DE102017202801A1

DE102017202801A1 - Rotor core for a rotor

Info

Publication number: DE102017202801A1
Application number: DE102017202801.7A
Authority: DE
Inventors: Holger Fröhlich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket (1) für einen Rotor einer elektrischen Maschine (22). Das Rotorblechpaket (1) umfasst ein erstes stirnseitiges Endblech (3) mit wenigstens einem ersten Lüfterkopf (4), ein zweites stirnseitiges Endblech (5) mit wenigstens einem zweiten Lüfterkopf (6) und mehrere Innenbleche (7), welche zwischen dem ersten stirnseitigen Endblech (3) und dem zweiten stirnseitigen Endblech (5) angeordnet sind. Dabei bilden die Innenbleche (7) wenigstens einen Kühlkanal (8) aus, und der Kühlkanal (8) verbindet den ersten Lüfterkopf (4) mit dem zweiten Lüfterkopf (6). Der erste Lüfterkopf (4) und der zweite Lüfterkopf (6) sind derart achssymmetrisch zueinander angeordnet, dass eine erste Öffnung (9) des ersten Lüfterkopfs (4) in einer Rotationsrichtung (R) des Rotorblechpakets (1) geöffnet ist, und dass eine zweite Öffnung (10) des zweiten Lüfterkopfs (6) entgegen der Rotationsrichtung (R) des Rotorblechpakets (1) geöffnet ist. Bei einer Rotation des Rotorblechpakets (1) erzeugt der erste Lüfterkopf (4) einen Staudruck (15), durch welchen ein Kühlmedium über den ersten Lüfterkopf (4) in den Kühlkanal (8) gefördert wird, und der zweite Lüfterkopf (6) erzeugt einen Sog (17), durch welchen das Kühlmedium über den zweiten Lüfterkopf (6) aus dem Kühlkanal (8) heraus gefördert wird.The invention relates to a rotor laminated core (1) for a rotor of an electrical machine (22). The rotor laminated core (1) comprises a first end plate (3) with at least one first fan head (4), a second end plate (5) with at least one second fan head (6) and a plurality of inner plates (7), which between the first end face plate (3) and the second end-side end plate (5) are arranged. The inner plates (7) form at least one cooling channel (8), and the cooling channel (8) connects the first fan head (4) to the second fan head (6). The first fan head (4) and the second fan head (6) are arranged axially symmetrical to one another such that a first opening (9) of the first fan head (4) is opened in a direction of rotation (R) of the rotor lamination stack (1), and a second one Opening (10) of the second fan head (6) opposite to the direction of rotation (R) of the rotor core (1) is opened. During a rotation of the rotor laminated core (1), the first fan head (4) generates a dynamic pressure (15) through which a cooling medium is conveyed via the first fan head (4) into the cooling channel (8), and the second fan head (6) generates one Suction (17) through which the cooling medium is conveyed out of the cooling channel (8) via the second fan head (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket für einen Rotor einer elektrische Maschine. Weitere Ansprüche sind auf den Rotor mit dem Rotorblechpaket, eine elektrische Maschine mit dem Rotor sowie ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine gerichtet.The invention relates to a rotor laminated core for a rotor of an electric machine. Further claims are directed to the rotor with the rotor core, an electric machine with the rotor and a motor vehicle with the electric machine.

In elektrischen Maschinen aller Leistungsklassen wird erhebliche Wärme entwickelt, die im Hinblick auf eine verbesserte Maschineneffizienz und im Hinblick auf eine höhere Lebensdauer der elektrischen Maschine mittels kühltechnischer Maßnahmen abzuführen ist. Der Rotor bzw. Läufer erzeugt üblicherweise Verlustwärme, welche teilweise durch Wärmeleitung und -strahlung über einen Luftspalt zwischen dem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine übertragen wird und von dort aus an ein Gehäuse der elektrischen Maschine abgegeben wird. Ein weiterer Teil der Verlustwärme kann über die Rotorwelle nach außen geleitet werden, wodurch sich die Wälzlager der Rotorwelle erwärmen.Significant heat is developed in electric machines of all power classes, which is to be dissipated by means of cooling measures with regard to improved machine efficiency and with regard to a longer service life of the electrical machine. The rotor or rotor usually generates heat loss, which is partially transmitted by heat conduction and radiation through an air gap between the rotor and a stator of the electric machine and is discharged from there to a housing of the electric machine. Another part of the heat loss can be directed outwards via the rotor shaft, which causes the rolling bearings of the rotor shaft to heat up.

