dichtblechs im Wesentlichen fluiddicht abgedichtet ist. Durch diese Ausführungsform wird gewährleistet, dass mit minimalem axialen Bauraumbedarf ein relativ großer Kühlfluid-Volumenstrom in radialer Richtung geführt werden kann.
Es können in einer Stapelanordnung mehrere Fluidleitbleche unmittelbar nebeneinander in einer Gruppe von Fluidleitblechen angeordnet sein, so dass sie einen gemeinsamen Strömungskanal ausbilden, wobei axial beidseitig dieser Gruppe von Fluidleitblechen jeweils ein Dichtblech angeordnet ist, zur axialen Abdichtung des gemeinsamen Strömungskanals. In dieser Ausgestaltung sind die Strömungskanäle in den Fluidleitblechen beidseitig offen ausgebildet, so dass sie bei der benachbarten Anordnung der Fluidleitbleche strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
Durch diese Ausführungsform wird gewährleistet, dass an der axialen Position der Nebeneinander-Anordnung ein großer Kühlfluid-Volumenstrom nach radial außen geleitet werden kann und entsprechend eine höhere Kühlleistung realisiert werden kann.
Dabei kann das Fluidleitblech bzw. die Gruppe von Fluidleitblechen in einer Stapelanordnung angeordnet sein, so dass beidseitig des Fluidleitblechs bzw. der dazugehörigen Dichtbleche weitere Rotorbleche der Stapelanordnung angeordnet sind.
In einer alternativen Ausführungsform schließt ein Dichtblech axial die betreffende Stapelanordnung ab, in der das Fluidleitblech angeordnet ist. Das bedeutet, dass das dazugehörige Fluidleitblech ebenfalls an einer axial endseitigen Position der Stapelanordnung angeordnet ist. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann realisiert sein, wenn zwei Stapelanordnungen in einem axial zentralen Bereich des Eisenkerns aneinander grenzen.
Das Fluidleitblech kann in seinem zentralen Bereich eine Aussparung zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweisen, wobei der Strömungskanal an der radial inneren Seite des Fluidleitblechs mündet. Das bedeutet, dass das Fluidleitblech an der radial inneren Seite wenigstens eine Unterbrechung bzw. Öffnung aufweist, durch die Kühlfluid aus einer Wellenführung in radialer Richtung in den Strömungskanal des Fluidleitblechs strömen kann, um von diesem in radialer Richtung weiter nach außen in Richtung auf die Magneten des Rotors geführt zu werden.
Diese Fluidströmung wird durch die bei Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine auftretende Zentrifugalkraft unterstützt. Insbesondere können am Umfang des Fluidleitblechs verteilt mehrere derartiger Öffnungen bzw. Einmündungen an der radialen Innenseite bestehen, die zu mehreren Strömungskanälen führen.
Auch das Dichtblech kann in seinem zentralen Bereich eine Aussparung zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweisen, wobei die Kontur der Aussparung des Dichtblechs zur Ausbildung einer formschlüssig wirkenden Übertragung von Drehmoment auf eine durch die Aussparung hindurchführende oder hindurchzuführende Welle ausgestaltet ist. Insbesondere kann die Kontur der Aussparung mit einer nach radial innen verlaufenden Nase ausgestaltet sein, zum Eingriff in eine hinsichtlich der Form und Größe komplementär ausgestaltete Nut in der Welle.
Ebenfalls können die weiteren Rotorbleche der Stapelanordnung bzw. des Eisenkerns an ihrer jeweiligen, zur Hindurchführung der Rotorwelle ausgestalteten Aussparung mit einer dem Dichtblech entsprechenden Kontur bzw. mit einer nach radial innen verlaufenden Nase ausgestaltet sein, zum Eingriff in eine hinsichtlich der Form und Größe komplementär ausgestaltete Nut in der Welle.
Ebenfalls kann ein jeweiliges Fluidleitblech diese Kontur aufweisen, die jedoch durch die Einmündung eines jeweiligen Strömungskanals unterbrochen sein kann. In diesem Fall dient die Kontur lediglich der Mitnahme des Fluidleitblechs in der Drehbewegung der Welle bzw. der weiteren Rotorbleche.
Ein jeweiliger Strömungskanal in dem Fluidleitblech kann zu einem Axial-Auslass führen, aus dem das mit dem Strömungskanal geleitete Fluid axial aus dem Fluidleitblech ausgebbar ist. Bei der axial beidseitig offenen Ausgestaltung führt der Strömungskanal entsprechend zu einem Fenster, welches insbesondere den Strömungskanal in radialer Richtung begrenzt, so dass das Fluid an dieser radialen Position gezwungen wird, axial aus dem Fluidleitblech auszutreten.
