Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein wärmeerzeugendes rotierendes Bauteil einer elektrischen Maschine umfassend eine drehbar gelagerte Rotorwelle, welche sich in einer axialen Richtung um eine Drehachse erstreckt, wobei die Rotorwelle eine sich in axialer Richtung erstreckende Rotorwellenaußenseite und in der axialen Richtung endseitig eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine.The invention relates to a cooling arrangement for a heat-generating rotating component of an electrical machine, comprising a rotatably mounted rotor shaft which extends in an axial direction about an axis of rotation, the rotor shaft having a rotor shaft outside extending in the axial direction and a first end face in the axial direction has a second end face. The invention also relates to an electrical machine.
Elektrische Maschinen mit einem Rotor, welche drehbar um eine Rotorwelle gelagert sind, sowie einem Stator, erwärmen sich während der Energiewandlung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt. Zu Erhöhung des Wirkungsgrades solcher elektrischen Maschinen und um die elektrischen Maschinen mit höheren Leistungen betreiben zu können ist es notwendig, diese zu kühlen. Es ist bekannt die Rotorwellen solcher elektrischen Maschinen als Hohlwellen auszubilden, durch welche ein Kühlmedium ein- und durchströmen kann. Andere Lösungen sehen ein System vor bei der die Rotorwelle Bohrungen und mechanisch bearbeitete Rillen aufweist, welche mittels einer Stahlhülse umschlossen werden und so Kühlkanäle ausbilden.Electrical machines with a rotor, which are rotatably mounted around a rotor shaft, and a stator, heat up during the energy conversion from electrical to mechanical energy and vice versa. To increase the efficiency of such electrical machines and to be able to operate the electrical machines with higher powers, it is necessary to cool them. It is known to design the rotor shafts of such electrical machines as hollow shafts through which a cooling medium can flow in and through. Other solutions provide a system in which the rotor shaft has bores and mechanically machined grooves which are enclosed by means of a steel sleeve and thus form cooling channels.
Die EP 2562914 A1 offenbart eine Rotationsmaschine, umfassend: ein Gehäuse, in dem ein Stator befestigt ist; ein äußeres Gehäuse, das an einer Außenseite des Gehäuses befestigt ist; eine Rotorwelle, die horizontal durch das Gehäuse verläuft und deren beide Enden an dem Außengehäuse befestigt sind; einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, relativ zu der Rotorwelle drehbar gelagert ist und durch den Stator gedreht wird; einen Rotorwellen-Kühlmittelpfad, der innerhalb der Rotorwelle ausgebildet ist und einen Einlass aufweist, der zur Außenseite des Außengehäuses freigelegt ist, um ein Kühlmittel von der Außenseite der Rotorwelle aufzunehmen und einen Ausgang, der mit einem ringförmigen Spiel zwischen der Rotorwelle und dem Rotor verbunden ist, um das von dem Einlass aufgenommene Kühlmittel zu dem Ringspalt zu leiten; und einen Rotorkühlmittelpfad, der im Inneren des Rotors ausgebildet ist und einen Einlass aufweist, der mit dem ringförmigen Zwischenraum in Verbindung steht, und eine Auslassöffnung, die außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um das durch den Einlass entnommene Kühlmittel in einen Raum zwischen dem Gehäuse und dem Außengehäuse auszulassen. Der Rotorkühlmittelpfad umfasst dabei einen Einlasspfad und einen Auslasspfad, die innerhalb des Paars von Endringen ausgebildet sind und mit der Einlass- und Auslassöffnung kommunizieren; und einen Spaltweg, der zwischen dem Aufnahmeloch und dem Permanentmagneten ausgebildet ist und den Einlasspfad und den Auslasspfad miteinander verbindet.The EP 2562914 A1 discloses a rotary machine comprising: a housing in which a stator is mounted; an outer case attached to an outside of the case; a rotor shaft which extends horizontally through the housing and both ends of which are fixed to the outer housing; a rotor disposed within the housing, rotatably supported relative to the rotor shaft, and rotated by the stator; a rotor shaft coolant path formed within the rotor shaft and having an inlet exposed to the outside of the outer housing to receive coolant from the outside of the rotor shaft, and an outlet connected to an annular clearance between the rotor shaft and the rotor to direct the coolant received from the inlet to the annular gap; and a rotor coolant path formed inside the rotor and having an inlet communicating with the annular space, and an outlet port disposed outside the housing to divert the coolant withdrawn through the inlet into a space between the housing and the outer housing. The rotor coolant path comprises an inlet path and an outlet path which are formed within the pair of end rings and which communicate with the inlet and outlet openings; and a gap path that is formed between the accommodation hole and the permanent magnet and connects the inlet path and the outlet path with each other.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kühlanordnung für rotierende wärmeerzeugende Bauteile einer elektrischen Maschine anzugeben, bei dem einerseits die mechanische Belastung der bewegten Bauteile im Betrieb gering gehalten wird, die elektrische Maschine mit höher Leistung betrieben werden kann und der axiale Bauraum verringert werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide an improved cooling arrangement for rotating heat-generating components of an electrical machine, in which, on the one hand, the mechanical load on the moving components is kept low during operation, the electrical machine can be operated with higher power and the axial installation space is reduced can be.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Angabe einer Kühlanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und der Angabe einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15.The object is achieved by specifying a cooling arrangement having the features of claim 1 and specifying an electrical machine having the features of claim 15.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die geeignet miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.The subclaims list further advantageous measures that can be suitably combined with one another in order to achieve further advantages.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung für ein wärmeerzeugendes rotierendes Bauteil einer elektrischen Maschine, umfassend
eine drehbar gelagerte Rotorwelle, welche sich in einer axialen Richtung um eine Drehachse erstreckt, mit einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Rotorwellenaußenseite, wobei die Rotorwelle in der axialen Richtung endseitig eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist,
wobei die Rotorwellenaußenseite an der ersten Stirnseite einen sich in axialer Richtung erstreckenden ersten Verzahnungsabschnitt mit einer ersten umfangsseitigen Mitnahmeverzahnung aufweist,
eine drehbar gelagerte Hohlwelle, welche koaxial zur Rotorwelle gelagert ist und mit dieser drehfest verbunden ist, wobei die Hohlwelle eine zur Rotorwellenaußenseite weisende Hohlwelleninnenseite und einer dieser Hohlwelleninnenseite gegenüberliegenden Hohlwellenaußenseite aufweist, wobei die Hohlwelleninnenseite in einer radialen Richtung beabstandet zur Ausbildung eines Ringspaltes von der Rotorwellenaußenseite angeordnet ist,
wobei die Hohlwelleninnenseite einen zu dem ersten Verzahnungsabschnitt korrespondierenden zweiten Verzahnungsabschnitt aufweist,
wobei der zweite Verzahnungsabschnitt Nuten aufweist, welche sich in axialer Richtung über den zweiten Verzahnungsabschnitt erstrecken, wobei die Nuten zur Führung von Kühlschmierstoff ausgebildet sind und
wobei der zweite Verzahnungsabschnitt in einem nutenfreien Bereich eine umfangsseitige zweite Mitnahmeverzahnung aufweist, wobei die erste Mitnahmeverzahnung mit der zweiten Mitnahmeverzahnung zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung in Eingriff steht.The object is achieved by a cooling arrangement for a heat-generating rotating component of an electrical machine, comprising
a rotatably mounted rotor shaft which extends in an axial direction around an axis of rotation, with a rotor shaft outer side extending in the axial direction, the rotor shaft having a first end face and a second end face in the axial direction,
wherein the outer side of the rotor shaft on the first end face has a first toothing section extending in the axial direction with a first peripheral driving toothing,
a rotatably mounted hollow shaft, which is mounted coaxially to the rotor shaft and is connected to it in a rotationally fixed manner, the hollow shaft having a hollow shaft inside facing the rotor shaft outside and a hollow shaft outside opposite this hollow shaft inside, the hollow shaft inside being arranged in a radial direction at a distance from the rotor shaft outside to form an annular gap is
wherein the inner side of the hollow shaft has a second toothed section corresponding to the first toothed section,
wherein the second toothed section has grooves which extend in the axial direction over the second toothed section, the grooves being designed for guiding cooling lubricant and
wherein the second toothed section has a circumferential second driving toothing in a groove-free area, the first driving toothing being in engagement with the second driving toothing to form a non-rotatable connection.
Unter axialer Richtung wird dabei eine Richtung entlang der Drehachse verstanden. Im Eingriff stehen bedeutet dabei, dass die zweite Mitnahmeverzahnung und die erste Mitnahmeverzahnung ineinandergreifen. Eine umfangsseitige erste Mitnahmeverzahnung bedeutet hier, dass die Mitnahmeverzahnung über den Umfang der Rotoraußenwelle angebracht ist.The axial direction is understood to mean a direction along the axis of rotation. In this context, being in engagement means that the second driving toothing and the first driving toothing mesh with one another. A circumferential first driving toothing means here that the driving toothing is attached over the circumference of the rotor outer shaft.
Korrespondierend bedeutet hier, dass sich der zweite Verzahnungsabschnitt und der erste Verzahnungsabschnitt gegenüberliegen.Corresponding here means that the second toothed section and the first toothed section are opposite one another.
Der zweite Verzahnungsabschnitt weist in einem nutenfreien Bereich eine umfangsseitige zweite Mitnahmeverzahnung auf, was bedeutet, dass in bzw. innerhalb der Nuten keine Mitnahmeverzahnung angeordnet ist. Durch die Nuten und das Auslassen der Mitnahmeverzahnung in diesen Nuten werden sozusagen Kanäle zum Führen eines Kühlschmierstoffs ausgebildet. Das Auslassen der Mitnahmeverzahnung in den Nuten führt dazu, dass in diesen Bereichen die erste und die zweite Mitnahmeverzahnung nicht mehr im Eingriff zueinanderstehen.The second toothed section has a circumferential, second driving toothing in a groove-free area, which means that no driving toothing is arranged in or within the grooves. The grooves and the omission of the driving teeth in these grooves, so to speak, form channels for guiding a cooling lubricant. Omitting the driving toothing in the grooves leads to the first and second driving toothing no longer being in engagement with one another in these areas.
Nuten sind hier Aussparungen, die sich entlang der axialen Richtung erstrecken. Die Nuten können strukturiert, beispielsweise mit Rillen ausgeführt sein, welche zur besseren Führung des Kühlschmierstoffes dienen.Here, grooves are recesses that extend along the axial direction. The grooves can be structured, for example designed with grooves, which serve for better guidance of the cooling lubricant.
Die Kühlanordnung ist insbesondere für eine elektrische Maschine geeignet, welche einen wärmeproduzierenden Rotor aufweist, welcher thermisch mit der Hohlwelle verbunden ist. Ferner kann die elektrische Maschine noch einen Stator, der im Betrieb mit dem Rotor magnetisch zusammenwirkt aufweisen. Bei Betrieb einer solchen elektrischen Maschine wird der Rotor in Drehung versetzt und erzeugt Abwärme.The cooling arrangement is particularly suitable for an electrical machine which has a heat-producing rotor which is thermally connected to the hollow shaft. Furthermore, the electrical machine can also have a stator which interacts magnetically with the rotor during operation. When such an electrical machine is operated, the rotor is set in rotation and generates waste heat.
Die Kühlanordnung eignet sich jedoch auch für andere wärmeerzeugende Bauteile oder Bauteile, welche durch die Abwärme des Rotors erwärmt werden, und thermisch mit der Hohlwelle verbunden sind.However, the cooling arrangement is also suitable for other heat-generating components or components which are heated by the waste heat from the rotor and are thermally connected to the hollow shaft.
Durch die erfindungsgemäße Kühlanordnung kann Abwärme, welche beispielsweise in dem Rotor, der drehfest an der Hohlwelle verbunden ist oder anderen Bauteilen, die mit der Hohlwelle thermisch verbunden sind, abgeführt werden. Der durch den Ringspalt strömende Kühlschmierstoff führt Abwärme von der Hohlwelle weg. Somit können Bauteile, wie beispielsweise der Rotor, gekühlt werden.The cooling arrangement according to the invention can dissipate waste heat which, for example, is in the rotor, which is non-rotatably connected to the hollow shaft or other components that are thermally connected to the hollow shaft. The cooling lubricant flowing through the annular gap removes waste heat from the hollow shaft. Components such as the rotor can thus be cooled.
