WO2023110914A1 - Rotor für eine elektrische maschine mit einem rohrförmigen kühlkanal - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine mit einem rohrförmigen kühlkanal Download PDF

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WO2023110914A1
WO2023110914A1 PCT/EP2022/085683 EP2022085683W WO2023110914A1 WO 2023110914 A1 WO2023110914 A1 WO 2023110914A1 EP 2022085683 W EP2022085683 W EP 2022085683W WO 2023110914 A1 WO2023110914 A1 WO 2023110914A1
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WO
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rotor
end plate
laminated core
cooling channel
end cap
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PCT/EP2022/085683
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Inventor
Nico Wolf
Alexander Schlereth
Regina Bach
Carsten Siepker
Christoph Wieczorek
Original Assignee
Valeo Eautomotive Germany Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H02K1/325—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium between salient poles
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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

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electrical machine, an electrical machine with a rotor, a vehicle with an electrical machine and a method for producing a rotor.
  • the rotor has a rotor shaft and a laminated core formed from stacked electrical laminations and arranged on the rotor shaft.
  • the rotor belongs together with a stator to an electrical machine.
  • Electric machines of this type are increasingly being used in electrically powered vehicles and hybrid vehicles, primarily as an electric motor for driving a wheel or an axle of such a vehicle.
  • Such an electric motor is usually mechanically coupled to a gear for speed adjustment.
  • the electric motor is usually electrically coupled to an inverter, which generates an AC voltage for the operation of the electric motor, for example a polyphase AC voltage, from a DC voltage supplied by a battery.
  • the rotor In a certain type of electrically excited synchronous motor (EESM), the rotor has rotor windings which are supplied with direct current in order to generate an exciting magnetic field. If a rotating field is generated with the stator windings of an associated stator, this causes a force to act on the rotor, so that it rotates synchronously with the rotating field of the stator. However, the rotor windings are heated up considerably in the process, so that cooling is required. Cooling can be done, for example, by spraying oil onto the axial sides of the rotor. However, this type of cooling only works superficially and is therefore not very effective.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a rotor for an electrical machine which can be better cooled during operation.
  • the rotor according to the invention comprises a laminated core arranged on the rotor shaft and formed from stacked electrical laminations with radially outwardly projecting laminated core projections, a first end plate arranged on a first axial side of the laminated core with radially outwardly projecting end plate projections, a second end plate arranged on an opposite second axial side of the laminated core with radially outwardly projecting end plate projections, a plurality of rotor windings, each wound around an end plate projection of the first end plate, an axially opposite end plate projection of the second end plate and a laminated core projection axially extending between the two end plate projections, a cup-shaped first end cap which axially covers the first end plate , a pot-shaped second end cap which axially covers the second end plate, and a tubular cooling channel for a coolant which runs axially between two adjacent rotor windings from the first end cap to the second end cap.
  • the invention is based on the finding that improved cooling can be achieved by supplying the coolant to the rotor windings via an axially extending (axial) tubular cooling channel.
  • the coolant flows in the axial direction along the rotor windings and guides them during operation heat generated by the rotor.
  • the rotor according to the invention can be cooled significantly better and more homogeneously.
  • Another advantage of the cooling channel is that it increases the stability of the rotor because the cooling channel provides mechanical reinforcement. This enables trouble-free operation of the electrical machine, particularly at high speeds.
  • the electrical machine can be, for example, an electrically excited synchronous motor (EESM).
  • EESM electrically excited synchronous motor
  • the endplate projections of an endplate which are also referred to as “plate extensions”, can be arranged along the perimeter of the endplate. They are used, among other things, to hold the rotor windings in a specific position.
  • the core protrusions of the core are also referred to as "teeth”.
  • a first axial end of the cooling channel is arranged in an opening in the first end cap and/or an opposite second axial end of the cooling channel is arranged in an opening in the second end cap.
  • the openings are, in particular, through-openings or holes in the end caps.
  • the cooling channel is pressed into the end caps. An additional attachment of the cooling channel is then not required. Pressing in simplifies the manufacture of the rotor and the cooling channel is fixed in the rotor in a stable manner.
  • the first axial end of the cooling channel has an inlet for coolant and the second axial end of the cooling channel has an outlet for coolant.
  • coolant can be supplied to the cooling channel at the first end and removed from the cooling channel at the second end.
  • the cooling channel over its entire axial length of flows through the coolant, whereby the desired homogeneous cooling is achieved.
  • the direction of flow can be chosen arbitrarily, i.e. the inlet and outlet can be swapped.
  • the inlet and the outlet can each be arranged axially or radially on the cooling channel.
  • the cooling channel is embedded in a casting compound.
