WO2019072489A1 - Rotorhohlwelle mit integriertem pumpenelement - Google Patents

Rotorhohlwelle mit integriertem pumpenelement Download PDF

Info

Publication number
WO2019072489A1
WO2019072489A1 PCT/EP2018/074754 EP2018074754W WO2019072489A1 WO 2019072489 A1 WO2019072489 A1 WO 2019072489A1 EP 2018074754 W EP2018074754 W EP 2018074754W WO 2019072489 A1 WO2019072489 A1 WO 2019072489A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
rotor
end flange
pump
cooling medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/074754
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Fröhlich
Andreas SIEWERT
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2019072489A1 publication Critical patent/WO2019072489A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • Rotor hollow shaft with integrated pump element The invention relates to a rotor shaft with a hollow inte grated ⁇ pump element for cooling a rotor and / or stator of an electrical machine, in particular a drive device or a motor and / or generator.
  • the invention relates to a rotor that with at least one
  • Laminated core assembly equipped rotor hollow shaft according to the invention Furthermore, the invention relates to an electric machine with the rotor according to the invention. Furthermore, the invention relates to a method for cooling an electric machine, comprising the rotor according to the invention.
  • Drive devices in particular hybrid drive devices, are used to drive motor vehicles, with hybrid drive devices typically having an internal combustion engine and an electric machine.
  • the case acting as a motor and generator electric machine has a shaft with a rotor arranged on the shaft and a rotor surrounding fixedly arranged stator.
  • the stator and the rotor are disposed within a housing of the electric machine.
  • the hollow rotor shaft has a closed at both ends by end flanges cylinder jacket surrounding a shaft cavity, wherein a respective shaft journal is formed on the end flanges and wherein lenzapfen in one of the Wel ⁇ an inlet is provided through which a cooling liquid into the shaft cavity, and gets to the inner surface of the cylinder jacket.
  • dispensing ⁇ element is arranged, which receives the cooling fluid entering through the inlet, via a rotationally symmetrical deflection surface towards the inner surface of the cylinder jacket and outputs to the inner surface of a mouth region.
  • Cooling fluid must be supplied to the shaft cavity and that due to the rotationally symmetrical discharge surface within the shaft cavity no uniform cooling of the shaft cavity in the axial direction of the shaft cavity can be achieved.
  • the object is solved by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims, the description and the drawings, wherein each feature, both individually and in combination, may constitute an aspect of the invention. All combinations, as well as isolated combi nations ⁇ between the features of the hollow rotor shaft, the rotor of the electric machine and / or method can be used together.
  • a rotor hollow shaft for a rotor of an electrical machine, comprising a cylindrical plate core carrier enclosed on both sides by a first end flange and a second end flange, which surrounds a shaft cavity, wherein an inlet opening is formed in the first end flange, and a pump element arranged inside the shaft cavity which is fluidly connected with the a ⁇ outlet opening and is arranged and formed that over the pump element, a cooling medium through the inlet opening can be sucked and be conveyed via an outlet opening of the pump element against an inner lateral surface of the cylinder derförmig formed lamination stack carrier.
  • the rotor hollow shaft has a cylindrical formed laminated core, which is closed on both sides at the mutually axially spaced end portions each with an end flange, so that a wave cavity is formed by the cylinder-shaped laminated core.
  • On the laminated core carrier is preferably in the longitudinal direction of the zy- Linderförmigen laminated core carrier arranged at least one laminated core to form the rotor.
  • an inlet opening is formed, via which a cooling medium can be fed to the shaft cavity.
  • the inlet opening is preferably formed in the axial direction of the rotor axis.
  • a pump element is arranged within the shaft cavity, which is fluidly connected to the inlet opening.
  • the pump element is arranged and formed such that the pump element sucks a coolant ⁇ medium via the inlet opening and conveyed via an outlet opening of the pump element against an inner circumferential surface of the cylinder-shaped laminated core carrier.
  • the cooling medium is sucked into the shaft cavity via the pump element arranged within the shaft cavity, so that no pump device arranged outside the rotor is required for the active transport of the cooling medium into the shaft cavity.
  • the space of the electric machine can be reduced by the formation of the hollow rotor shaft with the integrated pump element.
  • the cooling medium is conveyed to and / or against the inner circumferential surface and / or injected.
  • the cooling medium can preferably be directed to locations within the laminated core, which heat up very quickly or where a warming accumulates.
  • the cooling medium may preferably be a cooling liquid.
  • the cooling medium is an oil, an oil foam, a spray oil and / or a transmission oil.
  • the cooling medium is electrically non-conductive and / or an electrically non-conductive oil.
  • the pump element is a self-priming pump element, in particular a centrifugal pump.
  • the self-priming pump element is preferably coupled to the first end flange such that a negative pressure in the shaft cavity is generated by a rotation of the hollow rotor shaft via the pump element, so that the pump element sucks the cooling medium via the inlet opening.
  • the cooling medium can be sucked in via the inlet opening in a simple manner.
  • the pump element has a passage element which has a first end portion and a second end portion spaced apart from the first end portion in the axial direction, the first end portion is fluidly connected to the inlet opening, and the second end portion is closed, wherein between the first end portion and the second end portion at least one passage opening is ⁇ forms, and on the passage element in the region of
  • Passage opening a pump impeller is arranged.
  • the formation of a centrifugal pump is indicated, which is arranged within the shaft cavity and connected to the first end flange and / or clamped in this.
  • the passage element a Having passage opening. It is usually provided that the passage element has a plurality of passage openings, which are arranged spaced from each other in the circumferential direction.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the pump impeller has at least two spaced-apart impeller disks and a plurality of arranged between the impeller disks Laufradschauffein, wherein the impeller disks are rotatably mounted on the on ⁇ leitelement.
  • the Laufradschauffein can have a rectilinear but also a slightly curved course in the circumferential direction.
  • the impeller blades are arranged at a spacing from each other in the circumferential direction at regular intervals.
  • the pump element may be connected exclusively to the first end flange.
  • An advantageous development of the invention is that the second end portion of the pass-through element is guided to the second end flange and arranged in this and / or rotatably connected thereto. In this way, the rigidity of the passage element and the positional stability of the pump impeller arranged on the passage element can be increased.
  • a wall element is provided between the at least one passage opening and the second end section. arranged and / or formed within the passage element.
  • the negative pressure which can be generated by the pump impeller can thus be concentrated in the passage element via the wall element in such a way that the cooling medium is sucked in via the inlet opening.
  • the pump element and / or the pump impeller is arranged at any point in the axial direction of the rotor within the shaft cavity.
  • An advantageous development of the invention provides that the pump element and / or the pump impeller is arranged centrally in the shaft cavity in the axial direction of the shaft cavity.
  • the heat accumulates on the laminated core carrier laminated core due to the magnetic field between the rotor and the stator and a rotation of the rotor relative to the stator in the middle of at least one laminated core, while in the edge regions, the heat flows faster or cooled more easily can be.
  • the outlet opening of the pump element is aligned in the radial direction in the direction of the hotspot of the laminated cores, so that can be effectively cooled via the pump element of the laminated core and thus arranged on the laminated core carrier laminated core.
  • An advantageous development of the invention is that the first end flange on a side facing away from the shaft cavity has a first shaft journal and / or the second end flange on a side facing away from the shaft cavity a second shaft journal.
  • the respective shaft journals are aligned in the axial direction of the shaft cavity and serve to support the rotor hollow shaft in a shaft bearing.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the inlet opening is guided by the first shaft journal.