Durch die Erfindung kann flüssiger Kühlschmierstoff wie Wasser oder Öl aber auch Kühlschmierstoff wie Luft verwendet werden, um eine effiziente Kühlung zu erzielen. Die Nähe des Kühlschmierstoffs zu den wärmeerzeugenden Bauteilen, wie dem Rotor, ermöglicht einen sehr guten Wärmeabtransport durch den Kühlschmierstoff und somit eine längere Lebensdauer der wärmeerzeugenden Bauteile. Ein Kontakt des Kühlschmierstoffs mit Teilen von Bauteilen, die im Betrieb elektrischen Strom führen, wird mittels der Erfindung vermieden. Weiterhin wird vermieden, dass der Kühlschmierstoff aufgrund seiner Masse die Drehung der Hohlwelle und der Rotorwelle beeinträchtigt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Kühlschmierstoff eine Kühlflüssigkeit verwendet wird. Ferner kann eine Kühlung auch dann schon erfolgen, wenn die elektrische Maschine nicht im Betrieb ist.With the invention, liquid cooling lubricant such as water or oil, but also cooling lubricant such as air, can be used in order to achieve efficient cooling. The proximity of the cooling lubricant to the heat-generating components, such as the rotor, enables very good heat dissipation through the cooling lubricant and thus a longer service life of the heat-generating components. Contact of the cooling lubricant with parts of components that carry electrical current during operation is avoided by means of the invention. Furthermore, it is avoided that the cooling lubricant impairs the rotation of the hollow shaft and the rotor shaft due to its mass. This is particularly the case when a cooling liquid is used as the cooling lubricant. Furthermore, cooling can also take place when the electrical machine is not in operation.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung strömt der Kühlschmierstoff an der Hohlwelleninnenseite entlang und entzieht dem Rotor Abwärme. Die im Rotor aufgrund von in Leitern fließenden elektrischen Strömen entstehende Abwärme wird daher rasch abgeführt.In the case of the cooling arrangement according to the invention, the cooling lubricant flows along the inside of the hollow shaft and extracts waste heat from the rotor. The waste heat generated in the rotor due to electrical currents flowing in conductors is therefore quickly dissipated.
Vorzugsweise umfasst die Hohlwelleninnenseite in axialer Richtung den zweiten Verzahnungsabschnitt sowie einen, auf den zweiten Verzahnungsabschnitt in Richtung der zweiten Stirnseite nachfolgenden Kühlungsabschnitt. Dies bedeutet, dass in Richtung der zweiten Stirnseite nach dem zweiten Verzahnungsabschnitt ein Kühlungsabschnitt angeordnet ist, sodass der zweite Verzahnungsabschnitt in Richtung der zweiten Stirnseite an den Kühlungsabschnitt angrenzt.The inner side of the hollow shaft preferably comprises the second toothed section in the axial direction as well as a cooling section following the second toothed section in the direction of the second end face. This means that a cooling section is arranged in the direction of the second end face after the second toothed section, so that the second toothed section adjoins the cooling section in the direction of the second end face.
Vorzugsweise ist die Hohlwelleninnenseite im Kühlungsabschnitt nutenfrei ausgebildet. Das bedeutet, dass die Hohlwelleninnenseite im Kühlungsabschnitt keine Nuten aufweist. Somit strömt das Öl oder ein anderer Kühlschmierstoff durch die Nuten im zweiten Verzahnungsabschnitt in den nutenfrei Kühlungsabschnitt ein und verteilt sich im Ringspalt des nutenfreien Kühlungsabschnittes. Dadurch kann das Öl oder der Kühlschmierstoff im Kühlungsabschnitt eine hohe Abwärme aufnehmen und dadurch beispielsweise den Rotor kühlen.The inner side of the hollow shaft is preferably designed without grooves in the cooling section. This means that the inside of the hollow shaft does not have any grooves in the cooling section. The oil or another cooling lubricant thus flows through the grooves in the second toothed section into the groove-free cooling section and is distributed in the annular gap of the groove-free cooling section. This can cause the oil or the Cooling lubricant absorb a high level of waste heat in the cooling section and thereby cool the rotor, for example.
Vorzugsweise ist die Hohlwelleninnenseite zylindrisch ausgebildet.The inside of the hollow shaft is preferably cylindrical.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Hohlwelle über den zweiten Verzahnungsabschnitt einen sich in einer radialen Richtung erstreckenden ersten Innendurchmesser, sowie über den Kühlungsabschnitt zumindest einen sich in der radialen Richtung erstreckenden zweiten Innendurchmesser auf, wobei der erste Innendurchmesser kleiner ist als der zweite Innendurchmesser. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen dem Schmiermittel bzw. dem Öl und der Hohlwelleninnenseite erhöht wodurch sich ein besserer Wärmeübergang ergibt.In a preferred embodiment, the hollow shaft has a first inner diameter extending in a radial direction over the second toothing section and at least one second inner diameter extending in the radial direction over the cooling section, the first inner diameter being smaller than the second inner diameter. This increases the contact area between the lubricant or the oil and the inside of the hollow shaft, which results in better heat transfer.
Ferner wird dadurch die Ringspalthöhe im Kühlungsabschnitt im Vergleich zu der Ringspalthöhe im zweiten Verzahnungsabschnitt erhöht. Dies führt zu einer verbesserten Kühlleistung.Furthermore, this increases the height of the annular gap in the cooling section compared to the height of the annular gap in the second toothed section. This leads to an improved cooling performance.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weisen die Nuten in radialer Richtung eine Tiefe auf, welche entweder die Hälfte der Differenz von dem zweiten Innendurchmesser mit dem ersten Innendurchmesser oder geringer als die Hälfte der Differenz von dem zweiten Innendurchmesser mit dem ersten Innendurchmesser ist. Dadurch kann das Öl oder der Kühlschmierstoff vom zweiten Verzahnungsabschnitt problemlos in den Kühlungsabschnitt einströmen, ohne dass eine Rückströmung oder Turbulenzen in der Strömung stattfinden. Somit können Störungen im Betrieb der elektrischen Maschine, vermieden werden.In a further preferred embodiment, the grooves have a depth in the radial direction which is either half the difference between the second inner diameter and the first inner diameter or less than half the difference between the second inner diameter and the first inner diameter. As a result, the oil or the cooling lubricant can flow into the cooling section from the second toothed section without any problems, without a backflow or turbulence occurring in the flow. Disturbances in the operation of the electrical machine can thus be avoided.
Vorzugsweise weisen die Nuten umfangsseitig einen äquidistanten Abstand zueinander auf. Dadurch kann eine gleichmäßige Kühlung des Rotors erzielt werden.The grooves preferably have an equidistant spacing from one another on the circumferential side. This enables uniform cooling of the rotor to be achieved.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist ein Geberrad mit einem Verteilerkanal vorgesehen, wobei das Geberrad mit einer ersten rotorwellenzugewandten Seite an der ersten Stirnseite der Rotorwelle angeordnet ist und mit dieser drehfest verbunden ist, wobei das Geberrad eine der ersten rotorwellenzugewandten Seite gegenüberliegende rotorwellenabgewandten zweite Seite aufweist und wobei im Geberrad der Verteilerkanal für den Kühlschmierstoff angeordnet ist, und wobei der Verteilerkanal zur rotorwellenabgewandten zweiten Seite geöffnet ist.In a further preferred embodiment, a transmitter wheel with a distributor channel is provided, the transmitter wheel being arranged with a first side facing the rotor shaft on the first end face of the rotor shaft and being connected to it in a rotationally fixed manner, the transmitter wheel having a second side opposite the rotor shaft facing away from the first side facing the rotor shaft and wherein The distributor channel for the cooling lubricant is arranged in the encoder wheel, and the distributor channel is open to the second side facing away from the rotor shaft.
Ferner sind weiter bevorzugt Zufuhrkanäle vorgesehen, welche sich von dem Verteilerkanal des Geberrades bis zu den Nuten erstreckt, so dass ein Einströmen des Kühlschmierstoffs von dem Verteilerkanal über die Zufuhrkanäle in, die zu den Zufuhrkanälen korrespondierenden Nuten, bewerkstelligbar ist. Dadurch können die Nuten sehr einfach mit Kühlschmierstoff versorgt werden.In addition, supply channels are preferably provided which extend from the distributor channel of the sensor wheel to the grooves, so that the cooling lubricant can flow in from the distributor channel via the supply channels into the grooves corresponding to the supply channels. This means that the grooves can be supplied with cooling lubricant very easily.
Vorzugsweise ist an der ersten Stirnseite ein Lager in Form eines Fest- oder Loslagers mit welchem die Hohlwelle endseitig in einem Gehäuse gelagert ist. Weiter vorzugsweise erstreckt sich von zumindest einem der Zuflusskanäle ein Schmierkanal bis zu dem Lager, welcher Kühlschmierstoff von dem Zuflusskanal zu dem Lager führt.A bearing in the form of a fixed or floating bearing with which the hollow shaft is supported in a housing at the end is preferably on the first end face. More preferably, a lubrication channel extends from at least one of the inflow channels to the bearing, which lubricant guides cooling lubricant from the inflow channel to the bearing.
Um ein Herausströmen des Kühlschmierstoffs in Richtung des Rotors zu verhindern, ist in dem Gehäuse eine Aussparung mit einem Dichtring angeordnet. Zudem ist ein Prallblech, zum Geberrad hinweisend so angeordnet, dass ein unkontrolliertes Herausströmen von Kühlschmierstoff in Richtung Geberrad verhindert wird.In order to prevent the cooling lubricant from flowing out in the direction of the rotor, a recess with a sealing ring is arranged in the housing. In addition, a baffle plate is arranged pointing towards the encoder wheel in such a way that an uncontrolled outflow of cooling lubricant in the direction of the encoder wheel is prevented.
In weiterer Ausgestaltung ist ein drehstarrer Lagerdeckel zur Lagerung des Geberrades vorgesehen, welcher an einer rotorwellenabgewandten Seite des Geberrades angeordnet ist, wobei der Lagerdeckel einen L-förmigen Lagerdeckelkanal, insbesondere eine Lagerdeckelbohrung aufweist, welche mit dem Verteilerkanal fluidverbunden ist, so dass ein Einströmen des Kühlschmierstoffes über den Lagerdeckelkanal in den Verteilerkanal bewerkstelligbar ist. Durch diese Ausgestaltung kann ein kleiner axialer Bauraum erzielt werden. Zudem können in axialer Richtung noch weitere Elemente mit dem Lagerdeckel verbunden oder an diesen angeordnet werden.In a further embodiment, a torsionally rigid bearing cover is provided for mounting the sensor wheel, which is arranged on a side of the sensor wheel facing away from the rotor shaft, the bearing cover having an L-shaped bearing cover channel, in particular a bearing cover bore, which is fluidly connected to the distributor channel, so that the cooling lubricant can flow in can be achieved via the bearing cover channel in the distribution channel. With this configuration, a small axial installation space can be achieved. In addition, further elements can be connected to the bearing cover or arranged on it in the axial direction.
Vorzugsweise ist der Kühlschmierstoff Öl. Öl eignet sich besonders gut, da es die Abwärme sehr gut aufnehmen kann und sich gleichzeitig als sehr guter Schmierstoff eignet. Darüber hinaus hat Öl den Vorteil, dass es elektrisch nichtleitend ist.The cooling lubricant is preferably oil. Oil is particularly suitable because it can absorb waste heat very well and is also a very good lubricant. In addition, oil has the advantage that it is electrically non-conductive.
Bevorzugt ist ein Ölsumpf und ein Rückführungskanal vorgesehen, wobei der Rückführungskanal mit dem Ringspalt fluidverbunden ist, zum Führen des Öls aus dem Ringspalt in den Ölsumpf. Dadurch kann ein geschlossener Kühlkreislauf erzielt werden.An oil sump and a return channel are preferably provided, the return channel being fluidically connected to the annular gap for guiding the oil from the annular gap into the oil sump. This enables a closed cooling circuit to be achieved.