Insbesondere kann der Strömungskanal dabei wenigstens eine Verzweigung ausbilden, so dass er mehrere Teilkanäle aufweist, die mit wenigstens einer Richtungskomponente radial verlaufen.
Dabei kann der Strömungskanal ausgehend von einer Einmündung an der radial inneren Kontur sich zunächst in radialer Richtung erstrecken und im Wesentlichen im mittleren radialen Bereich des Fluidleitblechs eine Verzweigung und damit zwei Teilkanäle ausbilden. Die beiden Teilkanäle können sich winklig zur radialen Richtung von der Verzweigung in Richtung auf die radiale Außenseite des Fluidleitblechs erstrecken, wo sie jeweils zu einem Axial-Auslass führen. Derart bildet ein solcher Strömungskanal im Wesentlichen eine Y-Form aus. Der Rotor kann derart ausgestaltet sein, dass die Rotorbleche einer Stapelanordnung wenigstens einen Axial-Strömungskanal ausbilden, der in seiner Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rotors verläuft und strömungstechnisch mit einem jeweiligen Strömungskanal eines jeweiligen Fluidleitblechs verbunden ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Axial- Auslässe in dem Fluidleitblech Bestandteile des Axial-Strömungskanals sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen auch die Dichtbleche sowie weiteren Rotorbleche axiale Durchgangsöffnungen bzw. Fenster an den selben radialen Positionen sowie denselben Umfangspositionen auf wie die Axial-Auslässe des Fluidleitblechs, so dass auch diese Fenster in den Dichtblechen bzw. weiteren Rotorblechen Bestandteile des Axial-Strömungskanals sind.
Durch diesen radial weit außen liegenden Axial-Strömungskanal lässt sich Kühlfluid sehr dicht an die radiale Außenseite des Rotors führen und hier die beim Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine entstehende Wärme effizient aufnehmen und über Konvektion ableiten.
Dabei ist jedoch die aktive Länge des Rotors nicht eingeschränkt, da sowohl ein jeweiliges Fluidleitblech als auch ein jeweiliges Dichtblech aktiv als Rotorblech wirken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine, die einen Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Figur 1: ein erfindungsgemäßer Rotor in seitlicher Ansicht (obere Teildarstellung) sowie in Schnittansicht (untere Teildarstellung),
Figur 2: ein Rotorblech des Rotors, Figur 3: ein Fluidleitblech des Rotors,
Figur 4: ein Dichtblech des Rotors, und
Figur 5: ein Ausschnitt aus einer Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Rotor 1 mehrere parallel zueinander angeordnete Rotorbleche 20, die in einer Stapelanordnung 10 auf einer gemeinsamen Rotationsachse 2 angeordnet sind.
Aus der unterhalb der Rotationsachse 2 dargestellten Ansicht ist ersichtlich, dass die Rotorbleche 20 zusammen einen Axial-Strömungskanal 12 ausbilden. Innerhalb der Stapelanordnung 10, die auch als Stack bezeichnet werden kann, sind herkömmliche Rotorbleche 20 angeordnet sowie wenigstens ein Fluidleitblech 30, welches axial durch ein Dichtblech 50 abgedichtet ist.
Im Wesentlichen bzw. überwiegend ist die Stapelanordnung 10 durch Rotorbleche 20 ausgebildet, wie sie in Figur 2 dargestellt sind. Dabei stellt Figur 2 ein sogenanntes weiteres Rotorblech dar, welches den überwiegenden Teil des Blechpakets ausbildet. Diese weiteren Rotorbleche 20 umfassen an ihrer jeweiligen radialen Außenseite mehrere Taschen 21 zur formschlüssigen Anordnung von Magneten zur Ausbildung eines jeweiligen Rotors. Im radial mittleren Bereich weist ein jeweiliges Rotorblech 20 im Wesentlichen dreieckige, regelmäßig am Umfang verteilte Ausschnitte 22 auf, die insbesondere zur Massenreduktion und damit auch zur Verringerung des Massenträgheitsmoments des damit ausgebildeten Blechpakets dienen. Im radial zentralen Bereich weist das Rotorblech 20 eine hier im Wesentlichen kreisförmige Aussparung 23 auf. Des Weiteren hat das Rotorblech 20 zwei sich nach radial innen erstreckende Nasen 24, die zum Eingriff in eine komplementär ausgestaltete Nut einer hier nicht dargestellten Rotorwelle eingerichtet sind.