  • the first end flange and / or the second end flange has at least one recess which is arranged and designed such that a running on the inner circumferential surface of the cylindrical laminated core carrier cooling medium can escape via the recess from the shaft cavity ,
  • the cooling medium can preferably be ⁇ against a winding of the rotor and / or the hollow rotor shaft be ⁇ promotes and / or injected to cool the winding, in particular the winding heads, the stator at least partially.
  • the at least one recess is arranged and / or formed on an outer peripheral surface of the first end flange and / or the second end flange.
  • the Aus ⁇ recess is thus a recess extending from the outer circumference in the radial direction inwards.
  • a plurality of circumferentially spaced apart ⁇ arranged recesses are provided.
  • a partial explanatory front ⁇ development of the invention provides that the cylinder-shaped laminated core carrier facing on a first end flange first end portion and / or has on a side facing the second end flange second end portion of at least one trained in the radial direction of the opening so that on the inner circumferential surface of the cylindrical-shaped laminated core carrier extending cooling ⁇ medium can escape through the opening of the shaft cavity.
  • an alternative possibility is provided that cooling medium from the shaft cavity through the opening in the direction of the windings of a stator surrounding the rotor transport. In this way, the windings of the stator can be efficiently cooled.
  • the invention also relates to a rotor comprising the rotor shaft according to the invention, which is equipped with at least one laminated core.
  • the invention relates to an electric machine, in particular for a drive train of a motor vehicle, with the rotor according to the invention.
  • the invention relates to a use of the hollow rotor shaft according to the invention for cooling a stator and / or a rotor of an electric machine.
  • the invention also relates to a method for cooling an electric machine, comprising the rotor according to the invention, comprising the steps:
  • the cooling medium is sucked in via the pump element arranged within the shaft cavity. In this way, no pump outside the rotor is required, which actively pumps the cooling medium into the shaft cavity. Thus, the space of the electric machine can be reduced.
  • the pump element conveys the sucked-in cooling medium via an outlet opening of the pump element and / or via the runner. Radschauffein the pump impeller radially outward against the inner surface of the laminated core carrier. The cooling medium bounces against the inner circumferential surface, whereby the laminated core carrier and a laminated core arranged on the laminated core carrier can be cooled by impingement cooling.
  • the conveyed against the inner circumferential surface cooling medium escapes via at least one arranged in the first end flange and / or the second end flange recess from the shaft cavity and is injected against winding heads of the rotor at least partially surrounding stator.
  • the cooling medium can be removed from the shaft cavity such that it also cools the winding heads of the stator, whereby an efficient cooling of the stator can be effected.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view through the rotor, wherein the pump element as a centrifugal pump with a
  • 3b is a view of the pump impeller
  • FIG. 5a shows a view of the hollow rotor shaft
  • Fig. 5b shows a view of the passage element with the first
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a rotor 10 which comprises a hollow rotor shaft 12 with an integrated pump element 14.
  • the rotor hollow shaft 12 has a cylindrical shaped laminated core 16, which is closed on both sides at the mutually axially spaced end portions 18, 20 each with a front flange 22, 24, so that a wave cavity 26 is formed by the cylindrically shaped laminated core 16.
  • On the laminated core 16 at least one laminated core 28 is arranged in the longitudinal direction of the cylinder-shaped laminated core 16 in order to form the rotor 10.
  • an inlet opening 30 is formed, via which a cooling medium 32 can be fed to the wave cavity 26.
  • the pump element 14 is arranged, wherein the pump element 14 is fluidly connected to the inlet port 30.
  • the pump element 14 is arranged and formed such that the pump element 14 sucks the cooling medium 32 via the inlet opening 30 and against an inner circumferential surface 34 of the cylinder-shaped
  • Cartridge package carrier 16 transported.
  • the cooling medium 32 is sucked into the Wel ⁇ lenhohlraum 26 via the disposed within the shaft cavity 26 pump element 14, so that no outside of the rotor 10 arranged and / or trained pump means for active transport of the cooling medium 32 in the wave cavity 26 is required.
  • the space of a rotor 10 having electric machine by the formation of the hollow rotor shaft 12 with the integrated pump element 14 re ⁇ cuted.
  • Very high heat transfer rates can be achieved around the center of the impact location, which decrease with increasing radial distance from the center of the impact location be directed to locations within the laminated core 16, which heat up very quickly or in which a warming accumulates.
  • a uniform cooling of the rotor 10th be allowed to reduce contact stresses of the rotor bearing due to a large temperature gradient between an inner bearing ring and an outer bearing. Due to the centrifugal force of the around the rotor axis 36 of the
  • the cooling medium 32 is pressed against the inner circumferential surface 34 and guided in the direction of the end portions 18, 20 of the laminated core 16.
  • recesses 38 are arranged on a circumferential surface of the respective end flanges. In this way, the cooling medium 32 can exit via the recesses 38 from the shaft cavity 26 and preferably against windings of a rotor 10 surrounding the stator (not shown) to cool them.
  • the cooling medium 32 emerging from the shaft cavity 26 via the recesses 38 is supplied to a cooling circuit 40 so as to be able to supply this again to the pump element 14, or so that it can be sucked in again via the pump element 14.
  • FIG 2 the known from Figure 1 rotor 10 is shown, wherein the pump element 14 is formed as a self-priming centrifugal pump ⁇ .
  • the pump element 14 has a passage element 42, which has a first end portion 44 and one to the first
  • End portion 44 in the axial direction spaced second end portion 46 has.
  • the first end section 44 is fluidly connected to the inlet opening 30, so that the cooling medium 32 can be inserted into the passage element 42 via the inlet opening 30 and the first end section 44.
  • the second end portion 46 is closed. Between the first end portion 44 and the second end portion 46 at least one passage opening 48 is formed, and on the through Guide element 42, a pump impeller 50 is disposed in the region of the passage opening 48.
  • the passage element 42 has only one passage opening 48. It is usually provided that the passage element 42 has a plurality of passage openings 48, which are arranged spaced apart in the circumferential direction.
  • FIGS. 3 a, 3 b and 3 c the pump element 14 designed as a centrifugal pump is shown in detail.
  • the Pum ⁇ penlaufrad 50 has two mutually spaced impeller disks 54 and a plurality of arranged between the impeller disks 54 Laufradschauffein 56, wherein the impeller disks 54 rotatably on the pass-through element 42 are arranged on ⁇ .
  • the impeller blades 56 have a slightly curved or arc-shaped course in the circumferential direction.
  • the outlet openings 52 of the pump element 14 are formed on the outer edge of the pump impeller 50 between the respective impeller blades 56 and the impeller disks 54.
  • FIG. 4 shows the rotor 10 known from FIG. 2. In contrast to the rotor 10 shown in FIG.
  • Passing element 42 guided with the second end portion 46 to the second end flange 24 and stored in this or rotatably connected thereto. In this way, the rigidity of the passage element 42 and the positional stability of the pump impeller 50 arranged on the passage element 42 can be increased.
  • the negative pressure that can be generated by the pump impeller 50 can thus be concentrated via the wall element 58 within the passage element 42 such that the cooling medium 32 can be sucked in via the inlet opening 30.
  • the pump element 14 or the pump impeller 50 is arranged centrally in the shaft cavity 26 in the axial direction of the shaft cavity 26.
  • the heat accumulates in the laminated core 28 disposed on the laminated core 16 as a result of rotation of the rotor 10 relative to the stator (not shown) in the center of the laminated core, while in the edge regions of the laminated core 28, the heat flow off faster or cooled more easily can.