Vorzugsweise wird das Öl in einem geschlossenen Kreislauf, der einen außerhalb der elektrischen Maschine angeordneten Wärmetauscher und eine Pumpe enthält, bewegt. Vorzugsweise ist der Rückführungskanal in axialer Richtung in Richtung zweiter Stirnseite nach dem Ringspalt angeordnet.The oil is preferably moved in a closed circuit which contains a heat exchanger arranged outside the electrical machine and a pump. The return channel is preferably arranged in the axial direction in the direction of the second end face after the annular gap.
In bevorzugter Ausgestaltung ist ein Spannring vorgesehen, welcher sich zumindest teilweise ringförmig um die Hohlwellenaußenseite erstreckt, und mit der Hohlwellenaußenseite drehfest verbunden ist.In a preferred embodiment, a clamping ring is provided, which extends at least partially in a ring shape around the hollow shaft outside and is connected to the hollow shaft outside in a rotationally fixed manner.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist der Spannring ein Innengewinde und die Hohlwellenaußenseite ein dazu korrespondierendes Außengewinde auf, so dass die Hohlwelle mit dem Spannring verschraubbar ist.In a further preferred embodiment, the clamping ring has an internal thread and the outer side of the hollow shaft has a corresponding external thread so that the hollow shaft can be screwed to the clamping ring.
Dadurch können Bewegungen der Hohlwelle und der Rotorwelle, wie z.B. thermisch bedingte Ausdehnungsprozesse, sowie fertigungsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden. Gleichzeitig wird mittels des Spannrings eine spielfreie axiale Fixierung der Rotorwelle und der Hohlwelle gewährleistet. Mithilfe des Spannrings kann über einen großen Temperaturbereich eine konstante Vorspannkraft erreicht werden, die die Hohlwelle und die Rotorwelle mittels einer vorgegebenen axialen Federkraft in seiner Montageposition hält. Der Spannring fungiert somit als Gegenhalter zu der Rotorwelle und dem Geberrad und stellt gleichzeitig eine Schulter für ein Festlager dar.As a result, movements of the hollow shaft and the rotor shaft, e.g. Thermal expansion processes as well as manufacturing-related tolerances are compensated. At the same time, backlash-free axial fixation of the rotor shaft and the hollow shaft is ensured by means of the clamping ring. With the help of the clamping ring, a constant pretensioning force can be achieved over a wide temperature range, which holds the hollow shaft and the rotor shaft in their assembly position by means of a predetermined axial spring force. The clamping ring thus acts as a counter holder for the rotor shaft and the encoder wheel and at the same time represents a shoulder for a fixed bearing.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Maschine mit einer wie oben beschriebenen Kühlanordnung, wobei die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher koaxial zur Hohlwelle gelagert ist und mit dieser Hohlwelle drehfest verbunden ist.The object is also achieved by an electrical machine with a cooling arrangement as described above, the electrical machine having a rotor which is mounted coaxially to the hollow shaft and is connected to this hollow shaft in a rotationally fixed manner.
Durch die Erfindung kann die Abwärme einer solchen elektrischen Maschine gut abgeführt werden. Somit kann die elektrische Maschine mit hohen Leistungen betrieben werden. Wärmebelastete Bauteile, wie beispielsweise Loslager oder Festlager, können somit gekühlt werden. Dadurch wird die Lebensdauer solcher Bauteile erhöht. Mittels der Erfindung ist es möglich eine solche elektrische Maschine zu kühlen ohne die einzelnen Bauteile zu schädigen.The invention enables the waste heat from such an electrical machine to be dissipated well. The electrical machine can thus be operated with high power. Components exposed to heat, such as floating or fixed bearings, can thus be cooled. This increases the service life of such components. By means of the invention it is possible to cool such an electrical machine without damaging the individual components.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
- 1: eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
- 2: eine erfindungsgemäße elektrische Maschine im Betrieb,
- 3: eine zweite Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
- 4: eine Hohlwelle gemäß der Erfindung,
- 5: ein Geberrad mit Verteilerkanal gemäß der Erfindung,
- 6: eine dritte Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
- 7: eine vierte Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
Further features, properties and advantages of the present invention emerge from the following description with reference to the accompanying figures. They show schematically: - 1 : a first embodiment of an electrical machine according to the invention,
- 2 : an electrical machine according to the invention in operation,
- 3 : a second embodiment of an electrical machine according to the invention,
- 4th : a hollow shaft according to the invention,
- 5 : a sensor wheel with distribution channel according to the invention,
- 6th : a third embodiment of an electrical machine according to the invention,
- 7th : a fourth embodiment of an electrical machine according to the invention,
1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 mit einem Rotor 9. Der Kühlschmierstoff ist hier vorzugsweise als ein Öl ausgebildet. Im Betrieb erzeugt der Rotor 9 Abwärme. Für einen besseren Betrieb und zur Erhöhung der Lebensdauer der elektrischen Maschine 1 muss diese Abwärme abgeführt werden. 1 shows an electrical machine according to the invention 1 with a rotor 9 . The cooling lubricant is preferably designed as an oil here. The rotor generates during operation 9 Waste heat. For better operation and to increase the service life of the electrical machine 1 this waste heat must be dissipated.
Die elektrische Maschine 1 weist eine Rotorwelle 2 in einem Gehäuse 6 auf, welche sich in einer axialen Richtung A um eine Drehachse D erstreckt. Die Rotorwelle 2 weist in axialer Richtung A eine Rotorwellenaußenseite 5 auf. Ferner weist die Rotorwelle 2 in der axialen Richtung A endseitig eine erste Stirnseite 20 und eine zweite Stirnseite 21 auf. Die Rotorwelle 2 ist in einem Gehäuse 6 angeordnet.The electric machine 1 has a rotor shaft 2 in one housing 6th on which extends in an axial direction A. around an axis of rotation D. extends. The rotor shaft 2 points in the axial direction A. a rotor shaft outside 5 on. Furthermore, the rotor shaft 2 in the axial direction A. end a first end face 20th and a second face 21st on. The rotor shaft 2 is in a housing 6th arranged.
Die elektrische Maschine 1 weist eine sich in axialer Richtung A um die Drehachse D erstreckende Hohlwelle 11 auf. Diese ist koaxial zur Rotorwelle 2 angeordnet.The electric machine 1 has one in the axial direction A. around the axis of rotation D. extending hollow shaft 11 on. This is coaxial with the rotor shaft 2 arranged.
Die Hohlwelle 11 weist eine Hohlwelleninnenseite 12, welche zur Rotorwelle 2 zeigt und eine der Hohlwelleninnenseite 12 gegenüberliegende Hohlwellenaußenseite 13 auf.The hollow shaft 11 has a hollow shaft inside 12 , which to the rotor shaft 2 shows and one of the hollow shaft inside 12 opposite hollow shaft outside 13 on.
Die Hohlwelleninnenseite 12 ist in radialer Richtung R beabstandet von der Rotorwellenaußenseite 5 angeordnet, wodurch ein Ringspalt 14 ausgebildet wird.The hollow shaft inside 12 is in the radial direction R. at a distance from the outside of the rotor shaft 5 arranged, creating an annular gap 14th is trained.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 9 in dem Gehäuse 6 auf, welcher koaxial zur Rotorwelle 2 gelagert ist und welcher mit der Hohlwelle 11 mittels einer kraftschlüssigen Pressverbindung 28 drehfest verbunden ist. Dadurch entsteht eine Kontaktfläche, an welcher der Rotor 9 Abwärme an die Hohlwelle 12 abgeben kann.The electric machine 1 has a rotor 9 in the case 6th which is coaxial with the rotor shaft 2 is mounted and which with the hollow shaft 11 by means of a force-fit press connection 28 is rotatably connected. This creates a contact surface on which the rotor 9 Waste heat to the hollow shaft 12 can deliver.
Weiterhin ist ein Stator (nicht gezeigt) vorgesehen, welcher in dem Gehäuse 6 befestigt ist und bevorzugt mit dem Rotor 9 magnetisch zusammenwirkt.Furthermore, a stator (not shown) is provided, which is in the housing 6th is attached and preferably with the rotor 9 interacts magnetically.
Die Rotorwellenaußenseite 5 weist an der ersten Stirnseite 20 einen sich in axialer Richtung A erstreckenden ersten Verzahnungsabschnitt auf. Die Hohlwelleninnenseite 12 umfasst einen dazu korrespondierenden zweiten Verzahnungsabschnitt 19.The rotor shaft outside 5 points on the first face 20th one in the axial direction A. extending first toothed portion. The hollow shaft inside 12 comprises a second toothed section corresponding thereto 19th .
Die Hohlwelleninnenseite 12 umfasst in axialer Richtung A zumindest den zweiten Verzahnungsabschnitt 19, sowie einem dem zweiten Verzahnungsabschnitt 19 in Richtung der zweiten Stirnseite 21 angeschlossenen Kühlungsabschnitt 39 (4). Die Hohlwelleninnenseite 12 ist vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet.The hollow shaft inside 12 includes in the axial direction A. at least the second toothed section 19th , as well as one of the second toothed section 19th towards the second face 21st connected cooling section 39 ( 4th ). The hollow shaft inside 12 is preferably designed cylindrical.
Ferner weist die Hohlwelleninnenseite 12 entlang des zweiten Verzahnungsabschnittes 19 Nuten 27, insbesondere Längsnuten, auf. Das heißt, dass sich die Nuten 27 in axialer Richtung A entlang des zweiten Verzahnungsabschnittes 19 erstrecken. Die Nuten 27 dienen der Ölführung durch den ersten und zweiten Verzahnungsabschnitt 19 entlang des Ringspaltes 14. Die Nuten 27 sind vorzugsweise in äquidistanten Abständen zueinander umfangsseitig über die Hohlwelleninnenseite 12 verteilt.Furthermore, the hollow shaft inside 12 along the second toothed section 19th Grooves 27 , in particular longitudinal grooves. That is, the grooves 27 in the axial direction A. along the second toothed section 19th extend. The grooves 27 serve to guide the oil through the first and second toothed section 19th along the annular gap 14th . The grooves 27 are preferably at equidistant intervals from one another on the circumferential side over the inside of the hollow shaft 12 distributed.
Die Rotorwellenaußenseite 5 weist umfangseitig im Bereich des ersten Verzahnungsabschnittes eine erste Mitnahmeverzahnung 15 auf, das heißt, die erste Mitnahmeverzahnung 15 ist über die gesamte Umfangsseite der Rotorwellenaußenseite 5 im ersten Verzahnungsabschnitt angeordnet.The rotor shaft outside 5 has a first driving toothing circumferentially in the area of the first toothing section 15th on, that is, the first driving gear 15th is over the entire circumference of the rotor shaft outside 5 arranged in the first toothed section.
Der zweite Verzahnungsabschnitt 19 der Hohlwelleninnenseite 12 weist in dem nutenfreien Bereich 38 (4) eine umfangsseitige zweite Mitnahmeverzahnung 16 auf, das heißt die Mitnahmeverzahnung 16 erstreckt sich über den gesamten Umfang mit Ausnahme derjenigen Bereiche, in denen die Nuten 27 angeordnet sind. Somit ist in den Nuten 27 keine zweite Mitnahmeverzahnung 16 angeordnet. Dies heißt, dass durch die Nuten 27 die zweite Mitnahmeverzahnung 16 unterbrochen wird.The second gear section 19th the inside of the hollow shaft 12 points in the groove-free area 38 ( 4th ) a circumferential second driving toothing 16 on, that is, the driving teeth 16 extends over the entire circumference with the exception of those areas in which the grooves 27 are arranged. Thus is in the grooves 27 no second drive toothing 16 arranged. This means that through the grooves 27 the second drive toothing 16 is interrupted.
Die erste Mitnahmeverzahnung 15 steht mit der zweiten Mitnahmeverzahnung 16 zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung im Eingriff.The first driving gear 15th stands with the second driving toothing 16 to form a rotationally fixed connection in engagement.
Durch die erste Mitnahmeverzahnung 15 und die zweite Mitnahmeverzahnung 16 sind die Rotorwelle 2 und die Hohlwelle 11 drehfest verbunden.With the first drive gearing 15th and the second driving gear 16 are the rotor shaft 2 and the hollow shaft 11 non-rotatably connected.