  • the space between the two adjacent rotor windings, in which the cooling channel runs can be cast with the casting compound.
  • the rotor windings can also be cast with the casting compound, so that movements or displacements of the rotor windings are prevented even at high speeds.
  • the potting compound also improves heat dissipation from the rotor windings and further increases the stability of the rotor.
  • the rotor according to the invention it is preferred that it has a plurality of pole separators which are each arranged between two adjacent laminated core projections of the laminated core.
  • a pole separator can extend in the axial direction between the two opposite axial sides of the laminated core.
  • the pole separators increase the stability of the rotor and simplify the casting of the gaps between adjacent rotor windings with casting compound.
  • the cooling channel of the rotor according to the invention can be made of a steel alloy, an aluminum alloy or a plastic material, among other things.
  • the rotor according to the invention can have several such cooling channels. It is particularly preferred that the number of cooling channels corresponds to the number of poles of the rotor. However, other versions are also possible where the number of cooling channels is smaller or larger than the number of poles of the rotor. In particular, it is possible to provide such a cooling channel only in every second space between two adjacent rotor windings.
  • the invention relates to an electrical machine with a rotor of the type described and a stator which surrounds the rotor.
  • the rotor can rotate relative to the stator.
  • the stator can have a further laminated core (stator core), which is formed from stacked electrical laminations.
  • stator can have windings of electrical conductors, for example in the form of coil windings or flat wire windings.
  • the electrical machine can preferably additionally have a nozzle which is directed towards an inlet of the cooling channel.
  • the nozzle can be firmly connected to the stator, for example by the nozzle being attached to a housing of the electrical machine. With the nozzle, coolant can be sprayed into the cooling channel, which then flows through the cooling channel.
  • the invention relates to a vehicle with such an electric machine, which is provided for driving the vehicle.
  • the machine can drive a wheel or an axle of the vehicle.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a rotor of the type described.
  • the method according to the invention comprises the following steps: arranging the laminated core on the rotor shaft, arranging the first end plate on the first axial side of the laminated core, arranging the second end plate on the second axial side of the laminated core , Winding the rotor windings around an end plate projection of the first end plate, an axially opposite end plate projection of the second end plate and a laminated core projection of the laminated core extending axially between the two end plate projections, arranging pole separators between two adjacent laminated core projections of the laminated core, axially covering the first end plate with the first end cap, covering the axial second end plate with the second end cap, arranging the cooling channel between two adjacent rotor windings so that the cooling channel runs axially from the first end cap to the second end cap, and potting the rotor windings with a potting compound so that the cooling channel is embedded in the potting compound.
  • the rotor can be positioned so that its axis of rotation is vertical and the potting compound can be introduced through a fill port in an end cap, the end cap preferably also having a vent port.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a rotor according to the invention
  • Fig. 2 shows a section along the line II-II of Figure 1
  • FIG. 3 shows a vehicle according to the invention with an electric machine.
  • the rotor 1 shown in a sectional side view in FIG. 1 is provided for an electrical machine which is used as an electric motor for driving a vehicle.
  • the rotor 1 comprises a cylindrical laminated core 2 formed from stacked electrical laminations, which encloses a rotor shaft 3 in a positive and/or non-positive manner.
  • the electrical sheets can be stamped parts of identical design.
  • the laminated core 2 has a plurality of laminated core projections 4 (see FIG. 2) protruding radially outwards, which are also referred to as “teeth”. End sections of the laminated core projections 4 are widened in the circumferential direction.
  • a first end plate 5 is located on a first axial side of the laminated core 2.
  • end plates 5, 6 there is a second end plate 6 on the opposite, second axial side of the laminated core 2.
  • the end plates 5, 6 each have radial end plate projections 7, 8 (also called “plate extensions”), around which several rotor windings 9 are wound.
  • the rotor windings 9 consist of lacquered copper wire.
  • Both end plates 5, 6 each have an aluminum core which is overmoulded with plastic. Alternatively, the end plates could be made entirely of plastic.
  • a cup-shaped first end cap 10 covers the first end plate 5 .
  • a cup-shaped second end cap 11 is located at the opposite axial end of the rotor 1 and covers the second end plate 6 .
  • An axially running tubular cooling channel 12 for a coolant runs from the first end cap 10 to the second end cap 11 .
  • the tubular cooling channel 12 is pressed into the end caps 10, 11 and is thereby fixed in a non-positive and positive manner.
  • there are a total of six such tubular cooling channels 12 In the sectional view of FIG. 2 it can be seen that there are a total of six such tubular cooling channels 12 .
  • the number of cooling channels 12 thus corresponds to the number of poles (“number of poles”) of the rotor 1 .