  • the pump impeller 50 and the off ⁇ openings 52 of the pump impeller 50 are in the present embodiment in the radial direction in the direction of
  • the first end flange 22 has on a side facing away from the shaft cavity 26 a first shaft journal 60 and / or the second end flange 24 has on a side facing away from the shaft cavity 26 a second shaft journal 62.
  • the first shaft journal 60 and the second shaft journal 62 are respectively aligned in the axial direction of the shaft cavity 26 and serve to support the rotor hollow shaft 12 in a shaft bearing.
  • the inlet opening 30 is guided by the first shaft journal 60.
  • FIG. 5 a shows a view of the rotor hollow shaft 12 and FIG.
  • FIGS. 5 b illustrates a view of the passage element 42 with the end flanges 22, 24.
  • the first end flange 22 and the second end flange 24 each have on an outer circumferential surface a plurality of circumferentially spaced-apart arranged recess 38.
  • the recesses 38 effect that at the end regions 18, 20 of the laminated core 16 between the inner circumferential surface 34 and the end flanges 22, 24 in the region of the recesses 38, a gap is formed, via which the conveyed to the inner surface 34 cooling medium 32 from the shaft cavity 26 can escape.
  • the cooling medium 32 may preferably be conveyed and / or sprayed against a winding of the stator 10 surrounding the rotor 10 (not shown) to at least partially cool the windings of the stator.
  • FIG. 6 shows an electric machine 64 which has a gear 68 and an electric motor 70 in a housing 66, the electric motor 70 comprising the rotor 10 and a stator 72 surrounding the rotor 10 at least in sections.
  • the rotor 10 is rotatably mounted about the rotor axis 36 in the housing 66 relative to the stator 72 via shaft bearings 74, which engage the first shaft journal 60 and the second shaft journal 62.
  • the second shaft journal 62 is connected to a transmission input shaft 76. coupled, so that a rotational movement of the rotor 10 is transferable to the transmission 68.
  • the cooling medium 32 which is a transmission oil in the present embodiment, via the arranged in the first shaft journal 60 and the first end flange 22 inlet opening 30 of the shaft cavity 26 disposed in the self-priming pump element 14, which is designed as a centrifugal pump sucked and via the outlet opening 52 of the pump element 14 and / or over the
  • the cooling medium 32 is ejected from the recesses 38 in such a way on the winding heads 78 of the stator 72, whereby they are also cooled.
  • the cooling medium 32 is supplied to a circulation cooling circuit, so that it can be used for re-cooling.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle (12) für einen Rotor (10) einer elektrischen Maschine (64), umfassend einen beidseitig von einem ersten Stirnflansch (22) und einem zweiten Stirnflansch (24) abgeschlossenen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger (16), der einen Wellenhohlraum (26) umgibt, wobei in dem ersten Stirnflansch (22) eine Einlassöffnung (30) ausgebildet ist, und ein innerhalb des Wellenhohlraums (26) angeordnetes Pumpenelement (14), das mit der Einlassöffnung (30) fluidtechnisch verbunden ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Pumpenelement (14) ein Kühlmedium (32) über die Einlassöffnung (30) ansaugbar und über eine Austrittsöffnung (52) des Pumpenelements (14) gegen eine innere Mantelfläche (34) des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers (16) beförderbar ist.

Description

Beschreibung
Rotorhohlwelle mit integriertem Pumpenelement Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle mit einem inte¬ grierten Pumpenelement zur Kühlung eines Rotors und/oder Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Antriebseinrichtung bzw. eines Motors und/oder Generators. Zudem betrifft die Erfindung einen Rotor, der die mit wenigstens einem
Blechpaket bestückte erfindungsgemäße Rotorhohlwelle umfasst. Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine, aufweisend den erfindungsgemäßen Rotor.
Antriebseinrichtungen, insbesondere Hyb- rid-Antriebseinrichtungen, werden eingesetzt, um Kraftfahrzeuge anzutreiben, wobei Hybrid-Antriebseinrichtungen typischerweise eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine aufweisen. Die dabei als Motor und Generator fungierende elektrische Maschine weist eine Welle mit einem an der Welle angeordneten Rotor und einen den Rotor umgebenden ortsfest angeordneten Stator auf. Der Stator und der Rotor sind innerhalb eines Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet.
In der elektrischen Maschine, insbesondere in dessen Stator und/oder Rotor, entsteht Abwärme, sodass eine Kühlung der elektrischen Maschine erforderlich ist. Um die elektrische Maschine zu kühlen, ist es üblich, ein Kühlmedium in Form von Luft oder gegebenenfalls Wasser zur Kühlung der elektrischen Maschine einzusetzen und dieses Kühlmedium durch zumindest einen Bereich der Maschine zu leiten. Nachteilig hierbei ist die eingeschränkte Kühlung der elektrischen Maschine, da nur bestimmte Bereiche vom Kühlmedium durchströmt werden. Weiterhin ist aus der DE 10 2014 107 845 AI eine Rotorhohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, bei der der Rotorhohlwelle eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Demnach ist vorgesehen, dass die Rotorhohlwelle einen beidseitig von Stirnflanschen abgeschlossenen Zylindermantel aufweist, der einen Wellenhohlraum umgibt, wobei an den Stirnflanschen jeweils ein Wellenzapfen ausgebildet ist und wobei in einem der Wel¬ lenzapfen ein Einlass vorgesehen ist, über den eine Kühlflüssigkeit in den Wellenhohlraum und an die Innenfläche des Zylindermantels gelangt. Im Wellenhohlraum ist ein Verteil¬ element angeordnet, das die über den Einlass eintretende Kühlflüssigkeit aufnimmt, über eine rotationssymmetrische Ableitfläche in Richtung der Innenfläche des Zylindermantels führt und über einen Mündungsbereich auf die Innenfläche abgibt. Nachteilig bei diesem Konzept ist, dass von außen aktiv
Kühlflüssigkeit dem Wellenhohlraum zugeführt werden muss und, dass bedingt durch die rotationssymmetrische Ableitfläche innerhalb des Wellenhohlraums keine gleichmäßige Kühlung des Wellenhohlraums in axialer Richtung des Wellenhohlraums er- zielbar ist.
Es besteht ein regelmäßiges Bedürfnis die Kühlung von
elektrischen Maschinen zu optimieren, um einerseits eine gleichmäßige Kühlung innerhalb des Rotors zu erzielen, wodurch Kontaktspannungen der Rotorlagerung reduziert werden können und, um andererseits den Bauraum der elektrischen Maschine zu reduzieren .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotor- hohlwelle für eine elektrische Maschine bereitzustellen, mit der eine gleichmäßige Kühlung eines Rotors und/oder Stators er¬ zielbar ist und, mit Hilfe derer der Bauraum einer elektrischen Maschine reduzierbar ist. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann. Dabei können alle Kombinationen wie auch vereinzelte Kombi¬ nationen zwischen den Merkmalen der Rotorhohlwelle, des Rotors, der elektrischen Maschine und/oder des Verfahrens zusammen genutzt werden. Weiterhin ist es jeweils auch vorgesehen und möglich, einzelne oder mehrere Merkmale der Rotorhohlwelle, des Rotors, der elektrischen Maschine und/oder des Verfahrens beliebig zu kombinieren.
Erfindungsgemäß ist eine Rotorhohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine vorgesehen, umfassend einen beidseitig von einem ersten Stirnflansch und einem zweiten Stirnflansch abgeschlossenen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger, der einen Wellenhohlraum umgibt, wobei in dem ersten Stirnflansch eine Einlassöffnung ausgebildet ist, und ein innerhalb des Wellenhohlraums angeordnetes Pumpenelement, das mit der Ein¬ lassöffnung fluidtechnisch verbunden ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Pumpenelement ein Kühlmedium über die Einlassöffnung ansaugbar und über eine Austrittsöffnung des Pumpenelements gegen eine innere Mantelfläche des zylin- derförmig ausgebildeten Blechpaketträgers beförderbar ist.