Der Kühlungsabschnitt 39 (4) weist hingegen keine Nuten 27 auf, so dass das Öl durch die Nuten 27 in den nutenfreien Kühlungsabschnitt 39 (4) einströmt.The cooling section 39 ( 4th ), however, does not have any grooves 27 on so that the oil through the grooves 27 in the groove-free cooling section 39 ( 4th ) flows in.
Durch das Entlangströmen des Öls im Ringspalt 14 und anschließend an der Rotoraußenwellenseite 5 / Hohlwelleninnseite 12 können alle Verzahnungen im Ringspalt 14, hier beispielsweise die Mitnahmeverzahnungen 15,16 geschmiert werden, um so einen vorzeitigen Abrieb zu vermeiden.By the oil flowing along in the annular gap 14th and then on the rotor outer shaft side 5 / Hollow shaft inside 12 can all teeth in the annular gap 14th , here for example the drive gears 15th , 16 be lubricated in order to avoid premature wear.
Die Hohlwelle 11 weist über den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 einen ersten, sich in einer radialen Richtung R, erstreckenden Innendurchmesser ID1 auf. Dabei ist der Innendurchmesser ID1 der innere Durchmesser der Hohlwelle 11. Somit wird eine erste Ringspalthöhe ausgebildet.The hollow shaft 11 points over the second toothed section 19th a first, moving in a radial direction R. , extending inner diameter ID1 on. Where is the inside diameter ID1 the inner diameter of the hollow shaft 11 . A first annular gap height is thus formed.
Die Hohlwelle 11 weist über den Kühlungsabschnitt 39 (4) einen zweiten, sich in der radialen Richtung R erstreckenden Innendurchmesser ID2 auf, wobei der erste Innendurchmesser ID1 kleiner ist als der zweite Innendurchmesser ID2, so dass sich in Richtung zweiter Stirnseite 21 eine radiale Aufweitung des Ringspaltes 14 ergibt. Das heißt, es wird der Querschnitt des Ringspaltes 14 erhöht und es bildet sich eine zweite Ringspalthöhe aus, wobei die zweite Ringspalthöhe größer als die erste Ringspalthöhe ist. Dadurch ist eine effiziente Kühlung des Rotors 9 sowie angrenzender, durch die Abwärme des Rotors 9, thermisch belasteter Bauteile möglich.The hollow shaft 11 points over the cooling section 39 ( 4th ) a second, extending in the radial direction R. extending inner diameter ID2 on, the first inner diameter ID1 is smaller than the second inner diameter ID2 so that it faces towards the second face 21st a radial widening of the annular gap 14th results. That means it will be the cross-section of the annular gap 14th increases and a second annular gap height is formed, the second annular gap height being greater than the first annular gap height. This ensures efficient cooling of the rotor 9 as well as adjacent ones, due to the waste heat from the rotor 9 , thermally loaded components possible.
Die Rotorwelle 2 ist auf einer ersten Stirnseite 20 mit einem Geberrad 3 drehfest verbunden. Das Geberrad 3 ist koaxial zur Drehachse D angeordnet. Das Geberrad 3 weist bevorzugt entlang seines Außenumfangs verschiedene Zähne 40 (5) auf, welche in Verbindung mit einem Hall- oder einem Induktivsensor stehen. Wird das mit Zähnen 40 (5) ausgestaltete Geberrad 3 an dem Hall- oder dem Induktivsensor (nicht gezeigt) vorbeibewegt, in dessen Nähe sich ein Magnet befindet, kann der Hall- oder der Induktivsensor, die durch die Zähne hervorgerufenen Magnetfeldänderungen registrieren und so Informationen über Drehzahl und Drehrichtung des Geberrads 3 bzw. der Rotorwelle 2, mit der das Geberrad 3 drehfest verbunden ist, liefern. Alternativ können die Zähne (nicht gezeigt) beispielsweise mit einer Markierung versehen sein, die von einem dafür ausgestalteten Sensor (nicht gezeigt) erfasst werden können.The rotor shaft 2 is on a first face 20th with a sender wheel 3 non-rotatably connected. The encoder wheel 3 is coaxial to the axis of rotation D. arranged. The encoder wheel 3 preferably has different teeth along its outer circumference 40 ( 5 ), which are in connection with a Hall or an inductive sensor. Will that with teeth 40 ( 5 ) designed encoder wheel 3 Moving past the Hall or inductive sensor (not shown), near which there is a magnet, the Hall or inductive sensor can register the changes in the magnetic field caused by the teeth and thus information about the speed and direction of rotation of the encoder wheel 3 or the rotor shaft 2 with which the sender wheel 3 is rotatably connected, deliver. Alternatively, the teeth (not shown) can be provided with a marking, for example, which can be detected by a sensor (not shown) designed for this purpose.
Das Geberrad 3 ist kraftschlüssig mit der Rotorwelle 2 verbunden. Das Geberrad 3 ist mit einer ersten rotorwellenzugewandten Seite an der ersten Stirnseite 20 der Rotorwelle 2 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Ferner weist das Geberrad 3 eine der ersten rotorwellenzugewandten Seite gegenüberliegende rotorwellenabgewandte zweite Seite auf.The encoder wheel 3 is non-positive with the rotor shaft 2 connected. The encoder wheel 3 is with a first side facing the rotor shaft on the first end face 20th the rotor shaft 2 arranged and rotatably connected to this. Furthermore, the encoder wheel 3 a second side facing away from the rotor shaft opposite the side facing the first rotor shaft.
Im Geberrad 3 ist ein zur rotorwellenabgewandten zweiten Seite geöffneter Verteilerkanal 34 für den Kühlschmierstoff angeordnet.In the sender wheel 3 is a distribution channel open to the second side facing away from the rotor shaft 34 arranged for the cooling lubricant.
Der Verteilerkanal 34 ist somit im Geberrad 3 angeordnet. Dabei erstreckt sich der Verteilerkanal 34 nicht durchgängig von der rotorwellenabgewandten zweiten Seite als geöffnete Einlassseite bis in das Geberrad 3 hinein.The distribution channel 34 is thus in the sender wheel 3 arranged. The distribution channel extends here 34 not continuously from the second side facing away from the rotor shaft as the open inlet side into the encoder wheel 3 inside.
Ferner sind im Geberrad 3 Zuflusskanäle 17 vorgesehen, welche sich von dem Verteilerkanal 34 zu den Nuten 27 durch das Geberrad 3 erstrecken, so dass das Öl vom Verteilerkanal 34 in die Nuten 27 einströmt. Die Anzahl der Nuten 27 entspricht der Anzahl der Zuflusskanäle 17. Der Verteilerkanal 34 und die Nuten 27 sind damit über die Zuflusskanäle 17 zueinander fluidverbunden. Die Zuflusskanäle 17 können jeweils vorzugsweise als zylindrische Bohrung ausgestaltet sein, ebenso wie der Verteilerkanal 34.Also in the sender wheel 3 Inflow channels 17th provided which extends from the manifold 34 to the grooves 27 through the sender wheel 3 extend so that the oil from the manifold 34 in the grooves 27 flows in. The number of grooves 27 corresponds to the number of inflow channels 17th . The distribution channel 34 and the grooves 27 are thus via the inflow channels 17th fluidly connected to each other. The inflow channels 17th can each preferably be designed as a cylindrical bore, as can the distribution channel 34 .
Das Geberrad 3 dient somit als Ölverteilerstelle.The encoder wheel 3 thus serves as an oil distribution point.
An der zweiten Stirnseite 21 kann die Rotorwelle 2 eine Befestigungsscheibe/Flansch und/oder eine Befestigungsschraube aufweisen.On the second face 21st can the rotor shaft 2 have a fastening washer / flange and / or a fastening screw.
Die Rotorwelle 2 und das Geberrad 3 sind durch einen (dreh)starren Lagerdeckel 4 abgedeckt. Der Lagerdeckel 4 weist vorzugsweise einen tragenden Bereich auf, der mit der Rotorwelle 2 und dem Geberrad 3 korrespondiert sowie Befestigungsbereiche zur Verbindung des Lagerdeckels 4 mit dem Gehäuse 6, beispielsweise mittels Schrauben 7.The rotor shaft 2 and the encoder wheel 3 are through a (rotating) rigid bearing cover 4th covered. The bearing cap 4th preferably has a load-bearing area that connects to the rotor shaft 2 and the encoder wheel 3 corresponds as well as fastening areas for connecting the bearing cover 4th with the case 6th , for example by means of screws 7th .
Ferner weist der Lagerdeckel 4 zumindest einen durchgängigen, sich in axialer Richtung A erstreckenden Durchgangskanal 22 als Einlass für das Öl auf. Der Durchgangskanal 22 ist insbesondere als eine durchgängige Bohrung durch den Lagerdeckel 4 ausgestaltet.Furthermore, the bearing cover 4th at least one continuous, extending in the axial direction A. extending through channel 22nd as an inlet for the oil. The passage channel 22nd is in particular as a continuous bore through the bearing cover 4th designed.
Der Durchgangskanal 22 ist zum Führen, vorzugsweise strömungsfreien Führen (laminare Strömung) des Öls ausgebildet. Hierzu kann er an seiner Innenseite eine Beschichtung aufweisen. Dies kann beispielsweise eine in axialer Richtung A angeordnete Rillenstruktur sein, die mittels einer Bohrung leicht auszuführen ist. Eine solche Rillenstruktur verhindert Turbulenzen in der Strömung.The passage channel 22nd is designed for guiding, preferably flow-free guiding (laminar flow) of the oil. For this purpose, it can have a coating on its inside. This can, for example, be one in the axial direction A. be arranged groove structure, which is easy to carry out by means of a bore. Such a groove structure prevents turbulence in the flow.
Der Durchgangskanal 22 mündet in den Verteilerkanal 34 hinein, welcher in dem Geberrad 3 angeordnet ist, so dass der Durchgangskanal 22 und der Verteilerkanal 34 miteinander fluidverbunden sind. Durch den Durchgangskanal 22 kann Öl von außerhalb des Gehäuses 6 in den Verteilerkanal 34 fließen. Anschließend kann das Öl vom Verteilerkanal 34 durch die Zuflusskanäle 17 in die Nuten 27 einströmen.The passage channel 22nd opens into the distribution channel 34 into which one in the sender wheel 3 is arranged so that the through channel 22nd and the distribution channel 34 are fluidly connected to one another. Through the through channel 22nd can oil from outside the housing 6th in the distribution channel 34 flow. Then the oil can from the distribution channel 34 through the inflow channels 17th in the grooves 27 pour in.
Die Hohlwelle 11 ist endseitig jeweils mittels eines fettgeschmierten Loslagers 8b und eines Festlagers 8a in dem Gehäuse 6 gelagert.The hollow shaft 11 is at the end by means of a grease-lubricated floating bearing 8b and a fixed camp 8a in the case 6th stored.
Zwischen dem Geberrad 3 und der Hohlwelleninnenseite 12 ist eine Lagerdichtung 24, vorzugsweise in O-Ring angeordnet, um ein unkontrolliertes Ausströmen des Öls zu den Bauteilen der elektrischen Maschine 1 zu verhindern. Andere Dichtringe oder Dichtungspakete anstatt des O-Rings können ebenfalls verwendet werden.Between the sender wheel 3 and the inside of the hollow shaft 12 is a bearing seal 24 , preferably arranged in an O-ring, to prevent uncontrolled leakage of the oil to the components of the electrical machine 1 to prevent. Other sealing rings or sealing packages instead of the O-ring can also be used.