  • Each cooling channel 12 is arranged in a free space between two adjacent rotor windings 9 .
  • a first axial end 13 of the cooling channel 12 passes through an opening in the first end cap 10.
  • An opposite second axial end 14 of the cooling channel 12 is arranged in an opening in the second end cap 11.
  • An intermediate space between adjacent laminated core projections 4 or their widened ends is each covered with a pole separator 15 which is arranged radially outside of the cooling channels 12 .
  • the arrows in FIG. 1 indicate the flow direction of the coolant in the rotor 1 by way of example.
  • the coolant can be a liquid, a gas or an oil, among others.
  • All tubular cooling channels 12 run straight and in the axial direction. Since the cooling channels 12 run along the rotor windings 9, heat is transferred from the rotor windings 9 to the coolant flowing in the cooling channels 12 and is dissipated with the coolant. The rotor windings 9 are thereby cooled along their entire axial length.
  • a nozzle 16 is shown schematically, which is fixed to the stator (not shown) of the electrical machine, for example by the nozzle 16 is attached to the housing of the electrical machine.
  • the nozzle 16 is directed towards an axial inlet 13 of the cooling channel 12 .
  • a coolant is sprayed into the inlet 13 with the nozzle 16 .
  • the coolant flows axially through the coolant passage 12 and exits through an axial outlet 14 at the opposite end of the coolant passage 12, after which it is collected in a coolant sump (not shown).
  • the nozzle 16, the cooling channel 12 and the coolant sump belong to a cooling circuit through which the coolant is pumped with a coolant pump.
  • the laminated core 2 is arranged on the rotor shaft 3, then the first end plate 5 is arranged on the first axial side of the laminated core 2 and the second end plate 6 on the second axial side of the laminated core 2.
  • the rotor windings 9 are each produced by winding an end plate projection 7 of the first end plate 5, an axially opposite end plate projection 8 of the second end plate 6 and a laminated core projection 4 of the laminated core 2 extending axially between the two end plate projections 7, 8 with enameled copper wire.
  • the pole separators 13 are then each positioned between two adjacent laminated core projections 4 of the laminated core 2 .
  • the first end plate 5 is axially covered with the first end cap 10 and the second end plate 6 is axially covered with the second end cap 11 .
  • the tubular cooling channel 12 is arranged between two adjacent rotor windings 9 so that the cooling channel 12 extends axially from the first end cap 10 to the second end cap 11 .
  • the cooling channel 12 can be pressed into the end caps 10, 11.
  • a plurality of such cooling ducts 12 can each be arranged between two (other) adjacent rotor windings 9.
  • the rotor windings 9 are encapsulated with an encapsulation compound, so that the cooling channels 12 are embedded in the encapsulation compound.
  • the potting compound is introduced in particular into the spaces between adjacent rotor windings 9 . This creates a form fit between the potting compound and the rotor windings 9.
  • the rotor 1 can expediently be brought into a vertical position in relation to its axial direction. Furthermore, the casting compound can be filled or introduced into the interior of the rotor through a filling opening (not shown) which is formed in one of the end caps.
  • the end cap also preferably has a vent opening to allow air within the rotor to escape.
  • FIG. 3 shows a vehicle 17 with an electric machine 18 which is used to drive the vehicle 17 .
  • the electrical machine 18 has a housing 19 in which the rotor 1 according to the invention and a stator 20 which surrounds the rotor 1 are accommodated. reference list

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

Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine, umfassend eine Rotorwelle (3), ein auf der Rotorwelle (3) angeordnetes, aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (2) mit radial nach außen abstehenden Blechpaketvorsprüngen (4), eine an einer ersten Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (5) mit radial nach außen abstehenden Endplattenvorsprüngen (7), eine an einer gegenüberliegenden zweiten Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (6) mit radial nach außen abstehenden Endplattenvorsprüngen (8), mehrere Rotorwicklungen (9), die jeweils um einen Endplattenvorsprung (7) der ersten Endplatte (5), einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung (8) der zweiten Endplatte (6) und einen sich zwischen den beiden Endplattenvorsprüngen (7, 8) axial erstreckenden Blechpaketvorsprung (4) gewunden sind, eine topfförmige erste Endkappe (10), welche die erste Endplatte (5) axial abdeckt, eine topfförmige zweite Endkappe (11), welche die zweite Endplatte (6) axial abdeckt, und einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen (9) von der ersten Endkappe (10) bis zu der zweiten Endkappe (11) axial verlaufenden rohrförmigen Kühlkanal (12) für ein Kühlmittel. Daneben werden ein Verfahren zur Herstellung des Rotors (1), eine elektrische Maschine (18) mit dem Rotor (1) und ein Fahrzeug (17) mit der elektrischen Maschine (18) beschrieben.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine mit einem rohrförmigen Kühlkanal
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem Rotor, ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors.