Es ist somit ein Aspekt der Erfindung, dass die Rotorhohlwelle einen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger aufweist, der beidseitig an den zueinander in axialer Richtung beab- standeten Endbereichen jeweils mit einem Stirnflansch abgeschlossen ist, so dass durch den zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger ein Wellenhohlraum ausgebildet wird. Auf den Blechpaketträger ist vorzugsweise in Längsrichtung des zy- linderförmigen Blechpaketträgers wenigstens ein Blechpaket angeordnet, um den Rotor auszubilden.
Innerhalb des ersten Stirnflanschs ist eine Einlassöffnung ausgebildet, über die ein Kühlmedium dem Wellenhohlraum zuführbar ist. Die Einlassöffnung ist vorzugsweise in Achsrichtung der Rotorachse ausgebildet.
Weiterhin ist vorgesehen, dass innerhalb des Wellenhohlraums ein Pumpenelement angeordnet ist, das mit der Einlassöffnung fluidtechnisch verbunden ist. Das Pumpenelement ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das Pumpenelement ein Kühl¬ medium über die Einlassöffnung ansaugt und über eine Austrittsöffnung des Pumpenelements gegen eine innere Mantelfläche des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers befördert. Auf diese Weise wird über das innerhalb des Wellenhohlraums angeordnete Pumpenelement das Kühlmedium in den Wellenhohlraum angesaugt, so dass keine außerhalb des Rotors angeordnete Pumpeneinrichtung zur aktiven Beförderung des Kühlmediums in den Wellenhohlraum erforderlich ist. Somit kann der Bauraum der elektrischen Maschine durch die Ausbildung der Rotorhohlwelle mit dem integrierten Pumpenelement reduziert werden.
Über die Austrittsöffnung des Pumpenelements wird das Kühlmedium an und/oder gegen die innere Mantelfläche befördert und/oder gespritzt. Auf dies Weise kann das Kühlmedium vorzugsweise auf Stellen innerhalb des Blechpaketträgers gerichtet werden, die sich besonders schnell erwärmen oder bei denen sich eine Erwärmung staut. Auf diese Weise kann über das Pumpenelement innerhalb des Wellenhohlraums eine gleichmäßige Kühlung des Rotors ermöglicht werden, um Kontaktspannungen der Rotorlagerung aufgrund eines zu großen Temperaturgradienten zwischen einem inneren Lagerring und einem äußeren Lagerung zu reduzieren. Das Kühlmedium kann vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit sein. Vorzugsweise ist das Kühlmedium ein Öl, ein Ölschaum, ein Spritzöl und/oder ein Getriebeöl. Besonders bevorzugt ist das Kühlmedium elektrisch nicht leitend ausgebildet und/oder ein elektrisch nicht leitendes Öl.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Pumpenelement ein selbstansaugendes Pumpenelement, insbesondere eine Kreiselpumpe, ist. Das selbstansaugende Pumpenelement ist vorzugsweise derart mit dem ersten Stirnflansch gekoppelt, dass durch eine Rotation der Rotorhohlwelle über das Pumpenelement ein Unterdruck in dem Wellenhohlraum erzeugt wird, so dass das Pumpenelement über die Einlassöffnung das Kühlmedium ansaugt. Auf diese Weise kann alleine durch die Ausgestaltung und/oder Ausbildung des selbstansaugenden Pumpenelements das Kühlmedium über die Einlassöffnung in einfacher Weise angesaugt werden. Somit ist keine gesonderte Ansteuerung des Pumpenelements erforderlich, wodurch Kosten und/oder der Bauraum des Rotors reduziert werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Pumpenelement ein Durchleitelement aufweist, das einen ersten Endabschnitt und einen zum ersten Endabschnitt in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Endab- schnitt aufweist, der erste Endabschnitt mit der Einlassöffnung fluidtechnisch verbunden ist, und der zweite Endabschnitt verschlossen ist, wobei zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt wenigstens eine Durchlassöffnung ausge¬ bildet ist, und auf dem Durchleitelement im Bereich der
Durchlassöffnung ein Pumpenlaufrad angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Ausbildung einer Kreiselpumpe angegeben, die innerhalb des Wellenhohlraums angeordnet und mit dem ersten Stirnflansch verbunden und/oder in diesem eingespannt ist. Grundsätzlich kann es ausreichen, dass das Durchleitelement eine Durchlassöffnung aufweist. Für gewöhnlich ist vorgesehen, dass das Durchleitelement eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen aufweist, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind. Durch eine Rotation des Rotors wird das mit dem ersten Stirnflansch drehfest verbundene Durchleitelement und somit auch das auf dem Durchleitelement angeordnete Pumpen¬ laufrad in Rotation versetzt, wodurch das Pumpenlaufrad einen Unterdruck und/oder eine Sogwirkung erzeugt und somit das Kühlmedium über die wenigstens eine im Durchleitelement an- geordnete Durchlassöffnung und die Einlassöffnung ansaugt.
In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Pumpenlaufrad wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete Laufradscheiben und eine Mehrzahl von zwischen den Laufradscheiben angeordneten Laufradschauffein aufweist, wobei die Laufradscheiben drehfest auf dem Durch¬ leitelement angeordnet sind. Die Laufradschauffein können einen geradlinigen aber auch einen in Umfangsrichtung leicht gekrümmten Verlauf aufweisen. In der Regel sind die Laufrad- schauffein in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet angeordnet.
Grundsätzlich kann es ausreichen, dass das Pumpenelement ausschließlich mit dem ersten Stirnflansch verbunden ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der zweite Endabschnitt des Durchleitelements bis zum zweiten Stirnflansch geführt und in diesem angeordnet und/oder mit diesem drehfest verbunden ist. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des Durchleitelements und die Lagesicherheit des auf dem Durch- leitelement angeordneten Pumpenlaufrads erhöht werden.
In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass zwischen der wenigsten einen Durchlassöffnung und dem zweiten Endabschnitt ein Wandelement in- nerhalb des Durchleitelements angeordnet und/oder ausgebildet ist. Der durch das Pumpenlaufrad erzeugbare Unterdruck kann somit über das Wandelement derart in dem Durchleitelement konzentriert werden, dass über die Einlassöffnung das Kühlmedium angesaugt wird.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Pumpenelement und/oder das Pumpenlaufrad an einer beliebigen Stelle in Achsrichtung des Rotors innerhalb des Wellenhohlraums angeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Pumpenelement und/oder das Pumpenlaufrad in axialer Richtung des Wellenhohlraums mittig im Wellenhohlraum angeordnet ist. Für gewöhnlich staut sich die Wärme des auf dem Blechpaketträger angeordneten Blechpakets in Folge des magnetischen Felds zwischen dem Rotor und dem Stator und einer Rotation des Rotors relativ zum Stator in der Mitte des wenigstens einen Blechpakets, während in den Randbereichen die Wärme schneller abfließen oder einfacher gekühlt werden kann. Die Austrittsöffnung des Pumpenelements ist in radialer Richtung in Richtung des Hotspots der Blechpakete ausgerichtet, so dass über das Pumpenelement der Blechpaketträger und somit das auf dem Blechpaketträger angeordnete Blechpaket wirksam gekühlt werden kann . Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der erste Stirnflansch auf einer dem Wellenhohlraum abgewandten Seite einen ersten Wellenzapfen und/oder der zweite Stirnflansch auf einer dem Wellenhohlraum abgewandten Seite einen zweiten Wellenzapfen aufweist. Die jeweiligen Wellenzapfen sind in Achsrichtung des Wellenhohlraums ausgerichtet und dienen einer Lagerung der Rotorhohlwelle in einem Wellenlager. In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Einlassöffnung durch den ersten Wellenzapfen geführt ist. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Stirnflansch und/oder der zweite Stirnflansch wenigstens eine Ausnehmung aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein an der inneren Mantelfläche des zylinderförmigen Blechpaketträgers verlaufendes Kühlmedium über die Ausnehmung aus dem Wellenhohlraum austreten kann. Auf diese Weise kann das Kühlmedium vorzugsweise gegen eine Wicklung des den Rotor und/oder die Rotorhohlwelle umgebenden Stators be¬ fördert und/oder gespritzt werden, um die Wicklung, insbesondere die Wicklungsköpfe, des Stators zumindest teilweise zu kühlen.