Figur 3 zeigt ein Fluidleitblech 30. Dieses Fluidleitblech 30 umfasst mehrere Strömungskanäle 40, die an der radialen Innenseite des Fluidleitblechs 30 Öffnungen 41 ausbilden. Diese dienen dazu, Kühlfluid, welches in einer Wellenführung einer hier nicht dargestellten, durch die Aussparung 23 geführten Rotorwelle geleitet wird, in die Strömungskanäle 40 einzubringen. Ein jeweiliger Strömungskanal 40 weist des Weiteren in der hier dargestellten Ausführungsform Verzweigungen 43 auf, sodass sich an einem von einer Öffnung 41 ausgehenden Abschnitt des betreffenden Strömungskanals 40 ein erster Teilkanal 44 sowie ein zweiter Teilkanal 45 anschließen und der Strömungskanal 40 insgesamt im Wesentlichen eine Y-Form aufweist. Die beiden Teilkanäle 44,45 enden jeweils in einem Axial-Auslass 42, der hier als ein Fenster ausgestaltet ist, und der radial relativ weit außen am Fluidleitblech 30 positioniert ist. In der hier dargestellten Ausführungsform befinden sich diese Axial- Auslässe 42 in unmittelbarer Nähe der Taschen 21 , die zur Aufnahme der Magneten des Rotors dienen. Entsprechend kann Kühlfluid von einer zentralen Welle über die Öffnungen 41 in die Strömungskanäle 40 geleitet werden und von dort den Axial- Auslässen 42 zugeführt werden, wobei die Axial-Auslässe 42 Bestandteile des Axial- Strömungskanals 12, der in Figur 1 angedeutet ist, sind bzw. mit diesem Axial- Strömungskanal 12 strömungstechnisch verbunden sind.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist ein jeweiliger Strömungskanal 40 als eine axial durch das Fluidleitblech 30 hindurchgehende Aussparung ausgeführt.
Das Fluidleitblech 30 ist entsprechend ein speziell ausgestaltetes Rotorblech 20 und ist vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt wie die restlichen bzw. weiteren Rotorbleche 20 der Stapelanordnung 10. Entsprechend ist vorgesehen, dass auch das Fluidleitblech 30 aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.
Um sicherzustellen, dass Kühlfluid im Strömungskanal 40 lediglich in radialer Richtung bzw. mit radialer Komponente durch die Teilkanäle 44,45 geleitet wird, sind zur Abdeckung eines jeweiligen Strömungskanals 40 Dichtbleche 50 vorgesehen. Ein derartiges Dichtblech 50 ist in Figur 4 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass dieses Dichtblech 50 ebenfalls Taschen 21 zur Aufnahme der Magneten des Rotors aufweist. Zudem ist ersichtlich, dass in den radialen Bereichen, in denen im Fluidleitblech 30 die Strömungskanäle 40 ausgebildet sind, das Dichtblech 50 geschlossen ist. Derart ist gewährleistet, dass bei Anlage des Dichtblechs 50 an einer Seite des Fluidleitblechs 30 auf dieser Seite der betreffende Strömungskanal 40 in axialer Richtung fluiddicht geschlossen ist, insbesondere bei einer axial wirkenden Anpresskraft vom betreffenden Dichtblech 50 auf das Fluidleitblech 30. Das Fluidleitblech 30 sowie auch das Dichtblech 50 weisen ebenfalls an ihren radial inneren Konturen Nasen 24 auf, wobei die Nasen 24 am Dichtblech 50 dazu dienen, Drehmoment vom auch als Rotorblech wirkenden Dichtblech auf die Welle zu übertragen. Die Nasen 24 an dem Fluidleitblech 30 dienen überwiegend dazu, das Fluidleitblech 30 bei einer Drehbewegung der Welle mitzunehmen.
Die Erfindung ist aber nicht darauf eingeschränkt, dass axial beidseitig eines Fluidleitblechs 30 jeweils ein Dichtblech 50 angeordnet ist. Davon abweichend kann auch vorgesehen sein, dass - wie in Figur 5 dargestellt - mehrere Fluidleitbleche 30 eine Gruppe 11 von Fluidleitblechen 30 ausbilden, wobei hier die Fluidleitbleche 30 unmittelbar aneinander anliegen. Es sind in dem Fall lediglich die axialen Außenseiten dieser Gruppe 11 von Fluidleitblechen 30 durch Dichtbleche 50 abgedeckt.