Ferner ist eine ringförmige Aussparung 35 vorgesehen, welche zwischen dem Lagerdeckel 4 und dem Geberrad 3 in Richtung der Drehachse D angeordnet ist. In der ringförmigen Aussparung 35 ist eine ringförmige Abdichtung 36 angeordnet. Die Abdichtung 36 kann beispielsweise eine Radialwellendichtung oder ein Dichtring in Kombination mit einem Prallblech umfassen. Die Abdichtung 36 verhindert das Austreten von Öl zwischen dem Geberrad 3 und dem Lagerdeckel 4, das heißt zwischen Durchgangskanal 22 und Verteilerkanal 34. Somit können Schäden durch austretendes Öl bei der elektrischen Maschine 1 verhindert werden.There is also an annular recess 35 provided between the bearing cap 4th and the encoder wheel 3 in the direction of the axis of rotation D. is arranged. In the annular recess 35 is an annular seal 36 arranged. The waterproofing 36 can for example comprise a radial shaft seal or a sealing ring in combination with a baffle plate. The waterproofing 36 prevents oil from escaping between the sender wheel 3 and the bearing cap 4th , that is, between the passage channel 22nd and distribution channel 34 . This can result in damage to the electrical machine from leaking oil 1 be prevented.
Die elektrische Maschine 1 weist vorzugsweise einen Rückführungskanal 30 und einen Ölsumpf 29 auf, zum Rückführen des Öls, wobei der Rückführungskanal 30 mit dem Ringspalt 14 und dem Ölsumpf 29 fluidverbunden ist. Der Rückführungskanal 30 erstreckt sich vorzugsweise bis zu dem Ölsumpf 29. Vorzugsweise ist der Rückführungskanal 30 dem Ringspalt 14 in Richtung zweiter Stirnseite 21 nachgeordnet angeordnet.The electric machine 1 preferably has a return channel 30th and an oil sump 29 on, for returning the oil, the return channel 30th with the annular gap 14th and the oil sump 29 is fluid-connected. The return channel 30th preferably extends to the oil sump 29 . Preferably the return channel is 30th the annular gap 14th towards the second face 21st arranged downstream.
Über den Durchgangskanal 22 wird Öl in den Verteilerkanal 34 und dann in die Zuflusskanäle 17 eingeströmt. Von dort strömt das Öl in die Nuten 27 und schmiert somit die Mitnahmeverzahnung 15,16 und strömt anschließend den Ringspalt 14 weiter entlang. Während des Durchströmens nimmt das Öl die Abwärme des Rotors 9 auf und führt diese mit sich. Das heißt, dass sich das Öl erwärmt und somit die Abwärme abführt. Somit ist ein besserer Betrieb der elektrischen Maschine 1 möglich. Durch die Verwendung von Öl, welches aus dem Ölsumpf 29 entnommen wird und anschließend nach der Aufnahme der Abwärme des Rotors 9 wieder in den Ölsumpf 29 zurückgeführt wird, kann ein geschlossener Ölkühlkreislauf angegeben werden. Ölverluste werden dadurch minimiert.Via the through channel 22nd gets oil in the manifold 34 and then into the inflow channels 17th flowed in. From there the oil flows into the grooves 27 and thus lubricates the driving teeth 15th , 16 and then flows through the annular gap 14th further along. As it flows through, the oil absorbs the waste heat from the rotor 9 and carries them with you. This means that the oil warms up and thus dissipates the waste heat. Thus, the electrical machine operates better 1 possible. By using oil that is extracted from the oil sump 29 is removed and then after the absorption of the waste heat from the rotor 9 back into the oil sump 29 is fed back, a closed oil cooling circuit can be specified. This minimizes oil losses.
Durch das durch den Ringspalt 14 strömende Öl können Verzahnungen, beispielsweise die Mitnahmeverzahnung 15,16, in diesem Ringspalt 14 geschmiert werden. Auf eine separate Schmierung kann somit verzichtet werden.Through that through the annular gap 14th Flowing oil can have gears, for example the driving gears 15th , 16 , in this annular gap 14th be lubricated. A separate lubrication can therefore be dispensed with.
Somit kann der Ölsumpf 29 derart angeordnet werden, dass Planschverluste, d.h. Verluste von Öl vermieden werden können. Solche Planschverluste können die Funktionen der elektrischen Maschine 1 beeinträchtigen. Durch das Entlangströmen des Öls an der Rotorwellenaußenseite 5 und der Hohlwelleninnenseite 12 ist sichergestellt, dass für Verzahnungen an der Rotorwellenaußenseite 5 / Hohlwelleninnenseite 12 stets eine ausreichende Menge von Schmieröl zur Verfügung steht, so dass eine sichere Schmierung und ein schadensfreier Betrieb gewährleistet ist.Thus, the oil sump 29 be arranged such that splashing losses, ie losses of oil, can be avoided. Such splash losses can affect the functions of the electrical machine 1 affect. By the oil flowing along the outside of the rotor shaft 5 and the inside of the hollow shaft 12 it is ensured that for toothing on the outside of the rotor shaft 5 / Hollow shaft inside 12 A sufficient quantity of lubricating oil is always available so that reliable lubrication and damage-free operation are guaranteed.
2 zeigt die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 mit einer Ölkühlung von 1 im Betrieb (durch Pfeile gekennzeichnet). 2 shows the electrical machine according to the invention 1 with an oil cooling of 1 in operation (indicated by arrows).
Öl wird dabei von einer nicht gezeigten Ölfördereinrichtung, beispielsweise einer elektrischen oder mechanischen Ölpumpe durch eine Hydraulikölleitung (nicht gezeigt) vom dem Ölsumpf 29 zu dem Durchgangskanal 22 und in diesen hineingepumpt. Hierfür kann im Durchgangskanal 22 eine Hydraulikverschraubung angeordnet sein.Oil is in this case from an oil delivery device (not shown), for example an electrical or mechanical oil pump, through a hydraulic oil line (not shown) from the oil sump 29 to the through channel 22nd and pumped into it. This can be done in the through channel 22nd a hydraulic screw connection can be arranged.
Nach Durchströmen des Durchgangskanals 22, strömt das Öl in den Verteilerkanal 34. Von dort wird das Öl auf die vorhandenen Zuflusskanäle 17 verteilt und strömt zu den Nuten 27. Das Öl wird in die Nuten 27, welche im zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) der Hohlwelleninnenseite 12 angeordnet sind, eingeströmt und kann diese Nuten 27 entlangströmen. Durch die zum Ringspalt 14 offene Anordnung der Nuten 27 können kleine Mengen an Öl aus den Nuten 27 herausströmen. Hierbei werden zusätzlich die Mitnahmeverzahnungen 15,16 geschmiert. Der Ringspalt 14 weist über den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) eine erste Ringspalthöhe auf. Die Hohlwelle 11 weist im zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) einen ersten Innendurchmesser ID1 auf, und im nachfolgenden Kühlungsabschnitt 39 (4) einen zweiten Innendurchmesser ID2 auf, wobei der zweite Innendurchmesser ID1 größer als der erste Innendurchmesser ID2 ist. Hieraus ergibt sich eine zweite Ringspalthöhe, welche größer als die erste Ringspalthöhe ist.After flowing through the through canal 22nd , the oil flows into the distribution channel 34 . From there the oil is fed to the existing inflow channels 17th distributed and flows to the grooves 27 . The oil is in the grooves 27 , which in the second gear section 19th ( 4th ) the inside of the hollow shaft 12 are arranged, flowed in and can these grooves 27 stream along. Through the to the annular gap 14th open arrangement of the grooves 27 can remove small amounts of oil from the grooves 27 pour out. The driving gears are also used here 15th , 16 lubricated. The annular gap 14th points over the second toothed section 19th ( 4th ) a first annular gap height. The hollow shaft 11 points in the second toothed section 19th ( 4th ) a first inner diameter ID1 on, and in the subsequent cooling section 39 ( 4th ) a second inner diameter ID2 on, the second inner diameter ID1 larger than the first inner diameter ID2 is. This results in a second annular gap height which is greater than the first annular gap height.
Von den Nuten 27 strömt das Öl zu dem nutenfreien Kühlungsabschnitt 39 (4). Durch den größeren zweiten Innendurchmesser ID2 wird die Kontaktfläche des Öls mit der Hohlwelleninnenseite 12 erhöht. Dadurch ist eine verbesserte Aufnahme von Abwärme möglich.From the grooves 27 the oil flows to the groove-free cooling section 39 ( 4th ). Because of the larger second inner diameter ID2 becomes the contact surface of the oil with the inside of the hollow shaft 12 elevated. This enables an improved absorption of waste heat.
Somit ist eine effiziente Kühlung des Rotors 9 bzw. von hochbelasteten Bauteilen in der elektrischen Maschine 1 möglich. Dies ist auch bei einer hohen Drehzahl des Rotors 9 möglich. Zudem ergibt sich aufgrund der Konstruktion nur ein geringer Druckverlust. Ferner sind nur geringe Konstruktionsänderungen notwendig, da die Mitnahmeverzahnung 15,16 ebenfalls durch Öl geschmiert werden muss.This ensures efficient cooling of the rotor 9 or highly stressed components in the electrical machine 1 possible. This is also the case with a high speed of the rotor 9 possible. In addition, there is only a small pressure loss due to the design. Furthermore, only minor design changes are necessary, since the driving teeth 15th , 16 must also be lubricated by oil.
Nach Durchströmen des Ringspalts 14 fließt das Öl durch den Rückführungskanal 30, welcher mit dem Ringspalt 14 und dem Ölsumpf 29 fluidverbunden ist, zu dem Ölsumpf 29 zurück. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Ölkühlkreislauf für die elektrische Maschine 1.After flowing through the annular gap 14th the oil flows through the return channel 30th , which one with the annular gap 14th and the oil sump 29 is fluidly connected to the oil sump 29 back. This results in a closed oil cooling circuit for the electrical machine 1 .
Durch die notwendige Schmierung von hochbelasteten Bauteilen, wie Verzahnungen, beispielsweise der Mitnahmeverzahnung 15,16 kann auf eine separate Schmierung verzichtet werden. Dadurch kann der Ölsumpf 29 so im Gehäuse 6 angeordnet sein, das Planschverluste reduziert werden können. Somit kann der Wirkungsgrad durch Verminderung von Planschverlusten erhöht werden.Due to the necessary lubrication of highly stressed components, such as toothing, for example the driving toothing 15th , 16 there is no need for separate lubrication. This can cause the oil sump 29 so in the case 6th be arranged, the splashing losses can be reduced. The efficiency can thus be increased by reducing splash losses.
In der Hydraulikölleitung (nicht gezeigt) kann ein Kühler beispielsweise in Form eines Wärmetauschers angeordnet sein, welcher das erwärmte Öl herunterkühlt.A cooler, for example in the form of a heat exchanger, which cools down the heated oil, can be arranged in the hydraulic oil line (not shown).
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1a. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. 3 shows a further embodiment of an electrical machine 1a . Same reference numbers as in 1 and 2 identify the same elements.
Der Lagerdeckel 4 weist als Einlass eine Lagerdeckelbohrung 31 auf, welcher in den Verteilerkanal 34 mündet. Die Lagerdeckelbohrung 31 ist L-förmig ausgebildet, vorzugsweise eine Bohrung in L-Form, welche in dem Lagerdeckel 4 angeordnet ist. Auch kann die Lagerdeckelbohrung 31 mittels eines anderen, beispielsweise zerspanenden, Fertigungsverfahren hergestellter L-förmiger Durchlass sein.The bearing cap 4th has a bearing cap bore as inlet 31 on, which in the distribution channel 34 flows out. The bearing cap bore 31 is L-shaped, preferably an L-shaped hole, which is in the bearing cap 4th is arranged. The bearing cap bore 31 be by means of another, for example machining, manufacturing process L-shaped passage.
Die Lagerdeckelbohrung 31 erstreckt sich von einer Lagerdeckelmantelfläche 32 des Lagerdeckels 4 bis zu dem Verteilerkanal 34 und bildet mit diesem eine Fluidverbindung aus. Dadurch kann Öl über Ölleitungen in die Lagerdeckelbohrung 31 eingebracht werden, und strömt anschließend über die Lagerdeckelbohrung 31 zu dem Verteilerkanal 34. Da die Lagerdeckelbohrung 31 im Lagerdeckel 4 integriert ist und nicht stirnseitig angeordnet ist, können stirnseitig am Lagerdeckel 4 weitere Bauteile angeordnet werden. Ferner kann somit Bauraum in axialer Richtung A eingespart werden. Somit kann ein Einströmen des Öls von der Lagerdeckelbohrung 31 in den Verteilerkanal 34 einfach bewerkstelligt werden.The bearing cap bore 31 extends from a bearing cover jacket surface 32 of the bearing cap 4th up to the distribution channel 34 and forms a fluid connection therewith. This allows oil to enter the bearing cover bore via oil lines 31 are introduced, and then flows over the bearing cover bore 31 to the distribution channel 34 . As the bearing cap bore 31 in the bearing cap 4th is integrated and is not arranged on the front side, can on the front side on the bearing cover 4th further components are arranged. Furthermore, installation space can thus be achieved in the axial direction A. can be saved. This prevents the oil from flowing in from the bearing cap bore 31 in the distribution channel 34 can be easily done.