In diesem Zusammenhang liegt eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass die wenigstens eine Ausnehmung an einer äußeren Umfangsfläche des ersten Stirnflanschs und/oder des zweiten Stirnflanschs angeordnet und/oder ausgebildet ist. Die Aus¬ nehmung ist somit eine Vertiefung, die sich ausgehend vom äußeren Umfang in radialer Richtung nach innen erstreckt. Vorzugsweise sind mehrere in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ange¬ ordnete Ausnehmungen vorgesehen.
Grundsätzlich kann es ausreichen, dass die wenigstens eine Ausnehmung in dem ersten Stirnflansch und/oder dem zweiten Stirnflansch angeordnet und/oder ausgebildet ist. Eine vor¬ teilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zylinderförmig ausgebildete Blechpaketträger auf einem dem ersten Stirnflansch zugewandten ersten Endbereich und/oder auf einem dem zweiten Stirnflansch zugewandten zweiten Endbereich wenigstens eine in radialer Richtung ausgebildete Öffnung aufweist, so dass ein an der inneren Mantelfläche des zylin- derförmig ausgebildeten Blechpaketträgers verlaufendes Kühl¬ medium über die Öffnung aus dem Wellenhohlraum austreten kann. Auf diese Weise wird eine alternative Möglichkeit bereitge¬ stellt, dass Kühlmedium aus dem Wellenhohlraum über die Öffnung in Richtung der Wicklungen eines den Rotor umgebenden Stators zu befördern. Auf diese Weise können die Wicklungen des Stators effizient gekühlt werden.
Die Erfindung betrifft zudem einen Rotor, aufweisend die mit wenigstens einem Blechpakete bestückte erfindungsgemäße Ro- torhohlwelle .
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Rotorhohlwelle zum Kühlen eines Stators und/oder eines Rotors einer elektrischen Maschine.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine, aufweisend den erfindungsgemäßen Rotor, umfassend die Schritte:
- Ansaugen eines Kühlmediums über das innerhalb des Wellen- hohlraums angeordnete Pumpenelement;
- Beförderung des von dem Pumpenelement angesaugten Kühlmediums über die Austrittsöffnung des Pumpenelements an die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers, wobei das Kühlmedium gegen die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers prallt.
Es ist somit ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass das Kühlmedium über das innerhalb des Wellenhohlraums angeordnete Pumpenelement angesaugt wird. Auf diese Weise ist keine Pumpe außerhalb des Rotors erforderlich, die das Kühlmedium aktiv in den Wellenhohlraum pumpt . Somit kann der Bauraum der elektrischen Maschine reduziert werden.
Das Pumpenelement befördert das angesaugte Kühlmedium über eine Austrittsöffnung des Pumpenelements und/oder über die Lauf- radschauffein des Pumpenlaufrads radial nach außen gegen die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers. Das Kühlmedium prallt gegen die innere Mantelfläche, wodurch der Blechpaketträger und ein auf dem Blechpaketträger angeordnetes Blechpaket durch eine Prallkühlung gekühlt werden können.
Abschließend sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das gegen die innere Mantelfläche beförderte Kühlmedium über wenigstens eine in dem ersten Stirnflansch und/oder dem zweiten Stirnflansch angeordnete Ausnehmung aus dem Wellenhohlraum entweicht und gegen Wicklungsköpfe eines den Rotor zumindest teilweise umgebenden Stators gespritzt wird. Auf diese Weise kann das Kühlmedium aus dem Wellenhohlraum derart abgeführt werden, dass es zudem die Wicklungsköpfe des Stators kühlt, wodurch eine effiziente Kühlung des Stators bewirkt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht ein- schränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen, Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Der Anmelder behält sich vor, einzelne oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungs¬ beispiele werden anhand von Figuren näher erläutert.
In diesen zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen
Rotor mit einer Rotorhohlwelle, die ein integriertes Pumpenelement aufweist, Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Rotor, wobei das Pumpenelement als Kreiselpumpe mit einem
Pumpenlaufrad ausgebildet ist,
Fig. 3a einen Längsschnitt durch das Pumpenlaufrad,
Fig. 3b eine Ansicht des Pumpenlaufrads,
Fig. 3c einen Querschnitt durch das Pumpenlaufrad,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Rotor,
Fig. 5a eine Ansicht der Rotorhohlwelle, Fig. 5b eine Ansicht des Durchleitelements mit dem ersten
Stirnflansch und dem zweiten Stirnflansch,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine. In Figur 1 ist eine Schnittdarstellung eines Rotors 10 gezeigt, der eine Rotorhohlwelle 12 mit einem integrierten Pumpenelement 14 umfasst. Die Rotorhohlwelle 12 weist einen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger 16 auf, der beidseitig an den zueinander in axialer Richtung beabstandeten Endbereichen 18, 20 jeweils mit einem Stirnflansch 22, 24 abgeschlossen ist, so dass durch den zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger 16 ein Wellenhohlraum 26 ausgebildet wird. Auf den Blechpaketträger 16 ist in Längsrichtung des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers 16 wenigstens ein Blechpaket 28 angeordnet, um den Rotor 10 auszubilden.
Innerhalb des ersten Stirnflanschs 22 ist eine Einlassöffnung 30 ausgebildet, über die ein Kühlmedium 32 dem Wellenhohlraum 26 zuführbar ist. Innerhalb des Wellenhohlraums 26 ist das Pumpenelement 14 angeordnet, wobei das Pumpenelement 14 mit der Einlassöffnung 30 fluidtechnisch verbunden ist. Das Pumpenelement 14 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das Pumpenelement 14 das Kühlmedium 32 über die Einlassöffnung 30 ansaugt und gegen eine innere Mantelfläche 34 des zylinderförmig ausgebildeten
Blechpaketträgers 16 befördert.
Auf diese Weise wird über das innerhalb des Wellenhohlraums 26 angeordnete Pumpenelement 14 das Kühlmedium 32 in den Wel¬ lenhohlraum 26 angesaugt, so dass keine außerhalb des Rotors 10 angeordnete und/oder ausgebildete Pumpeneinrichtung zur aktiven Beförderung des Kühlmediums 32 in den Wellenhohlraum 26 erforderlich ist. Auf diese Weise kann der Bauraum einer den Rotor 10 aufweisenden elektrischen Maschine durch die Ausbildung der Rotorhohlwelle 12 mit dem integrierten Pumpenelement 14 re¬ duziert werden.