Eine derartige thermische Lagerbelastung und eine sich einstellende Temperaturdifferenz zwischen Innenring- und Außenring führt zu hohen Kontaktspannungen im Lager, was ein Abrollen behindert und Schälbeanspruchung sowie Materialermüdung zur Folge haben kann. Zusätzlich wird durch derartig thermische Lagerbelastung der Schmierstoff der Wälzlager thermisch gealtert, zersetzt oder verbrannt und verändert seine anfänglich eingestellten Eigenschaften. Alles dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Lebensdauer der Wälzlager.Such a thermal bearing load and an adjusting temperature difference between the inner ring and outer ring leads to high contact stresses in the bearing, which hinders unwinding and can result in peel stress and material fatigue. In addition, by such thermal bearing load, the lubricant of the rolling bearings is thermally aged, decomposed or burned, and changes its initial set properties. All this leads to a significant reduction in the life of the bearings.

In vielen Anwendungsfällen, z.B. bei Elektromotoren, bei denen die Rotortemperatur größer ist als die Temperatur der Lageraufnahmen im Gehäuses der elektrischen Maschine, liegt eine Betriebstemperatur der Außenringe unterhalb der Temperatur der Innenringe. Dies führt zu einer Reduzierung der Lagerluft, welche bei übermäßiger Minderung eine hohe Vorspannung in den Lagern verursacht. Diese unerwünschte, sich im Betrieb einstellende zusätzliche Belastung des Lagers behindert das definierte Abrollen des Wälzkörpers und führt zu Schälbeanspruchungen sowie Materialermüdung, welche zum vorzeitigen Ausfall der Lager und somit der ganzen elektrischen Maschine führen können. Werden Lager mit größerer Lagerluft als normal verwendet, um diese thermische Betriebsspieländerung zu kompensieren, so kann dies negative Auswirkungen auf die elektrische Maschine haben, unter anderem erhöhte Schwingungen und größere Axialtoleranzen der Rotorwelle, was sich ungünstig auf das Betriebsverhalten des Motors auswirkt.In many applications, e.g. in electric motors, in which the rotor temperature is greater than the temperature of the bearing receptacles in the housing of the electric machine, an operating temperature of the outer rings is below the temperature of the inner rings. This leads to a reduction of the bearing clearance, which causes excessive preload in the bearings in case of excessive reduction. This undesirable, in operation adjusting additional load of the bearing hinders the defined rolling of the rolling element and leads to peel stresses and fatigue, which can lead to premature failure of the bearing and thus the whole electric machine. Using bearings with larger clearance than normal to compensate for this thermal clearance change can negatively affect the electric machine, including increased vibration and larger axial tolerances of the rotor shaft, which adversely affects engine performance.

Sofern eine Kühlung der Rotorwelle bzw. des Rotorblechpakets möglich ist, kann dies direkte positive Auswirkungen auf das Betriebsverhalten der elektrischen Maschine sowie auf die Lebensdauer der Lagerung haben. Besonders vorteilhaft kann eine Kühlung des Rotorblechpakets auch einen großen Anteil zur Kühlung der Rotorwelle beisteuern. Durch eine Kühlung der Rotorwelle kann eine Verringerung der großen Temperaturunterschiede zwischen dem Innenring und dem Außenring des jeweiligen Lagers erreicht werden und damit die Lebensdauer der Lager verlängert werden.If cooling of the rotor shaft or of the rotor laminated core is possible, this can have direct positive effects on the operating behavior of the electrical machine and on the service life of the bearing. Particularly advantageous cooling of the rotor core can also contribute a large amount for cooling the rotor shaft. By cooling the rotor shaft, a reduction of the large temperature differences between the inner ring and the outer ring of the respective bearing can be achieved and thus the life of the bearing can be extended.