Der Rotor weist eine Rotorwelle und ein auf der Rotorwelle angeordnetes, aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket auf. Der Rotor gehört gemeinsam mit einem Stator zu einer elektrischen Maschine.
Elektrische Maschinen dieser Art werden in zunehmendem Maße in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet, überwiegend als Elektromotor für den Antrieb eines Rads oder einer Achse eines derartigen Fahrzeugs.
Ein solcher Elektromotor ist zumeist mechanisch mit einem Getriebe zur Drehzahlanpassung gekoppelt. Daneben ist der Elektromotor in der Regel elektrisch mit einem Wechselrichter gekoppelt, der aus einer von einer Batterie gelieferten Gleichspannung eine Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors erzeugt, beispielsweise eine mehrphasige Wechselspannung.
Es ist auch möglich, eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor als Generator zur Rekuperation von Bewegungsenergie eines Fahrzeugs zu betreiben. Hierzu wird die Bewegungsenergie zunächst in elektrische Energie und dann in chemische Energie einer Fahrzeugbatterie umgewandelt.
Bei einer bestimmten Bauart von elektrisch erregten Synchronmotoren (EESM) besitzt der Rotor Rotorwicklungen, die mit Gleichstrom gespeist werden, um ein magnetisches Erregerfeld zu erzeugen. Wenn mit den Statorwicklungen eines zugehörigen Stators ein Drehfeld erzeugt wird, bewirkt das eine Kraftwirkung auf den Rotor, sodass dieser synchron zum Statordrehfeld rotiert. Die Rotorwicklungen werden dabei allerdings stark erwärmt, sodass eine Kühlung erforderlich ist. Die Kühlung kann beispielsweise durch Aufsprühen von Öl auf die Axialseiten des Rotors erfolgen. Allerdings wirkt diese Art der Kühlung nur oberflächlich und ist deshalb wenig effektiv.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, der während des Betriebs besser gekühlt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Rotor umfasst ein auf der Rotorwelle angeordnetes, aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket mit radial nach außen abstehenden Blechpaketvorsprüngen, eine an einer ersten Axialseite des Blechpakets angeordnete erste Endplatte mit radial nach außen abstehenden Endplattenvorsprüngen, eine an einer gegenüberliegenden zweiten Axialseite des Blechpakets angeordnete zweite Endplatte mit radial nach außen abstehenden Endplattenvorsprüngen, mehrere Rotorwicklungen, die jeweils um einen Endplattenvorsprung der ersten Endplatte, einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung der zweiten Endplatte und einen sich zwischen den beiden Endplattenvorsprüngen axial erstreckenden Blechpaketvorsprung gewunden sind, eine topfförmige erste Endkappe, welche die erste Endplatte axial abdeckt, eine topfförmige zweite Endkappe, welche die zweite Endplatte axial abdeckt, und einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen von der ersten Endkappe bis zu der zweiten Endkappe axial verlaufenden rohrförmigen Kühlkanal für ein Kühlmittel.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte Kühlung erzielt werden kann, indem das Kühlmittel den Rotorwicklungen über einen axial verlaufenden (axialen) rohrförmigen Kühlkanal zugeführt wird. Das Kühlmittel strömt in Axialrichtung an den Rotorwicklungen entlang und führt die beim Betrieb des Rotors entstehende Wärme ab. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Rotor, bei dem lediglich Öl auf die Axialseiten gesprüht wird, kann der erfindungsgemäße Rotor wesentlich besser und homogener gekühlt werden. Ein weiterer Vorteil des Kühlkanals besteht in der Erhöhung der Stabilität des Rotors, denn der Kühlkanal bewirkt eine mechanische Verstärkung. Das ermöglicht einen störungsfreien Betrieb der elektrischen Maschine insbesondere bei hohen Drehzahlen.