Zur einfacheren Anbindung der Ölleitungen an die Lagerdeckelbohrung 31 ist an der Lagerdeckelbohrung 31 ein Verbindungselement angeordnet, welches hier als Hydraulikverschraubung 33 ausgebildet ist, wobei die Hydraulikverschraubung 33 teilweise in der Lagerdeckelbohrung 31 eingebracht ist. Die Lagerdeckelbohrung 31 weist hierzu ein Innengewinde und die Hydraulikverschraubung 33 das dazu korrespondierende Außengewinde auf. Die Lagerdeckelbohrung 31 kann im Bereich des Innengewindes einen angepassten vergrößerten Durchmesser aufweisen.For easier connection of the oil lines to the bearing cover bore 31 is on the bearing cap bore 31 a connecting element arranged, which here as a hydraulic screw connection 33 is formed, the hydraulic screw connection 33 partly in the bearing cover bore 31 is introduced. The bearing cap bore 31 has an internal thread and the hydraulic screw connection 33 the corresponding external thread. The bearing cap bore 31 can have an adapted enlarged diameter in the area of the internal thread.
4 zeigt eine Hohlwelle 11 der Erfindung im Detail. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Elemente. 4th shows a hollow shaft 11 of the invention in detail. The same reference symbols identify the same elements.
Die Hohlwelle 11 weist eine zylindrisch ausgebildete Hohlwelleninnenseite 12 und eine Hohlwellenaußenseite 13 mit einer zylindrisch ausgebildeten Mantelfläche 18 auf.The hollow shaft 11 has a cylindrical hollow shaft inside 12 and a hollow shaft outside 13 with a cylindrical outer surface 18th on.
Die Hohlwelleninnenseite 12 weist in axialer Richtung A den zweiten Verzahnungsabschnitt 19, und den sich anschließenden Kühlungsabschnitt 39 auf.The hollow shaft inside 12 points in the axial direction A. the second gear section 19th , and the subsequent cooling section 39 on.
Die Hohlwelleninnenseite 12 weist in axialer Richtung A über den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 Nuten 27, insbesondere Längsnuten auf. Die Hohlwelleninnenseite 12 weist zudem im nutenfreien Bereich 38 des zweiten Verzahnungsabschnittes 19 eine Mitnahmeverzahnung 16 (1) auf.The hollow shaft inside 12 points in the axial direction A. over the second toothed section 19th Grooves 27 , in particular longitudinal grooves. The hollow shaft inside 12 also points in the groove-free area 38 of the second toothed section 19th a driving gear 16 ( 1 ) on.
In dem sich an den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 anschließenden Kühlungsabschnitt 39, welcher hier nur angedeutet ist, sind keine Nuten angeordnet.In which to the second toothed section 19th subsequent cooling section 39 , which is only indicated here, no grooves are arranged.
Ferner weist die Hohlwelleninnenseite 12 im Bereich des zweiten Verzahnungsabschnittes 19 einen radialen ersten Innendurchmesser ID1 (1) auf.Furthermore, the hollow shaft inside 12 in the area of the second toothed section 19th a radial first inner diameter ID1 ( 1 ) on.
Die Hohlwelleninnenseite 12 weist im Bereich des Kühlabschnittes 39 einen radialen zweiten Innendurchmesser ID2 (1) auf. Dabei ist der zweite Innendurchmesser ID2 (1) größer als der erste Innendurchmesser ID1 (1).The hollow shaft inside 12 points in the area of the cooling section 39 a radial second inner diameter ID2 ( 1 ) on. Where is the second inside diameter ID2 ( 1 ) larger than the first inner diameter ID1 ( 1 ).
Vorzugsweise weisen die Nuten 27 in radialer Richtung R eine Tiefe auf, welche in etwa der Hälfte der Differenz von dem zweiten Innendurchmesser ID2 (1) mit dem ersten Innendurchmesser ID1 (1) entspricht:
Alternativ kann die Tiefe der Nuten 27 auch geringer sein.
Dadurch kann das durchströmende Öl ohne Turbulenzen von den Nuten 27 zu dem nutenfreien Bereich 38 der Hohlwelleninnenseite 12 überströmen.
Die Nuten 27 weisen in Umfangsrichtung einen äquidistanten Abstand zueinander auf.The grooves preferably have 27 in the radial direction R. a depth which is about half the difference from the second inner diameter ID2 ( 1 ) with the first inside diameter ID1 ( 1 ) corresponds to: Alternatively, the depth of the grooves 27 also be lower.
As a result, the oil flowing through can be removed from the grooves without turbulence 27 to the groove-free area 38 the inside of the hollow shaft 12 overflow.
The grooves 27 have an equidistant distance from one another in the circumferential direction.
5 zeigt ein Geberrad 3 gemäß der Erfindung. Das Geberrad 3 weist ein Verteilerkanal 34 auf, welcher sich von der rotorwellenabgewandten Seite des Geberrades 3 in das Geberrad 3 hineinersteckt. Der Verteilerkanal 34 kann als Bohrung ausgeführt sein. 5 shows a transmitter wheel 3 according to the invention. The encoder wheel 3 has a distribution channel 34 which is from the side of the encoder wheel facing away from the rotor shaft 3 in the sender wheel 3 tucked into it. The distribution channel 34 can be designed as a bore.
Ferner weist das Geberrad 3 Zuflusskanäle 17 auf, welche sich vom Verteilerkanal 34 zu den Nuten 27 (1) erstrecken. Die Anzahl der Nuten 27 (1) korrespondiert zu der Anzahl der Zuflusskanäle 17.Furthermore, the encoder wheel 3 Inflow channels 17th on which is from the manifold 34 to the grooves 27 ( 1 ) extend. The number of grooves 27 ( 1 ) corresponds to the number of inflow channels 17th .
Das Geberrad 3 weist bevorzugt entlang seines Außenumfangs verschiedene Zähne 40 auf, welche in Verbindung mit einem Hall- oder einem Induktivsensor (nicht gezeigt) stehen. Wird ein mit Zähnen 40 ausgestaltetes Geberrad 3 an dem Hall- oder dem Induktivsensor (nicht gezeigt) vorbeibewegt, in dessen Nähe sich ein Magnet befindet, kann der Hall- oder der Induktivsensor die durch die Zähne hervorgerufenen Magnetfeldänderungen registrieren und so Informationen über die Drehlage des Geberrads 3 bzw. der mit dem Geberrad 3 verbundenen Rotorwelle 2 (1) liefern.The encoder wheel 3 preferably has different teeth along its outer circumference 40 which are in connection with a Hall or an inductive sensor (not shown). Becomes one with teeth 40 designed encoder wheel 3 Moved past the Hall or inductive sensor (not shown), in the vicinity of which there is a magnet, the Hall or inductive sensor can register the changes in the magnetic field caused by the teeth and thus provide information about the rotational position of the encoder wheel 3 or the one with the sender wheel 3 connected rotor shaft 2 ( 1 ) deliver.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1 b. 6th shows a further embodiment of an electrical machine 1 b.
Die elektrische Maschine 1b weist die Rotorwelle 2 mit der Rotorwellenaußenseite 5 auf. Ferner weist die Rotorwelle in der axialen Richtung A endseitig die erste Stirnseite 20 und die zweite Stirnseite 21 auf. Die Rotorwelle 2 ist in dem Gehäuse 6 angeordnet.The electric machine 1b has the rotor shaft 2 with the outside of the rotor shaft 5 on. Further, the rotor shaft faces in the axial direction A. at the end the first face 20th and the second face 21st on. The rotor shaft 2 is in the case 6th arranged.
Die elektrische Maschine 1 b weist die sich in axialer Richtung A um die Drehachse D erstreckende Hohlwelle 11 auf. Diese ist koaxial zur Rotorwelle 2 angeordnet.The electric machine 1 b points in the axial direction A. around the axis of rotation D. extending hollow shaft 11 on. This is coaxial with the rotor shaft 2 arranged.
Die Hohlwelle 11 weist die Hohlwelleninnenseite 12, welche zur Rotorwellenaußenseite 5 zeigt und die der Hohlwelleninnenseite 12 gegenüberliegende Hohlwellenaußenseite 13 auf.The hollow shaft 11 shows the inside of the hollow shaft 12 , which to the outside of the rotor shaft 5 shows and that of the hollow shaft inside 12 opposite hollow shaft outside 13 on.
Die Hohlwelleninnenseite 12 ist in radialer Richtung R beabstandet von der Rotorwellenaußenseite 5 angeordnet, wodurch der Ringspalt 14 ausgebildet wird.The hollow shaft inside 12 is in the radial direction R. at a distance from the outside of the rotor shaft 5 arranged, whereby the annular gap 14th is trained.
Die elektrische Maschine 1 b weist den Rotor 9 in dem Gehäuse 6 auf, welcher koaxial zur Rotorwelle 2 gelagert ist.The electric machine 1 b points the rotor 9 in the case 6th which is coaxial with the rotor shaft 2 is stored.
Die Hohlwellenaußenseite 13 weist in axialer Richtung A zumindest teilweise ein Außengewinde auf.The hollow shaft outside 13 points in the axial direction A. at least partially an external thread.
Ferner ist ein Spannring 23 vorgesehen, welcher sich zumindest teilweise ringförmig um die Hohlwellenaußenseite 13 erstreckt, das heißt, die Hohlwelle 1 ist zumindest teilweise eingesteckt. Somit ist der Spannring 23 zwischen Rotor 9 und Hohlwelle 11 angeordnet. Der Spannring 23 ist mit der Hohlwelle 11 drehfest verbunden, bevorzugt durch Verschraubung. Dazu weist der Spannring 23 ein Innengewinde auf und die Hohlwellenaußenseite 13 ein dazu korrespondierendes Außengewinde.There is also a tension ring 23 provided, which is at least partially annular around the hollow shaft outside 13 extends, that is, the hollow shaft 1 is at least partially inserted. Thus is the tension ring 23 between rotor 9 and hollow shaft 11 arranged. The tension ring 23 is with the hollow shaft 11 non-rotatably connected, preferably by screwing. For this purpose, the clamping ring 23 an internal thread and the hollow shaft outside 13 a corresponding external thread.
Durch den Spannring 23 können Bewegungen der Hohlwelle 11 und der Rotorwelle 2, wie z.B. thermisch bedingte Ausdehnungsprozesse, sowie fertigungsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden. Gleichzeitig wird mittels des Spannrings 23 eine spielfreie axiale Fixierung der Rotorwelle 2 und der Hohlwelle 11 gewährleistet. Mithilfe des Spannrings 23 kann über einen großen Temperaturbereich eine konstante Vorspannkraft erreicht werden, die die Hohlwelle 11 und die Rotorwelle 1 in ihrer Position hält.Through the tension ring 23 can cause movements of the hollow shaft 11 and the rotor shaft 2 such as thermal expansion processes, as well as manufacturing-related tolerances are compensated. At the same time, the clamping ring 23 axial fixation of the rotor shaft free of play 2 and the hollow shaft 11 guaranteed. With the help of the tension ring 23 a constant preload force can be achieved over a wide temperature range, which the hollow shaft 11 and the rotor shaft 1 holds in place.