Aus der DE 10 2009 012 324 A1 ist eine elektrische Maschine mit einer drehbaren Welle und einem mit der Welle verbundenen Rotor bekannt. Um die Kühlung des Rotors der elektrischen Maschine zu verbessern, weist die Welle einen sich in axialer Richtung der Welle erstreckenden Hohlraum auf, wobei der Hohlraum zur Aufnahme eines Kältemittels vorgesehen ist. Weiterhin umfasst die Welle eine innerhalb des Rotors angeordnete Verdampfereinheit und eine außerhalb des Rotors angeordnete Kondensatoreinheit, wobei die Kondensatoreinheit zur Kondensation des Kältemittels vorgesehen ist. Die elektrische Maschine gemäß der DE 10 2009 012 324 A1 ermöglicht eine Abfuhr von Verlustwärme einer elektrischen Maschine durch einen Wellenthermosiphon bei Maschinen ohne standardmäßige Zwangsluftkühlung. Allerdings ist diese elektrische Maschine apparativ sehr aufwändig und teuer.From the DE 10 2009 012 324 A1 An electric machine is known having a rotatable shaft and a rotor connected to the shaft. In order to improve the cooling of the rotor of the electric machine, the shaft has a cavity extending in the axial direction of the shaft, wherein the cavity is provided for receiving a refrigerant. Furthermore, the shaft comprises an evaporator unit arranged inside the rotor and a condenser unit arranged outside the rotor, wherein the condenser unit is provided for condensing the refrigerant. The electric machine according to the DE 10 2009 012 324 A1 allows dissipation of heat loss of an electric machine by a wave thermosyphon on machines without standard forced air cooling. However, this electrical machine is very complex and expensive.

Sofern eine elektrische Maschine ferner eine Mantel-Flüssigkeitskühlung in geschlossener Bauweise (gekapselt) aufweist, kann das Problem auftreten, dass der Rotor und die Wickelköpfe nahezu ungekühlt bleiben, wodurch die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine eingeschränkt wird und die Gefahr besteht, dass die Lager der Rotorwelle temperaturbedingt ausfallen.Furthermore, if an electric machine has a closed-shell sheath-type liquid cooling (encapsulated), there may be a problem that the rotor and the end windings remain almost uncooled, thereby restricting the performance of the electric machine and risking the rotor shaft bearings due to temperature.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlung des Rotors zu verbessern, um die mittlere Lagertemperatur sowie die Temperaturdifferenz zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring des Rotorwellenlagers zu senken, sodass die Lebensdauer des Rotorwellenlagers erhöht und dessen Ausfälle durch Materialermüdung vermieden werden können.The invention has for its object to improve cooling of the rotor to lower the average storage temperature and the temperature difference between the bearing inner ring and bearing outer ring of the rotor shaft bearing, so that the life of the rotor shaft bearing increases and its failures can be avoided by material fatigue.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are subject of the dependent claims, the following description and the figures.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Rotorblechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine bereitgestellt.According to a first aspect of the invention, a rotor lamination stack for a rotor of an electrical machine is provided.

Das Rotorblechpaket umfasst ein erstes stirnseitiges Endblech mit wenigstens einem ersten Lüfterkopf, ein zweites stirnseitiges Endblech mit wenigstens einem zweiten Lüfterkopf und mehrere Innenbleche, welche zwischen dem ersten stirnseitigen Endblech und dem zweiten stirnseitigen Endblech angeordnet sind. The rotor laminated core comprises a first end-side end plate with at least one first fan head, a second end-side end plate with at least one second fan head and a plurality of inner plates, which are arranged between the first end-side end plate and the second end-side end plate.