Sowohl das Rotorblech 20 als auch das Dichtblech 50 weisen an den radialen Positionen sowie Winkelpositionen der Axial-Auslässe 42 des Fluidleitblechs 30 Fenster 60 auf, sodass bei unmittelbarer Nebeneinander-Anordnung aller Rotorbleche 20, zu denen auch das Fluidleitblech 30 sowie ein jeweiliges Dichtblech 50 gehören, diese Fenster 60 zusammen mit den Axial-Auslässen 42 den Axial-Strömungskanals 12 ausbilden.
Mit dem hier vorgeschlagenen Rotor lässt sich eine zuverlässige sowie zielgerichtete Kühlung der Magnete auch in einem axial mittleren Bereich bei insgesamt sehr kompakter axialer Bauform realisieren.
Bezuqszeichenliste
Rotor
Rotationsachse
Stapelanordnung
Gruppe von Fluidleitblechen
Axial-Strömungskanal
Rotorblech
Tasche
Ausschnitt
Aussparung
Nase
Fluidleitblech Strömungskanal Öffnung Axial-Auslass Verzweigung Erster Teilkanal Zweiter Teilkanal Dichtblech
Fenster des Axial-Strömungskanals

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (1 ) einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend einen Eisenkern mit planparallel zueinander, in wenigstens einem Stapel angeordneten Rotorblechen (20), wobei wenigstens eines der Rotorbleche (20) als Fluidleitblech (30) ausgestaltet ist und zumindest einen wenigstens eine radiale Richtungskomponente aufweisenden Strömungskanal (40) ausbildet, der an zumindest einer axialen Seite des Fluidleitblechs (30) offen ist, und wobei an der axial offenen Seite des Fluidleitblechs (30) ein als Dichtblech (50) ausgestaltetes Rotorblech (20) angeordnet ist, mit dem der Strömungskanal (40) des Fluidleitblechs (30) auf der Seite des Dichtblechs (50) im Wesentlichen fluiddicht abgedichtet ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitblech (30) im Wesentlichen aus demselben Material besteht wie die weiteren Rotorbleche (20) des Eisenkerns.
3. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtblech (50) im Wesentlichen aus demselben Material besteht wie die weiteren Rotorbleche (20) des Eisenkerns.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (40) des Fluidleitblechs (30) axial beidseitig offen ausgestaltet ist und axial beidseitig am Fluidleitblech (30) jeweils ein als Dichtblech (50) ausgestaltetes Rotorblech (20) angeordnet ist, mit dem der Strömungskanal (40) des Fluidleitblechs (30) auf der Seite des betreffenden Dichtblechs (50) im Wesentlichen fluiddicht abgedichtet ist.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stapelanordnung (10) mehrere Fluidleitbleche (30) unmittelbar nebeneinander in einer Gruppe (11 ) von Fluidleitblechen (30) angeordnet sind, so dass sie einen gemeinsamen Strömungskanal (40) ausbilden, wobei axial beidseitig dieser Gruppe (11) von Fluidleitblechen (30) jeweils ein Dichtblech (50) angeordnet ist zur axialen Abdichtung des gemeinsamen Strömungskanals (40).
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitblech (30) in seinem zentralen Bereich eine Aussparung (23) zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist, wobei der Strömungskanal (40) an der radial inneren Seite des Fluidleitblechs (30) mündet.
7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtblech (50) in seinem zentralen Bereich eine Aussparung (23) zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist, wobei die Kontur der Aussparung (23) des Dichtblechs (50) zur Ausbildung einer formschlüssig wirkenden Übertragung von Drehmoment auf eine durch die Aussparung (23) hindurchführende oder hindurchzuführende Welle ausgestaltet ist.
8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (40) in dem Fluidleitblech (30) zu einem Axial-Auslass (42) führt, aus dem das mit dem Strömungskanal (40) geleitete Fluid axial aus dem Fluidleitblech (30) ausgebbar ist.
9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbleche (20) einer Stapelanordnung wenigstens einen Axial- Strömungskanal (12) ausbilden, der in seiner Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse (2) des Rotors verläuft und strömungstechnisch mit einem jeweiligen Strömungskanal (40) eines jeweiligen Fluidleitblechs (30) verbunden ist.
10. Elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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