Bei der elektrischen Maschine kann es sich zum Beispiel um einen elektrisch erregten Synchronmotor (EESM) handeln. Die Endplattenvorsprünge einer Endplatte, welche auch als „Plattenfortsätze“ bezeichnet werden, können entlang des Umfanges der Endplatte angeordnet sein. Sie dienen unter anderem zum Halten der Rotorwicklungen in einer bestimmten Position. Die Blechpaketvorsprünge des Blechpakets werden auch als „Zähne“ bezeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor kann es vorgesehen sein, dass ein erstes axiales Ende des Kühlkanals in einer Öffnung der ersten Endkappe angeordnet ist und/oder ein gegenüberliegendes zweites axiales Ende des Kühlkanals in einer Öffnung der zweiten Endkappe angeordnet ist. Dadurch kann Kühlmittel von axial außerhalb der Endkappen in den Kühlkanal gelangen. Dazu handelt es sich bei den Öffnungen insbesondere um Durchgangsöffnungen beziehungsweise Löcher der Endkappen.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor wird es bevorzugt, dass der Kühlkanal in die Endkappen eingepresst ist. Eine zusätzliche Befestigung des Kühlkanals ist dann nicht erforderlich. Durch das Einpressen wird die Herstellung des Rotors vereinfacht und der Kühlkanal wird stabil in dem Rotor fixiert.
Vorzugsweise weist das erste axiale Ende des Kühlkanals einen Einlass für Kühlmittel auf und das zweite axiale Ende des Kühlkanals weist einen Auslass für Kühlmittel auf. Dadurch kann dem Kühlkanal am ersten Ende Kühlmittel zugeführt werden und am zweiten Ende vom Kühlkanal abgeführt werden.
Dementsprechend wird der Kühlkanal auf seiner gesamten axialen Länge von dem Kühlmittel durchströmt, wodurch die gewünschte homogene Kühlung erreicht wird. Die Strömungsrichtung kann beliebig gewählt werden, das heißt Einlass und Auslass können vertauscht werden. Der Einlass und der Auslass können jeweils axial oder radial an dem Kühlkanal angeordnet sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Kühlkanal in einer Vergussmasse eingebettet ist. Dazu kann der Zwischenraum zwischen den beiden benachbarten Rotorwicklungen, in dem der Kühlkanal verläuft, mit der Vergussmasse vergossen sein. Insbesondere können auch die Rotorwicklungen mit der Vergussmasse vergossen sein, so dass Bewegungen oder Verschiebungen der Rotorwicklungen auch bei hohen Drehzahlen unterbunden werden. Mit der Vergussmasse werden außerdem die Wärmeabführung von den Rotorwicklungen verbessert und die Stabilität des Rotors weiter erhöht.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor wird es bevorzugt, dass er mehrere Poltrenner aufweist, die jeweils zwischen zwei benachbarten Blechpaketvorsprüngen des Blechpakets angeordnet sind. Ein solcher Poltrenner kann sich in Axialrichtung zwischen den beiden gegenüberliegenden Axialseiten des Blechpakets erstrecken. Die Poltrenner erhöhen die Stabilität des Rotors und vereinfachen das Vergießen der Zwischenräume zwischen benachbarten Rotorwicklungen mit Vergussmasse.
Der Kühlkanal des erfindungsgemäßen Rotors kann unter anderem aus einer Stahllegierung, einer Aluminiumlegierung oder einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Anstelle nur eines axialen rohrförmigen Kühlkanals, der zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen von der ersten Endkappe bis zu der zweiten Endkappe verläuft, kann der erfindungsgemäße Rotor mehrere solche Kühlkanäle aufweisen. Besonders bevorzugt wird, dass die Anzahl der Kühlkanäle der Polzahl des Rotors entspricht. Allerdings sind auch andere Ausführungen möglich, bei denen die Anzahl der Kühlkanäle kleiner oder größer als die Polzahl des Rotors ist. Insbesondere ist es möglich, nur in jedem zweiten Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen einen solchen Kühlkanal vorzusehen.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor der beschriebenen Art und einem Stator, der den Rotor umgibt. Der Rotor ist gegenüber dem Stator drehbar. Der Stator kann ein weiteres Blechpaket (Statorpaket) aufweisen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist.
Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter besitzen, zum Beispiel in Form von Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen.
Vorzugsweise kann die elektrische Maschine zusätzlich eine Düse aufweisen, die auf einen Einlass des Kühlkanals gerichtet ist. Die Düse kann fest mit dem Stator verbunden sein, beispielsweise indem die Düse an einem Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt ist. Mit der Düse kann Kühlmittel in den Kühlkanal gespritzt werden, welches dann den Kühlkanal durchströmt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Maschine kann insbesondere ein Rad oder eine Achse des Fahrzeugs antreiben.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors der beschriebenen Art. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Anordnen des Blechpakets auf der Rotorwelle, Anordnen der ersten Endplatte an der ersten Axialseite des Blechpakets, Anordnen der zweiten Endplatte an der zweiten Axialseite des Blechpakets, Winden der Rotorwicklungen jeweils um einen Endplattenvorsprung der ersten Endplatte, einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung der zweiten Endplatte und einen sich zwischen den beiden Endplattenvorsprüngen axial erstreckenden Blechpaketvorsprung des Blechpakets, Anordnen von Poltrennern jeweils zwischen zwei benachbarten Blechpaketvorsprüngen des Blechpakets, axiales Abdecken der ersten Endplatte mit der ersten Endkappe, axiales Abdecken der zweiten Endplatte mit der zweiten Endkappe, Anordnen des Kühlkanals zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen, so dass der Kühlkanal von der ersten Endkappe bis zu der zweiten Endkappe axial verläuft, und Vergießen der Rotorwicklungen mit einer Vergussmasse, so dass der Kühlkanal in die Vergussmasse eingebettet wird.