Der Rotor 2 ist an dem Spannring 23 mittels einer kraftschlüssigen Pressverbindung 28 drehfest verbunden. Dadurch entsteht eine Kontaktfläche, an welcher der Rotor 9 Abwärme an die Hohlwelle 11 abgeben kann. Weiterhin ist ein Stator (nicht gezeigt) vorgesehen, welcher in dem Gehäuse 6 befestigt ist und bevorzugt mit dem Rotor 9 magnetisch zusammenwirkt.The rotor 2 is on the tension ring 23 by means of a force-fit press connection 28 non-rotatably connected. This creates a contact surface on which the rotor 9 Waste heat to the hollow shaft 11 submit can. Furthermore, a stator (not shown) is provided, which is in the housing 6th is attached and preferably with the rotor 9 interacts magnetically.
Die Rotorwellenaußenseite 5 weist an der ersten Stirnseite 20 den sich in axialer Richtung A erstreckenden ersten Verzahnungsabschnitt auf.The rotor shaft outside 5 points on the first face 20th which are in the axial direction A. extending first toothed portion.
Die Hohlwelleninnenseite 12 umfasst in axialer Richtung A zumindest den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) sowie den, dem zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) in Richtung der zweiten Stirnseite 21, angeschlossenen Kühlungsabschnitt 39 (4).
Die Hohlwelleninnenseite 12 ist zylindrisch ausgebildet.The hollow shaft inside 12 includes in the axial direction A. at least the second toothed section 19th ( 4th ) as well as, the second gear section 19th ( 4th ) towards the second face 21st , connected cooling section 39 ( 4th ).
The hollow shaft inside 12 is cylindrical.
Ferner weist die Hohlwelleninnenseite 12 entlang des zweiten Verzahnungsabschnittes 19 (4) Nuten 27, insbesondere Längsnuten auf. Das heißt, dass sich die Nuten 27 in axialer Richtung A entlang des zweiten Verzahnungsabschnittes 19 (4) erstrecken. Die Nuten 27 dienen der Ölführung durch den ersten und zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) entlang des Ringspaltes 14. Die Nuten 27 sind vorzugsweise in äquidistanten Abständen zueinander über den Umfang der Hohlwelleninnenseite 12 verteilt.Furthermore, the hollow shaft inside 12 along the second toothed section 19th ( 4th ) Grooves 27 , in particular longitudinal grooves. That is, the grooves 27 in the axial direction A. along the second toothed section 19th ( 4th ) extend. The grooves 27 serve to guide the oil through the first and second toothed section 19th ( 4th ) along the annular gap 14th . The grooves 27 are preferably at equidistant distances from one another over the circumference of the inside of the hollow shaft 12 distributed.
Die Rotorwellenaußenseite 5 weist umfangseitig im Bereich des ersten Verzahnungsabschnittes 19 (4) die erste Mitnahmeverzahnung 15 auf, das heißt die Mitnahmeverzahnung 15 ist über die gesamte Umfangsseite der Rotorwellenaußenseite 5 im ersten Verzahnungsabschnitt (19) angeordnet.The rotor shaft outside 5 points circumferentially in the area of the first toothed section 19th ( 4th ) the first driving gear 15th on, that is, the driving teeth 15th is over the entire circumference of the rotor shaft outside 5 in the first gear section ( 19th ) arranged.
Der zweite Verzahnungsabschnitt 19 der Hohlwelleninnenseite 12 weist im nutenfreien Bereich 38 (4) die umfangsseitige zweite Mitnahmeverzahnung 16 auf, das heißt, die zweite Mitnahmeverzahnung 16 erstreckt sich über den gesamten Umfang mit Ausnahme derjenigen Bereiche, in denen die Nuten 27 angeordnet sind. The second gear section 19th the inside of the hollow shaft 12 points in the groove-free area 38 ( 4th ) the circumferential second drive toothing 16 on, that is, the second driving toothing 16 extends over the entire circumference with the exception of those areas in which the grooves 27 are arranged.
Die erste Mitnahmeverzahnung 15 steht mit der zweiten Mitnahmeverzahnung 16 zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung im Eingriff.The first driving gear 15th stands with the second driving toothing 16 to form a rotationally fixed connection in engagement.
Durch die erste Mitnahmeverzahnung 15 und zweite Mitnahmeverzahnung 16 sind die Rotorwelle 2 und die Hohlwelle 11 drehfest verbunden.With the first drive gearing 15th and second drive toothing 16 are the rotor shaft 2 and the hollow shaft 11 non-rotatably connected.
Durch das Entlangströmen des Öls im Ringspalt 14 und anschließend an der Rotoraußenwellenseite 5 / Hohlwelleninnenseite 12 können alle Verzahnungen im Ringspalt 14, hier beispielsweise die Mitnahmeverzahnungen 15,16 geschmiert werden, um so einen vorzeitigen Abrieb zu vermeiden.By the oil flowing along in the annular gap 14th and then on the rotor outer shaft side 5 / Hollow shaft inside 12 can all teeth in the annular gap 14th , here for example the drive gears 15th , 16 be lubricated in order to avoid premature wear.
Die Hohlwelle 11 weist einen ersten, sich in der radialen Richtung R erstreckenden Innendurchmesser ID1 auf, welcher sich über den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 (4) erstreckt. Dabei ist der Innendurchmesser ID1 der innere Durchmesser der Hohlwelle 11. Somit wird eine erste Ringspalthöhe ausgebildet.The hollow shaft 11 has a first, extending in the radial direction R. extending inner diameter ID1 on, which extends over the second toothed section 19th ( 4th ) extends. Where is the inside diameter ID1 the inner diameter of the hollow shaft 11 . A first annular gap height is thus formed.
Die Hohlwelle 11 weist über den Kühlungsabschnitt 39 (4) einen zweiten, sich in der radialen Richtung R erstreckenden Innendurchmesser ID2 auf, wobei der erste Innendurchmesser ID1 kleiner ist als der zweite Innendurchmesser ID2, so dass sich in Richtung zweiter Stirnseite 21 eine radiale Aufweitung des Ringspaltes 14 ergibt.The hollow shaft 11 points over the cooling section 39 ( 4th ) a second, extending in the radial direction R. extending inner diameter ID2 on, the first inner diameter ID1 is smaller than the second inner diameter ID2 so that it faces towards the second face 21st a radial widening of the annular gap 14th results.
Die Rotorwelle 2 ist auf einer ersten Stirnseite 20 mit dem Geberrad 3 drehfest verbunden. Das Geberrad 3 ist koaxial zur Drehachse D angeordnet. Das Geberrad 3 weist bevorzugt entlang seines Außenumfangs verschiedene Zähne 40 (5) auf, welche in Verbindung mit einem Hall- oder einem Induktivsensor stehen.The rotor shaft 2 is on a first face 20th with the encoder wheel 3 non-rotatably connected. The encoder wheel 3 is coaxial to the axis of rotation D. arranged. The encoder wheel 3 preferably has different teeth along its outer circumference 40 ( 5 ), which are in connection with a Hall or an inductive sensor.
Insbesondere ist am Geberrad 3 ein Zapfen 25 so angeordnet, dass dieser in eine Ausnehmung, insbesondere eine Bohrung der Rotorwelle 2 hineinweist. Dadurch kann das Geberrad 3 und die Rotorwelle 2 zueinander zentriert und zueinander gesichert werden. Zur verbesserten Sicherung kann der Zapfen 25 ein Außengewinde und die Bohrung ein Innengewinde aufweisen.In particular is on the encoder wheel 3 a cone 25th arranged so that it is in a recess, in particular a bore in the rotor shaft 2 points into it. This allows the encoder wheel 3 and the rotor shaft 2 centered on each other and secured to each other. For improved security, the pin 25th have an external thread and the bore has an internal thread.
Das Geberrad 3 weist einen Verteilerkanal 34 auf, welcher in dem Geberrad 3 angeordnet ist. Dabei erstreckt sich der Verteilerkanal 34 nicht durchgängig von einer rotorwellenabgewandten zweiten Seite als geöffnete Einlassseite bis in das Geberrad 3 hinein.The encoder wheel 3 has a distribution channel 34 on which one in the sender wheel 3 is arranged. The distribution channel extends here 34 not continuously from a second side facing away from the rotor shaft as an open inlet side into the encoder wheel 3 inside.
Ferner sind Zuflusskanäle 17 vorgesehen, welche sich in von dem, dem rotorwellenzugewandten Ende des Verteilerkanals 34 zu den Nuten 27 durch das Geberrad 3 erstrecken, so dass das Öl vom Verteilerkanal 34 in die Nuten 27 einströmt. Die Anzahl der Nuten 27 entspricht der Anzahl der Zuflusskanäle 17. Der Verteilerkanal 34 und die Nuten 27 sind damit über die Zuflusskanäle 17 zueinander fluidverbunden. Die Zuflusskanäle 17 können jeweils vorzugsweise als zylindrische Bohrung ausgestaltet sein, ebenso wie der Verteilerkanal 34.
Das Geberrad 3 dient somit als Kühlschmierstoffverteilerstelle, hier als Ölverteilerstelle.There are also inflow channels 17th provided, which is located in from the end of the distributor channel facing the rotor shaft 34 to the grooves 27 through the sender wheel 3 extend so that the oil from the manifold 34 in the grooves 27 flows in. The number of grooves 27 corresponds to the number of inflow channels 17th . The distribution channel 34 and the grooves 27 are thus via the inflow channels 17th fluidly connected to each other. The inflow channels 17th can each preferably be designed as a cylindrical bore, as can the distribution channel 34 .
The encoder wheel 3 thus serves as a cooling lubricant distribution point, here as an oil distribution point.
An der zweiten Stirnseite 21 kann die Rotorwelle 2 eine Befestigungsscheibe/Flansch und/oder eine Befestigungsschraube aufweisen.On the second face 21st can the rotor shaft 2 have a fastening washer / flange and / or a fastening screw.
Die Rotorwelle 2 und das Geberrad 3 sind durch den (dreh)starren Lagerdeckel 4 abgedeckt. Der Lagerdeckel 4 weist vorzugsweise einen tragenden Bereich auf, der mit der Rotorwelle 2 und dem Geberrad 3 korrespondiert sowie Befestigungsbereiche zur Verbindung des Lagerdeckels 4 mit dem Gehäuse 6 beispielsweise mittels Schrauben 7. Bei Drehung mit der Rotorwelle 2 nimmt der Lagerdeckel 4 Kräfte durch die Schrägverzahnung der Rotorwelle 2 auf.The rotor shaft 2 and the encoder wheel 3 are through the (rotating) rigid bearing cap 4th covered. The bearing cap 4th preferably has a load-bearing area that connects to the rotor shaft 2 and the encoder wheel 3 corresponds as well as fastening areas for connecting the bearing cover 4th with the case 6th for example by means of screws 7th . When rotating with the rotor shaft 2 takes the bearing cap 4th Forces through the helical gearing of the rotor shaft 2 on.
Ferner weist der Lagerdeckel 4 zumindest einen durchgängigen, sich in axialer Richtung A erstreckenden Durchgangskanal 22 als Einlass für das Öl auf. Der Durchgangskanal 22 ist insbesondere als eine durchgängige Bohrung durch den Lagerdeckel 4 ausgestaltet.Furthermore, the bearing cover 4th at least one continuous, extending in the axial direction A. extending through channel 22nd as an inlet for the oil. The passage channel 22nd is in particular as a continuous bore through the bearing cover 4th designed.
Der Durchgangskanal 22 ist zum Führen, vorzugsweise strömungsfreien Führen (laminare Strömung) des Öls ausgebildet. Hierzu kann er an seiner Innenseite eine Beschichtung aufweisen. Dies kann beispielsweise eine in axialer Richtung A angeordnete Rillenstruktur sein, die mittels einer Bohrung leicht auszuführen ist. Eine solche Rillenstruktur verhindert Turbulenzen in der Strömung.The passage channel 22nd is designed for guiding, preferably flow-free guiding (laminar flow) of the oil. For this purpose, it can have a coating on its inside. This can, for example, be one in the axial direction A. be arranged groove structure, which is easy to carry out by means of a bore. Such a groove structure prevents turbulence in the flow.