Das über das Pumpenelement 14 beförderte Kühlmedium 32 prallt gegen die innere Mantelfläche 34 des Blechpaketträgers 16, wobei das Kühlmedium 32 im Wesentlichen senkrecht auf die innere Mantelfläche 34 trifft und einen sogenannten „wall-jet" erzeugt. Dies bedeutet, dass der Fluidstrom des Kühlmediums 32 vom Aufprallort in radialer Richtung und/oder in radialer Weise über die innere Mantelfläche 34 geführt wird. Um das Zentrum des Aufprallortes lassen sich sehr hohe Wärmeübertragungsraten erzielen, die mit zunehmenden radialen Abstand vom Zentrum des Aufprallortes abnehmen. Auf dies Weise kann das Kühlmedium 32 vorzugsweise auf Stellen innerhalb des Blechpaketträgers 16 gerichtet werden, die sich besonders schnell erwärmen oder bei denen sich eine Erwärmung staut. Auf diese Weise kann über das Pumpenelement 14 innerhalb des Wellenhohlraums 26 eine gleichmäßige Kühlung des Rotors 10 ermöglicht werden, um Kontaktspannungen der Rotorlagerung aufgrund eines zu großen Temperaturgradienten zwischen einem inneren Lagerring und einem äußeren Lagerung zu reduzieren. Aufgrund der Zentrifugalkraft des um die Rotorachse 36 der
Rotorhohlwelle 12 rotierenden Rotors 10 wird das Kühlmedium 32 an die innere Mantelfläche 34 gepresst und in Richtung der Endbereiche 18, 20 des Blechpaketträgers 16 geführt. In dem auf den Endbereichen 18, 20 angeordneten ersten Stirnflansch 22 und dem zweiten Stirnflansch 24 sind an einer Umfangsfläche der jeweiligen Stirnflansche Ausnehmungen 38 angeordnet. Auf diese Weise kann das Kühlmedium 32 über die Ausnehmungen 38 aus dem Wellenhohlraum 26 austreten und vorzugsweise gegen Wicklungen eines den Rotor 10 umgebenden Stators (nicht dargestellt) prallen, um diese zu kühlen.
Das aus dem Wellenhohlraum 26 über die Ausnehmungen 38 austretende Kühlmedium 32 wird einem Kühlkreislauf 40 zugeführt, um dies erneut dem Pumpenelement 14 zuführen zu können bzw. damit dies erneut über das Pumpenelement 14 ansaugbar ist.
In Figur 2 ist der aus Figur 1 bekannte Rotor 10 gezeigt, wobei das Pumpenelement 14 als selbstansaugende Kreiselpumpe aus¬ gebildet ist. Das Pumpenelement 14 weist ein Durchleitelement 42 auf, das einen ersten Endabschnitt 44 und einen zum ersten
Endabschnitt 44 in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Endabschnitt 46 aufweist. Der erste Endabschnitt 44 ist mit der Einlassöffnung 30 fluidtechnisch verbunden, so dass das Kühlmedium 32 über die Einlassöffnung 30 und den ersten End- abschnitt 44 in das Durchleitelement 42 einführbar ist. Der zweite Endabschnitt 46 ist geschlossen. Zwischen dem ersten Endabschnitt 44 und dem zweiten Endabschnitt 46 ist wenigstens eine Durchlassöffnung 48 ausgebildet ist, und auf dem Durch- leitelement 42 ist im Bereich der Durchlassöffnung 48 ein Pumpenlaufrad 50 angeordnet.
Auf diese Weise wird die Ausbildung einer Kreiselpumpe angegeben, die innerhalb des Wellenhohlraums 26 angeordnet ist und mit dem ersten Stirnflansch 22 drehfest verbunden und/oder in diesem eingespannt ist. Grundsätzlich kann es ausreichen, dass das Durchleitelement 42 nur eine Durchlassöffnung 48 aufweist. Für gewöhnlich ist vorgesehen, dass das Durchleitelement 42 eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen 48 aufweist, die in Umfangs- richtung zueinander beabstandet angeordnet sind.
Durch eine Rotation des Rotors 10 wird das mit dem ersten Stirnflansch 22 drehfest verbundene Durchleitelement 42 und somit auch das auf dem Durchleitelement 42 angeordnete Pum¬ penlaufrad 50 in Rotation versetzt, wodurch das Pumpenlaufrad 50 einen Unterdruck und/oder eine Sogwirkung erzeugt und somit das Kühlmedium 32 über die im Durchleitelement 42 angeordnete Durchlassöffnung 48 und die Einlassöffnung 30 ansaugt. Über die Zentrifugalkraft wird das Kühlmedium 32 an den äußeren Rand des Pumpenlaufrads gepresst und entweicht über die Austrittsöffnung 52.
In den Figuren 3a, 3b und 3c ist das als Kreiselpumpe ausgebildete Pumpenelement 14 im Detail dargestellt. Nachstehend wird auf die Figuren 3a, 3b und 3c gleichzeitig Bezug genommen. Das Pum¬ penlaufrad 50 weist zwei zueinander beabstandet angeordnete Laufradscheiben 54 und eine Mehrzahl von zwischen den Laufradscheiben 54 angeordneten Laufradschauffein 56 auf, wobei die Laufradscheiben 54 drehfest auf dem Durchleitelement 42 an¬ geordnet sind. Die Laufradschauffein 56 weisen einen in Um- fangsrichtung leicht gekrümmten bzw. bogenförmigen Verlauf auf. Die Austrittsöffnungen 52 des Pumpenelements 14 sind am äußeren Rand des Pumpenlaufrads 50 zwischen den jeweiligen Laufrad- schauffeln 56 und den Laufradscheiben 54 ausgebildet. Figur 4 zeigt den aus Figur 2 bekannten Rotor 10. Im Unterschied zu dem in Figur 2 gezeigten Rotor 10 ist in Figur 4 das
Durchleitelement 42 mit dem zweiten Endabschnitt 46 bis zum zweiten Stirnflansch 24 geführt und in diesem gelagert bzw. mit diesem drehfest verbunden. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des Durchleitelements 42 und die Lagesicherheit des auf dem Durchleitelement 42 angeordneten Pumpenlaufrads 50 erhöht werden .
Zwischen der wenigsten einen Durchlassöffnung 48 und dem zweiten Endabschnitt 46 ist ein Wandelement 58 innerhalb des Durch¬ leitelements 42 angeordnet. Der durch das Pumpenlaufrad 50 erzeugbare Unterdruck kann somit über das Wandelement 58 derart innerhalb des Durchleitelements 42 konzentriert werden, dass über die Einlassöffnung 30 das Kühlmedium 32 ansaugbar ist.