Zum Vergießen kann der Rotor so positioniert werden, dass seine Rotationsachse senkrecht verläuft, und die Vergussmasse kann durch eine Einfüllöffnung in einer Endkappe eingebracht werden, wobei die Endkappe vorzugsweise auch eine Entlüftungsöffnung aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rotors,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie ll-ll von Figur 1 , und
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
Der in Figur 1 in einer geschnittenen Seitenansicht gezeigte Rotor 1 ist für eine elektrische Maschine vorgesehen, die als Elektromotor zum Antreiben eines Fahrzeugs eingesetzt wird. Der Rotor 1 umfasst ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes zylinderförmiges Blechpaket 2, das eine Rotorwelle 3 form- und/oder kraftschlüssig umschließt. Bei den Elektroblechen kann es sich um identisch ausgebildete Stanzteile handeln. Das Blechpaket 2 weist mehrere radial nach außen abstehende Blechpaketvorsprünge 4 (siehe Figur 2) auf, die auch als „Zähne“ bezeichnet werden. Endabschnitte der Blechpaketvorsprünge 4 sind in Umfangsrichtung verbreitert. An einer ersten Axialseite des Blechpakets 2 befindet sich eine erste Endplatte 5. An der entgegengesetzten zweiten Axialseite des Blechpakets 2 befindet sich eine zweite Endplatte 6. Die Endplatten 5, 6 besitzen jeweils radiale Endplattenvorsprünge 7, 8 (auch „Plattenfortsätze“), um die mehrere Rotorwicklungen 9 gewunden sind. Die Rotorwicklungen 9 bestehen aus lackiertem Kupferdraht. Beide Endplatten 5, 6 weisen jeweils einen Aluminiumkern auf, der mit Kunststoff umspritzt ist. Alternativ dazu könnten die Endplatten auch ganz aus Kunststoff bestehen.
Eine topfförmige erste Endkappe 10 deckt die erste Endplatte 5 ab. Eine topfförmige zweite Endkappe 11 befindet sich an dem entgegengesetzten axialen Ende des Rotors 1 und deckt die zweite Endplatte 6 ab.
Ein axial verlaufender rohrförmiger Kühlkanal 12 für ein Kühlmittel verläuft von der ersten Endkappe 10 bis zur zweiten Endkappe 11 . Der rohrförmige Kühlkanal 12 ist in die Endkappen 10, 11 eingepresst und dadurch kraftschlüssig und formschlüssig fixiert. In der geschnittenen Ansicht von Figur 2 erkennt man, dass insgesamt sechs derartige rohrförmige Kühlkanäle 12 vorhanden sind. Die Anzahl der Kühlkanäle 12 entspricht somit der Anzahl der Pole („Polzahl“) des Rotors 1 .
Jeder Kühlkanal 12 ist in einem Freiraum zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen 9 angeordnet. Ein erstes axiales Ende 13 des Kühlkanals 12 durchsetzt eine Öffnung der ersten Endkappe 10. Ein gegenüberliegendes zweites axiales Ende 14 des Kühlkanals 12 ist in einer Öffnung der zweiten Endkappe 11 angeordnet. Ein Zwischenraum zwischen benachbarten Blechpaketvorsprüngen 4 beziehungsweise deren verbreiterten Enden ist jeweils mit einem Poltrenner 15 abgedeckt, der radial außerhalb der Kühlkanäle 12 angeordnet ist.
Der einen Kühlkanal 12 umgebende Bereich, der radial innen mit dem Blechpaket 2, in Umfangsrichtung mit zwei benachbarten Rotorwicklungen 9 und radial außen mit einem Poltrenner 15 begrenzt wird, ist mit einer Vergussmasse vergossen. Das bewirkt, dass die Rotorwicklungen 9 und der Kühlkanal 12 auch bei hohen Drehzahlen ihre Position beibehalten und von den Rotorwicklungen 9 abgegebenen Wärme besonders gut zum Kühlkanal 12 transportiert wird.