Der Durchgangskanal 22 grenzt an den Verteilerkanal 34 an, welcher in dem Geberrad 3 angeordnet ist, so dass der Durchgangskanal 22 und der Verteilerkanal 34 miteinander fluidverbunden sind. Durch den Durchgangskanal 22 kann Öl von außerhalb des Gehäuses 6 in den Verteilerkanal 34, welcher im Geberrad 3 nicht durchgängig angeordnet ist, fließen. Anschließend kann das Öl vom Verteilerkanal 34 durch die Zuflusskanäle 17 in die Nuten 27 einströmen.The passage channel 22nd adjoins the distribution channel 34 which is in the sender wheel 3 is arranged so that the through channel 22nd and the distribution channel 34 are fluidly connected to one another. Through the through channel 22nd can oil from outside the housing 6th in the distribution channel 34 , which in the sender wheel 3 is not arranged continuously, flow. Then the oil can from the distribution channel 34 through the inflow channels 17th in the grooves 27 pour in.
Die Hohlwelle 11 ist endseitig jeweils mittels eines fettgeschmierten Loslagers oder Festlagers 8a, 8b in dem Gehäuse 6 gelagert. Zur Kühlung und zur Schmierung des im Bereich der ersten Stirnseite 20 angeordneten Festlagers 8a kann sich von zumindest einem der Zuflusskanäle 17 ein Schmierkanal 26 bis zu dem Festlager 8a erstrecken, welches Öl von mindestens einem der Zuflusskanäle 17 zu dem Festlager 8a führt. Um ein Herausströmen von Öl in Richtung Rotor 9 zu verhindern, ist in dem Gehäuse 6 eine Aussparung 41 mit einem Dichtring 42 angeordnet. Zudem ist ein Prallblech 37, zum Geberrad 3 hinweisend so angeordnet, dass ein unkontrolliertes Herausströmen von Öl in Richtung Geberrad 3 verhindert wird.The hollow shaft 11 is at the end by means of a grease-lubricated floating bearing or fixed bearing 8a , 8b in the case 6th stored. For cooling and lubricating the in the area of the first face 20th arranged fixed bearing 8a can differ from at least one of the inflow channels 17th a lubrication channel 26th until the fixed camp 8a extend which oil from at least one of the inflow channels 17th to the fixed camp 8a leads. About an outflow of oil towards the rotor 9 to prevent is in the housing 6th a recess 41 with a sealing ring 42 arranged. There is also a baffle plate 37 , to the sender wheel 3 arranged so that there is an uncontrolled flow of oil towards the sender wheel 3 is prevented.
Zwischen dem Geberrad 3 und der Hohlwelleninnenseite 12 in Richtung des Lagerdeckels 4 ist eine Lagerdichtung 24, vorzugsweise in O-Ring angeordnet, um ein unkontrolliertes Ausströmen des Öls, zu dem fettgeschmierten Festlager 8a oder zu anderen Bauteile der elektrischen Maschine 1b zu verhindern. Andere Dichtringe oder Dichtungspakete anstatt des O-Rings können ebenfalls verwendet werden.Between the sender wheel 3 and the inside of the hollow shaft 12 towards the bearing cap 4th is a bearing seal 24 , preferably arranged in an O-ring to prevent uncontrolled leakage of the oil to the grease-lubricated fixed bearing 8a or to other components of the electrical machine 1b to prevent. Other sealing rings or sealing packages instead of the O-ring can also be used.
Ferner ist eine ringförmige Aussparung 35 vorgesehen, welche zwischen dem Lagerdeckel 4 und dem Geberrad 3 in Richtung der Drehachse D angeordnet ist. In der ringförmigen Aussparung 35 ist eine ringförmige Abdichtung 36 angeordnet. Das heißt, dass sich die ringförmige Aussparung 35 zwischen Geberrad 3 und Lagerdeckel 4 in radialer Richtung R erstreckt. Die Abdichtung 36 kann beispielsweise eine Radialwellendichtung oder ein Dichtring in Kombination mit einem Prallblech umfassen. Die Abdichtung 36 verhindert das Austreten von Öl zwischen dem Geberrad 3 und dem Lagerdeckel 4, das heißt, zwischen Durchgangskanal 22 und Verteilerkanal 34. Somit können Schäden durch austretendes Öl bei der elektrischen Maschine 1 b verhindert werden.There is also an annular recess 35 provided between the bearing cap 4th and the encoder wheel 3 in the direction of the axis of rotation D. is arranged. In the annular recess 35 is an annular seal 36 arranged. That is, the annular recess 35 between sender wheel 3 and bearing cap 4th in the radial direction R. extends. The waterproofing 36 can for example comprise a radial shaft seal or a sealing ring in combination with a baffle plate. The waterproofing 36 prevents oil from escaping between the sender wheel 3 and the bearing cap 4th , that is, between through channel 22nd and distribution channel 34 . This can result in damage to the electrical machine from leaking oil 1 b prevented.
Die elektrische Maschine 1b weist vorzugsweise einen Rückführungskanal 30 auf zum Rückführen des Öls, wobei der Rückführungskanal 30 mit dem Ringspalt 14 und dem Ölsumpf 29 fluidverbunden ist. Der Rückführungskanal 30 erstreckt sich vorzugsweise bis zu dem Ölsumpf 29. Vorzugsweise ist der Rückführungskanal 30 dem Ringspalt 14 in Richtung zweiter Stirnseite 21 nachgeordnet angeordnet.The electric machine 1b preferably has a return channel 30th on to return the oil, the return channel 30th with the annular gap 14th and the oil sump 29 is fluid-connected. The return channel 30th preferably extends to the oil sump 29 . Preferably the return channel is 30th the annular gap 14th towards the second face 21st arranged downstream.
Im Betrieb erzeugt der Rotor 9 Abwärme. Für einen besseren Betrieb und zur Erhöhung der Lebensdauer der elektrischen Maschine 1 b muss diese Abwärme abgeführt werden.The rotor generates during operation 9 Waste heat. For better operation and to increase the service life of the electrical machine 1 b this waste heat must be dissipated.
Über den Durchgangskanal 22 wird Öl in den Verteilerkanal 34 und dann in die Zuflusskanäle 17 eingeströmt. Von dort strömt das Öl in die Nuten 27 und schmiert somit die Mitnahmeverzahnung 15,16 und strömt anschließend den Ringspalt 14 weiter entlang. Während des Durchströmens nimmt das Öl die Abwärme des Rotors 9 auf und führt diese mit sich. Das heißt, dass sich das Öl erwärmt und somit die Abwärme abführt. Somit ist ein besserer Betrieb der elektrischen Maschine 1 b möglich. Durch die Verwendung von Öl, welches aus dem Ölsumpf 29 entnommen wird und anschließend nach der Aufnahme der Abwärme des Rotors 9 wieder in den Ölsumpf 29 zurückgeführt wird, kann ein geschlossener Ölkühlkreislauf angegeben werden. Ölverluste werden dadurch minimiert.Via the through channel 22nd gets oil in the manifold 34 and then into the inflow channels 17th flowed in. From there the oil flows into the grooves 27 and thus lubricates the driving teeth 15th , 16 and then flows through the annular gap 14th further along. As it flows through, the oil absorbs the waste heat from the rotor 9 and carries them with you. This means that the oil warms up and thus dissipates the waste heat. Thus, the electrical machine operates better 1 b possible. By using oil that is extracted from the oil sump 29 is removed and then after the absorption of the waste heat from the rotor 9 back into the oil sump 29 is fed back, a closed oil cooling circuit can be specified. This minimizes oil losses.
Somit kann der Ölsumpf 29 derart angeordnet werden, dass Planschverluste, d.h. Verluste von Öl vermieden werden können. Solche Planschverluste können die Funktionen der elektrischen Maschine 1b beeinträchtigen. Durch das Entlangströmen des Öls an der Rotorwellenaußenseite 5 ist sichergestellt, dass für Verzahnungen an der Rotorwellenaußenseite 5 stets eine ausreichende Menge von Schmieröl zur Verfügung steht, so dass eine sichere Schmierung und ein schadensfreier Betrieb gewährleistet ist.Thus, the oil sump 29 be arranged such that splashing losses, ie losses of oil, can be avoided. Such splash losses can affect the functions of the electrical machine 1b affect. By the oil flowing along the outside of the rotor shaft 5 it is ensured that for toothing on the outside of the rotor shaft 5 A sufficient quantity of lubricating oil is always available so that reliable lubrication and damage-free operation are guaranteed.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1c. Diese zeigt im Wesentlichen die Maschine aus 6 ohne Durchgangskanal 22. Anstatt des Durchgangskanals 22 ist eine Lagerdeckelbohrung 31 vorhanden. Die Lagerdeckelbohrung 31 ist L-förmig ausgebildet, d.h. eine Bohrung in L-Form, welche in dem Lagerdeckel 4 angeordnet ist. Auch kann die Lagerdeckelbohrung 31 mittels eines anderen, beispielsweise zerspanenden, Fertigungsverfahren hergestellter L-förmiger Durchlass sein. Die Lagerdeckelbohrung 31 erstreckt sich von einer Lagerdeckelmantelfläche 32 des Lagerdeckels 4 bis zu dem Verteilerkanal 34 und bildet mit diesem eine Fluidverbindung aus. 7th shows a further embodiment of an electrical machine 1c . This essentially shows the machine 6th without through channel 22nd . Instead of the through channel 22nd is a bearing cap bore 31 available. The bearing cap bore 31 is L-shaped, ie an L-shaped bore in the bearing cap 4th is arranged. The bearing cap bore 31 be by means of another, for example machining, manufacturing process L-shaped passage. The bearing cap bore 31 extends from a bearing cover jacket surface 32 of the bearing cap 4th up to the distribution channel 34 and forms a fluid connection therewith.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
-
1, 1a, 1b, 1c1, 1a, 1b, 1c
-
Elektrische MaschineElectric machine
-
22
-
RotorwelleRotor shaft
-
33
-
GeberradEncoder wheel
-
44th
-
LagerdeckelBearing cap
-
55
-
RotorwellenaußenseiteRotor shaft outside
-
66
-
Gehäusecasing
-
77th
-
SchraubenScrews
-
8a8a
-
FestlagerFixed bearing
-
8b8b
-
LoslagerFloating bearing
-
99
-
Rotorrotor
-
1111
-
HohlwelleHollow shaft
-
1212
-
HohlwelleninnenseiteHollow shaft inside
-
1313
-
HohlwellenaußenseiteHollow shaft outside
-
1414th
-
RingspaltAnnular gap
-
1515th
-
erste Mitnahmeverzahnungfirst drive gearing
-
1616
-
zweite Mitnahmeverzahnungsecond drive toothing
-
1717th
-
ZuflusskanäleInflow channels
-
1818th
-
Mantelfläche der HohlwelleOuter surface of the hollow shaft
-
1919th
-
zweiter Verzahnungsabschnittsecond gear section
-
2020th
-
erste Stirnseitefirst face
-
2121st
-
zweite Stirnseitesecond face
-
2222nd
-
DurchgangskanalThrough channel
-
2323
-
SpannringTension ring
-
2424
-
LagerdichtungBearing seal
-
2525th
-
ZapfenCones
-
2626th
-
SchmierkanalLubrication channel
-
2727
-
NutenGrooves
-
2828
-
PressverbindungPress connection
-
2929
-
ÖlsumpfOil sump
-
3030th
-
RückführungskanalReturn channel
-
3131
-
LagerdeckelbohrungBearing cap bore
-
3232
-
LagerdeckelmantelflächeBearing cover surface
-
3333
-
HydraulikverschraubungHydraulic screw connection
-
3434
-
VerteilerkanalDistribution channel
-
3535
-
Ringförmige AussparungAnnular recess
-
3636
-
Ringförmige AbdichtungAnnular seal
-
3737
-
PrallblechBaffle plate
-
3838
-
Nutenfreier Bereich des zweiten VerzahnungsabschnittesGroove-free area of the second toothed section
-
3939
-
KühlungsabschnittCooling section
-
4040
-
Zähneteeth
-
4141
-
AussparungRecess
-
4242
-
DichtringSealing ring
-
DD.
-
DrehachseAxis of rotation
-
ID1ID1
-
erster Innendurchmesserfirst inside diameter
-
ID2ID2
-
zweiter Innendurchmessersecond inside diameter
-
AA.
-
Axiale RichtungAxial direction
-
RR.
-
Radiale RichtungRadial direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
-
EP 2562914 A1 [0003]EP 2562914 A1 [0003]