Das Pumpenelement 14 bzw. das Pumpenlaufrad 50 ist in axialer Richtung des Wellenhohlraums 26 mittig im Wellenhohlraum 26 angeordnet. Für gewöhnlich staut sich die Wärme in dem auf dem Blechpaketträger 16 angeordneten Blechpaket 28 in Folge einer Rotation des Rotors 10 relativ zum Stator (nicht dargestellt) in der Mitte des Blechpakets, während in den Randbereichen des Blechpakets 28 die Wärme schneller abfließen oder einfacher gekühlt werden kann. Das Pumpenlaufrad 50 bzw. die Aus¬ trittsöffnungen 52 des Pumpenlaufrads 50 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in radialer Richtung in Richtung des
Hotspots des Blechpakets 28 ausgerichtet, so dass über das Pumpenelement 14 der Blechpaketträger 16 und somit das auf dem Blechpaketträger 16 angeordnete Blechpaket 28 wirksam gekühlt werden kann. Der erste Stirnflansch 22 weist auf einer dem Wellenhohlraum 26 abgewandten Seite einen ersten Wellenzapfen 60 und/oder der zweite Stirnflansch 24 weist auf einer dem Wellenhohlraum 26 abgewandten Seite einen zweiten Wellenzapfen 62 auf. Der erste Wellenzapfen 60 und der zweite Wellenzapfen 62 sind jeweils in Achsrichtung des Wellenhohlraums 26 ausgerichtet und dienen einer Lagerung der Rotorhohlwelle 12 in einem Wellenlager. Die Einlassöffnung 30 ist durch den ersten Wellenzapfen 60 geführt. In Figur 5a ist eine Ansicht der Rotorhohlwelle 12 gezeigt und die Figur 5b veranschaulicht eine Ansicht des Durchleitelements 42 mit den Stirnflanschen 22, 24. Nachfolgend wird auf die Figuren 5a und 5b gleichzeitig Bezug genommen. Der erste Stirnflansch 22 und der zweite Stirnflansch 24 weisen jeweils an einer äußeren Umfangsflache mehrere in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Ausnehmung 38 auf. Die Ausnehmungen 38 bewirken, dass an den Endbereichen 18, 20 des Blechpaketträgers 16 zwischen der inneren Mantelfläche 34 und den Stirnflanschen 22, 24 im Bereich der Ausnehmungen 38 ein Spalt ausgebildet wird, über den das an die innere Mantelfläche 34 beförderte Kühlmedium 32 aus dem Wellenhohlraum 26 austreten kann. Auf diese Weise kann das Kühlmedium 32 vorzugsweise gegen eine Wicklung des den Rotor 10 umgebenden Stators (nicht dargestellt) befördert und/oder gespritzt werden, um die Wicklungen des Stators zumindest teilweise zu kühlen.
Figur 6 zeigt eine elektrische Maschine 64, die in einem Gehäuse 66 ein Getriebe 68 und einen Elektromotor 70 aufweist, wobei der Elektromotor 70 den Rotor 10 und einen den Rotor 10 zumindest abschnittsweise umgebenden Stator 72 umfasst. Der Rotor 10 ist über Wellenlager 74, die an den ersten Wellenzapfen 60 und den zweiten Wellenzapfen 62 angreifen, im den Gehäuse 66 relativ zum Stator 72 um die Rotorachse 36 rotierbar gelagert. Der zweite Wellenzapfen 62 ist mit einer Getriebeeingangswelle 76 ge- koppelt, so dass eine Drehbewegung des Rotors 10 auf das Getriebe 68 übertragbar ist.
Infolge einer Rotation des Rotors 10 wird das Kühlmedium 32, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Getriebeöl ist, über die in dem ersten Wellenzapfen 60 und dem ersten Stirnflansch 22 angeordnete Einlassöffnung 30 von dem in dem Wellenhohlraum 26 angeordneten selbstansaugenden Pumpenelement 14, die als Kreiselpumpe ausgebildet ist, angesaugt und über die Aus- trittsöffnung 52 des Pumpenelements 14 und/oder über die
Laufradschauffein 56 des Pumpenlaufrads 50 radial nach außen gegen die innere Mantelfläche 34 des Blechpaketträgers 16 befördert. Das Kühlmedium 32 prallt gegen die innere Mantelfläche 34, wodurch der Blechpaketträger 16 und das auf dem Blechpa- ketträger 16 angeordnete Blechpaket 28 durch eine Prallkühlung gekühlt werden.
Das auf die innere Mantelfläche 34 beförderte Kühlmedium 32 entweicht aus dem Wellenhohlraum 26 über die in dem ersten Stirnflansch 22 und dem zweiten Stirnflansch 24 angeordneten Ausnehmungen 38. Infolge der Zentrifugalkraft des rotierenden Rotors 10 wird das Kühlmedium 32 derart aus den Ausnehmungen 38 herausgeschleudert, dass es auf die Wicklungsköpfe 78 des Stators 72 trifft, wodurch diese ebenfalls gekühlt werden. Anschließend wird das Kühlmedium 32 einem Umlaufkühlkreis zugeführt, so dass es zur erneuten Kühlung verwendet werden kann. Bezugs zeichen
10 Rotor
12 Rotorhohlwelle
14 Pumpenelement
16 Blechpaketträger
18 Erster Endbereich
20 Zweiter Endbereich
22 Erster Stirnflansch
24 Zweier Stirnflansch
26 Wellenhohlraum
28 Blechpaket
30 Einlassöffnung
32 Kühlmedium
34 Innere Mantelfläche
36 Achse
38 Ausnehmung
40 Kühlkreislauf
42 Durchleitelernent
44 Erster Endabschnitt
46 Zweiter Endabschnitt
48 Durchlassöffnung
50 Pumpenlaufrad
52 Austrittsöffnung
54 Laufradscheibe
56 Laufradschauffei
58 Wandelement
60 Erster Wellenzapfen
62 Zweiter Wellenzapfen
64 Elektrische Maschine
66 Gehäuse
68 Getriebe
70 Motor
72 Stator Wellenlager
Getriebeeingangswelle Wicklungskopf

Claims

Patentansprüche
1. Rotorhohlwelle (12) für einen Rotor (10) einer elektrischen Maschine (64), umfassend
- einen beidseitig von einem ersten Stirnflansch (22) und einem zweiten Stirnflansch (24) abgeschlossenen zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger (16), der einen Wellenhohlraum (26) umgibt, wobei in dem ersten Stirnflansch (22) eine Einlassöffnung (30) ausgebildet ist, und
- ein innerhalb des Wellenhohlraums (26) angeordnetes Pum¬ penelement (14), das mit der Einlassöffnung (30) fluidtechnisch verbunden ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass über das Pumpenelement (14) ein Kühlmedium (32) über die Einlassöffnung (30) ansaugbar und über eine Austrittsöffnung (52) des Pumpenelements (14) gegen eine innere Mantelfläche (34) des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers (16) be¬ förderbar ist.
2. Rotorhohlwelle (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (14) ein selbstansaugendes Pumpenelement, insbesondere eine Kreiselpumpe, ist.
3. Rotorhohlwelle (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (14)
- ein Durchleitelement (42) aufweist, das einen ersten End¬ abschnitt (44) und einen zum ersten Endabschnitt (44) in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Endabschnitt (46) aufweist,
- der erste Endabschnitt (44) mit der Einlassöffnung (30) fluidtechnisch verbunden ist, und
- der zweite Endabschnitt (46) verschlossen ist, wobei
- zwischen dem ersten Endabschnitt (44) und dem zweiten Endabschnitt (46) wenigstens eine Durchlassöffnung (48) ausgebildet ist, und - auf dem Durchleitelement (42) im Bereich der Durchlassöffnung (48) ein Pumpenlaufrad (50) angeordnet ist.
4. Rotorhohlwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endabschnitt (46) des Durchleitelements (42) bis zum zweiten Stirnflansch (24) geführt und in diesem gelagert und/oder mit diesem drehfest verbunden ist.
5. Rotorhohlwelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (50) wenigstens zwei zueinander beab¬ standet angeordnete Laufradscheiben (54) und eine Mehrzahl von zwischen den Laufradscheiben (54) angeordneten Laufrad- schauffein (56) aufweist, wobei die Laufradscheiben (54) drehfest auf dem Durchleitelement (42) angeordnet sind.
6. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stirnflansch (22) auf einer dem Wellenhohlraum (26) abgewandten Seite einen ersten Wellenzapfen (60) und/oder der zweite Stirnflansch (24) auf einer dem Wellenhohlraum (26) abgewandten Seite einen zweiten Wellenzapfen (62) aufweist.
7. Rotorhohlwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (30) durch den ersten Wellenzapfen (60) geführt ist.
8. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stirnflansch (22) und/oder der zweite Stirnflansch (24) wenigstens eine Ausnehmung (38) aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein an der inneren Mantelfläche (34) des zylinderförmigen Blechpaketträgers (16) verlaufendes Kühlmedium (32) über die Ausnehmung (38) aus dem Wellenhohlraum (26) austreten kann.
9. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmig ausgebildete Blech¬ paketträger (16) auf einem dem ersten Stirnflansch (22) zugewandten ersten Endbereich (18) und/oder auf einem dem zweiten Stirnflansch (24) zugewandten zweiten Endbereich (20) wenigstens eine in radialer Richtung ausgebildete Öffnung aufweist, so dass ein an der inneren Mantelfläche (34) des zylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers (16) verlaufendes Kühlmedium (32) über die Öffnung aus dem Wellenhohlraum (26) austreten kann.
10. Rotor (10), aufweisend eine mit wenigstens einem Blechpaket (28) bestückte Rotorhohlwelle (12) nach einem der vorherigen Ansprüche .
11. Elektrische Maschine (64), insbesondere für einen An¬ triebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Rotor (10) nach Anspruch (10) .
12. Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine (64), aufweisend einen Rotor (10) nach Anspruch 10, umfassend die Schritte :
- Ansaugen eines Kühlmediums (32) über das innerhalb des Wellenhohlraums (26) angeordnete Pumpenelement (14);
- Beförderung des von dem Pumpenelement (14) angesaugten Kühlmediums (32) über die Austrittsöffnung (52) des Pumpenelements (14) an die innere Mantelfläche (34) des Blechpa¬ ketträgers (16), wobei das Kühlmedium (32) gegen die innere Mantelfläche (34) des Blechpaketträgers (16) prallt.
PCT/EP2018/074754 2017-10-13 2018-09-13 Rotorhohlwelle mit integriertem pumpenelement WO2019072489A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218351.9A DE102017218351A1 (de) 2017-10-13 2017-10-13 Rotorhohlwelle mit integriertem Pumpenelement
DE102017218351.9 2017-10-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019072489A1 true WO2019072489A1 (de) 2019-04-18

Family

ID=63586712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/074754 WO2019072489A1 (de) 2017-10-13 2018-09-13 Rotorhohlwelle mit integriertem pumpenelement

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017218351A1 (de)
WO (1) WO2019072489A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022082788A1 (zh) * 2020-10-23 2022-04-28 华为数字能源技术有限公司 电机、电机控制器、热交换***和控制方法
US20220247271A1 (en) * 2021-02-04 2022-08-04 Volvo Car Corporation Electric machine
DE102021111906A1 (de) 2021-05-07 2022-11-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Rotorwellenanordnung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020107376B4 (de) 2020-03-18 2021-11-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Kühlvorrichtung mit einem durch einen Kühlmittelstrom rotatorisch antreibbaren Verteilerring; sowie elektrische Antriebseinheit
DE102020114604A1 (de) 2020-06-02 2021-12-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Rotationsmaschine und Antriebsanordnung
DE102021204200A1 (de) 2021-04-28 2022-11-03 Mahle International Gmbh Hohle Innenwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1162466B (de) * 1961-07-31 1964-02-06 Licentia Gmbh Zusammenbau von geblechten Laeufern elektrischer Maschinen mit stirnseitig angesetzten Wellenstuempfen
US20030146667A1 (en) * 2002-02-06 2003-08-07 Nissan Motor Co., Ltd. Cooling method and structure for a rotation object
JP2011097784A (ja) * 2009-10-30 2011-05-12 Aisin Aw Co Ltd 回転電機用ロータ
DE102013200450A1 (de) * 2013-01-15 2014-07-17 Robert Bosch Gmbh Luftkühlkreislauf über Rotorwelle für elektrische Maschinen
DE102014107845A1 (de) 2014-06-04 2015-12-17 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Ölverteilelement
DE102015205724A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-02 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Kühlsystem eines elektrischen Antriebes
DE102015223631A1 (de) * 2015-11-30 2017-06-01 Thyssenkrupp Ag Gebaute Rotorhohlwelle mit Kühlmediumverteilelement
WO2017162546A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Rotorsegment einer elektrischen maschine

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106451915B (zh) * 2016-08-26 2018-10-30 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种外转子永磁电机定子

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1162466B (de) * 1961-07-31 1964-02-06 Licentia Gmbh Zusammenbau von geblechten Laeufern elektrischer Maschinen mit stirnseitig angesetzten Wellenstuempfen
US20030146667A1 (en) * 2002-02-06 2003-08-07 Nissan Motor Co., Ltd. Cooling method and structure for a rotation object
JP2011097784A (ja) * 2009-10-30 2011-05-12 Aisin Aw Co Ltd 回転電機用ロータ
DE102013200450A1 (de) * 2013-01-15 2014-07-17 Robert Bosch Gmbh Luftkühlkreislauf über Rotorwelle für elektrische Maschinen
DE102014107845A1 (de) 2014-06-04 2015-12-17 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Ölverteilelement
DE102015205724A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-02 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Kühlsystem eines elektrischen Antriebes
DE102015223631A1 (de) * 2015-11-30 2017-06-01 Thyssenkrupp Ag Gebaute Rotorhohlwelle mit Kühlmediumverteilelement
WO2017162546A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Rotorsegment einer elektrischen maschine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022082788A1 (zh) * 2020-10-23 2022-04-28 华为数字能源技术有限公司 电机、电机控制器、热交换***和控制方法
US20220247271A1 (en) * 2021-02-04 2022-08-04 Volvo Car Corporation Electric machine
US11824425B2 (en) 2021-02-04 2023-11-21 Volvo Car Corporation Electric machine
DE102021111906A1 (de) 2021-05-07 2022-11-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Rotorwellenanordnung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017218351A1 (de) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019072489A1 (de) Rotorhohlwelle mit integriertem pumpenelement
EP3403319B1 (de) Elektrische maschine
DE102017201117A1 (de) Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine
DE102009051651B4 (de) Windkraftgenerator mit Innenkühlkreislauf
EP2109207B1 (de) Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine sowie Verfahren zur Kühlung einer solchen elektrischen Maschine
DE102016216685A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine
DE102016209173A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine
DE102014018223A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine
DE102013020332A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine
EP2615299A1 (de) Turmkopf einer Windenergieanlage
DE102013020331A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine
EP2930827B1 (de) Elektrische Maschine mit Strömungskühlung
DE102017202752A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine
DE102015011863B4 (de) Elektrische Maschine
DE102012218696A1 (de) Rotierende elektrische Maschine und Kraftfahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine
DE102016210930B4 (de) Elektrische Maschine
DE102013020324A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine
DE102016215428A1 (de) Elektrische Rotationsmaschine
WO2005099070A1 (de) Kühlvorrichtung für eine mit einer kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen maschine
WO2022023363A1 (de) Elektrische maschine
EP3977597A1 (de) Elektrische maschine
EP4008047A1 (de) Elektrische antriebseinheit, hybridmodul und antriebsanordnung für ein kraftfahrzeug
DE102019217510A1 (de) Rotor, Elektromaschine und Kraftfahrzeug
DE102017103631A1 (de) Elektrische Maschine hoher Leistungsdichte sowie Kraftfahrzeug
DE102017202801A1 (de) Rotorblechpaket für einen Rotor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18769671

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18769671

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1