Die Pfeile in Figur 1 geben beispielhaft die Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Rotor 1 an. Bei dem Kühlmittel kann es sich unter anderem um eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Öl handeln. Alle rohrförmigen Kühlkanäle 12 verlaufen gerade und in Axialrichtung. Da die Kühlkanäle 12 an den Rotorwicklungen 9 entlang führen, wird Wärme von den Rotorwicklungen 9 an das in den Kühlkanälen 12 strömende Kühlmittel übertragen und mit dem Kühlmittel abgeführt. Die Rotorwicklungen 9 werden dadurch entlang ihrer gesamten axialen Länge gekühlt.
In Figur 1 ist schematisch eine Düse 16 dargestellt, die fest mit dem Stator (nicht gezeigt) der elektrischen Maschine verbunden ist, beispielsweise indem die Düse 16 am Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt ist. Die Düse 16 ist auf einen axialen Einlass 13 des Kühlkanals 12 gerichtet. Beim Betrieb des Elektromotors wird mit der Düse 16 ein Kühlmittel in den Einlass 13 gesprüht. Das Kühlmittel strömt in Axialrichtung durch den Kühlkanal 12 und verlässt diesen durch einen axialen Auslass 14 am entgegengesetzten Ende des Kühlkanals 12, wonach es in einem Kühlmittelsumpf (nicht gezeigt) gesammelt wird. Die Düse 16, der Kühlkanal 12 und der Kühlmittelsumpf gehören zu einem Kühlkreislauf, durch den das Kühlmittel mit einer Kühlmittelpumpe gepumpt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Rotors 1 wird das Blechpaket 2 auf der Rotorwelle 3 angeordnet, anschließend werden die erste Endplatte 5 an der ersten Axialseite des Blechpakets 2 und die zweite Endplatte 6 an der zweiten Axialseite des Blechpakets 2 angeordnet. Die Rotorwicklungen 9 werden jeweils durch Umwickeln eines Endplattenvorsprungs 7 der ersten Endplatte 5, eines axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprungs 8 der zweiten Endplatte 6 und eines sich zwischen den beiden Endplattenvorsprüngen 7, 8 axial erstreckenden Blechpaketvorsprungs 4 des Blechpakets 2 mit lackiertem Kupferdraht hergestellt. Anschließend werden die Poltrenner 13 jeweils zwischen zwei benachbarten Blechpaketvorsprüngen 4 des Blechpakets 2 positioniert. Die erste Endplatte 5 wird axial mit der ersten Endkappe 10 abgedeckt und die zweite Endplatte 6 wird axial mit der zweiten Endkappe 11 abgedeckt. Der rohrförmige Kühlkanal 12 wird zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen 9 angeordnet, sodass sich der Kühlkanal 12 von der ersten Endkappe 10 axial bis zur zweiten Endkappe 11 erstreckt. Dazu kann der Kühlkanal 12 in die Endkappen 10, 11 eingepresst werden. Anstelle nur eines Kühlkanals 12 können mehrere derartige Kühlkanäle 12 jeweils genauso zwischen zwei (anderen) benachbarten Rotorwicklungen 9 angeordnet werden.
Bei einem weiteren Verfahrensschritt werden die Rotorwicklungen 9 mit einer Vergussmasse vergossen, so dass die Kühlkanäle 12 in die Vergussmasse eingebettet werden. Dazu wird die Vergussmasse insbesondere in die Zwischenräume zwischen benachbarten Rotorwicklungen 9 eingebracht. Dadurch entsteht ein Formschluss der Vergussmasse mit den Rotorwicklungen 9.
Zum Vergießen kann der Rotor 1 zweckmäßig in eine bezogen auf seine Axialrichtung senkrechte Position gebracht werden. Ferner kann die Vergussmasse durch eine Einfüllöffnung (nicht gezeigt), die in einer der Endkappen ausgebildet ist, in das Rotorinnere eingefüllt beziehungsweise eingebracht werden. Die Endkappe weist vorzugsweise auch eine Entlüftungsöffnung auf, durch die im Rotorinneren befindliche Luft ausströmen kann.
Figur 3 zeigt ein Fahrzeug 17 mit einer elektrischen Maschine 18, die zum Antreiben des Fahrzeugs 17 dient. Die elektrische Maschine 18 weist ein Gehäuse 19 auf, in dem der erfindungsgemäße Rotor 1 und ein Stator 20 aufgenommen sind, der den Rotor 1 umgibt. Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Blechpaket
3 Rotorwelle
4 Blechpaketvorsprung
5 erste Endplatte
6 zweite Endplatte
7 Endplattenvorsprung
8 Endplattenvorsprung
9 Rotorwicklung
10 erste Endkappe
11 zweite Endkappe
12 Kühlkanal
13 Einlass
14 Auslass
15 Poltrenner
16 Düse
17 Fahrzeug
18 elektrische Maschine
19 Gehäuse
20 Stator

Claims

Patentansprüche
1 . Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine, umfassend:
- eine Rotorwelle (3),
- ein auf der Rotorwelle (3) angeordnetes, aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (2) mit radial nach außen abstehenden Blechpaketvorsprüngen (4),
- eine an einer ersten Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (5) mit radial nach außen abstehenden Endplattenvorsprüngen (7),
- eine an einer gegenüberliegenden zweiten Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (6) mit radial nach außen abstehenden Endplattenvorsprüngen (8),
- mehrere Rotorwicklungen (9), die jeweils um einen Endplattenvorsprung (7) der ersten Endplatte (5), einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung (8) der zweiten Endplatte (6) und einen sich zwischen den beiden Endplattenvorsprüngen (7, 8) axial erstreckenden Blechpaketvorsprung (4) gewunden sind,
- eine topfförmige erste Endkappe (10), welche die erste Endplatte (5) axial abdeckt,
- eine topfförmige zweite Endkappe (11 ), welche die zweite Endplatte (6) axial abdeckt, und
- einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen (9) von der ersten Endkappe (10) bis zu der zweiten Endkappe (11 ) axial verlaufenden rohrförmigen Kühlkanal (12) für ein Kühlmittel.
2. Rotor nach Anspruch 1 , wobei ein erstes axiales Ende (13) des Kühlkanals (12) in einer Öffnung der ersten Endkappe (10) angeordnet ist und ein gegenüberliegendes zweites axiales Ende (14) des Kühlkanals (12) in einer Öffnung der zweiten Endkappe (1 1 ) angeordnet ist.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühlkanal (12) in die Endkappen (10, 11 ) eingepresst ist.
4. Rotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste axiale Ende des Kühlkanals (12) einen Einlass (13) für Kühlmittel aufweist und das zweite axiale Ende des Kühlkanals (12) einen Auslass (14) für Kühlmittel aufweist.
5. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkanal (12) in einer Vergussmasse eingebettet ist.
6. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mehreren Poltrennern (15), die jeweils zwischen zwei benachbarten Blechpaketvorsprüngen (4) des Blechpakets (2) angeordnet sind.
7. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkanal (12) aus einer Stahllegierung, einer Aluminiumlegierung oder einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
8. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mehreren dem Kühlkanal (12) entsprechenden Kühlkanälen, deren Anzahl der Polzahl des Rotors (1) entspricht oder von der Polzahl abweicht.
9. Elektrische Maschine (18), mit einem Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem den Rotor (1) umgebenden Stator (20).
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, mit einer fest mit dem Stator (20) verbundenen Düse (16), die auf einen Einlass (13) des Kühlkanals (12) gerichtet ist.
11 . Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (18) nach Anspruch 9 oder 10, die zum Antreiben des Fahrzeugs (17) vorgesehen ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den folgenden Schritten:
- Anordnen des Blechpakets (2) auf der Rotorwelle (3), - Anordnen der ersten Endplatte (5) an der ersten Axialseite des Blechpakets (2),
- Anordnen der zweiten Endplatte (6) an der zweiten Axialseite des Blechpakets (2),
- Winden der Rotorwicklungen (9) jeweils um einen Endplattenvorsprung (7) der ersten Endplatte (5), einen axial gegenüberliegenden Endplattenvorsprung (8) der zweiten Endplatte (6) und einen sich zwischen den beiden Endplattenvorsprüngen (7, 8) axial erstreckenden Blechpaketvorsprung (4) des Blechpakets (2),
- Anordnen von Poltrennern (15) jeweils zwischen zwei benachbarten Blechpaketvorsprüngen (4) des Blechpakets (2),
- axiales Abdecken der ersten Endplatte (5) mit der ersten Endkappe (10),
- axiales Abdecken der zweiten Endplatte (6) mit der zweiten Endkappe (11),
- Anordnen des Kühlkanals (12) zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen (9), so dass der Kühlkanal (12) von der ersten Endkappe (10) bis zu der zweiten Endkappe (11) axial verläuft, und
- Vergießen der Rotorwicklungen (9) mit einer Vergussmasse, so dass der Kühlkanal (12) in die Vergussmasse eingebettet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Rotor (1) zum Vergießen so positioniert wird, dass seine Rotationsachse senkrecht verläuft, und die Vergussmasse durch eine Einfüllöffnung in einer Endkappe (10, 11) eingebracht wird, wobei die Endkappe (10, 11) vorzugsweise auch eine Entlüftungsöffnung aufweist.
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