Die Innenbleche sind dabei untereinander drehfest miteinander verbunden und die Endbleche sind mit den Innenblechen drehfest verbunden.The inner plates are connected to each other against rotation with each other and the end plates are rotatably connected to the inner plates.

Die Innenbleche bilden wenigstens einen Kühlkanal aus, wobei der Kühlkanal den ersten Lüfterkopf mit dem zweiten Lüfterkopf verbindet. Der erste Lüfterkopf und der zweite Lüfterkopf sind derart achssymmetrisch zueinander angeordnet, dass eine erste Öffnung des ersten Lüfterkopfs in einer Rotationsrichtung des Rotorblechpakets geöffnet ist, und dass eine zweite Öffnung des zweiten Lüfterkopfs entgegen der Rotationsrichtung des Rotorblechpakets geöffnet ist. Wenn das Rotorblechpaket rotiert, erzeugt der erste Lüfterkopf einen Staudruck, durch welchen ein Kühlmedium über den ersten Lüfterkopf in den Kühlkanal gefördert wird, und der zweite Lüfterkopf erzeugt einen Sog, durch welchen das Kühlmedium über den zweiten Lüfterkopf aus dem Kühlkanal heraus gefördert wird.The inner plates form at least one cooling channel, wherein the cooling channel connects the first fan head with the second fan head. The first fan head and the second fan head are arranged axially symmetrical to one another such that a first opening of the first fan head is opened in a direction of rotation of the rotor lamination stack, and that a second opening of the second fan head is opened counter to the direction of rotation of the rotor lamination stack. When the rotor core rotates, the first fan head generates a dynamic pressure, through which a cooling medium is conveyed into the cooling channel via the first fan head, and the second fan head generates a suction through which the cooling medium is conveyed out of the cooling channel via the second fan head.

Lüfterköpfe sind insbesondere aus dem Schiffbau bekannt, wo sie auch Windhutzen genannt werden und in Dorade-Lüftern eingesetzt werden. Die Lüfterköpfe können insbesondere eine trichterförmige Öffnung aufweisen, durch welche Kühlmedium bei (Rotations-)Bewegung der Lüfterköpfe aufgefangen und in den Kühlkanal geleitet werden kann.Fan heads are known in particular from shipbuilding, where they are also called Windhutzen and used in Dorade fans. The fan heads may in particular have a funnel-shaped opening through which cooling medium can be collected during (rotational) movement of the fan heads and directed into the cooling channel.

Die Lüfterköpfe sind strömungsleitende Elemente, wobei die Lüfterköpfe insbesondere dazu eingerichtet sind, zur inneren Kühlung des Rotorblechpakets einen Luftstrom, einen Aerosolstrom oder einen sonstigen Kühlmedium-Strom in axialer Richtung auf einer ersten axialen Stirnseite des Rotorblechpakets in den Kühlkanal hinein zu fördern und auf der anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets wieder aus dem Kühlkanal heraus zu fördern.The fan heads are flow-conducting elements, wherein the fan heads are particularly adapted to promote an internal air cooling, aerosol stream or other cooling medium flow in the axial direction on a first axial end side of the rotor core into the cooling channel and on the other axial end side of the rotor core back out of the cooling channel to promote.

Anders ausgedrückt bilden sich bei einer Rotation des Rotorblechpakets durch die in den Endblechen ausgebildeten Lüfterköpfe (siehe auch Wirkungsweise Dorade-Lüfter) lokal unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und gemäß dem Gesetz von Bernoulli unterschiedliche statische und dynamische Drücke. Der Lüfterkopf oder die Lüfterköpfe in den Endblechen des Rotorblechpakets besitzen dabei eine unterschiedliche Ausrichtung, insbesondere sind sie um 180° zueinander gedreht angeordnet. Auf der einen Seite hat der wenigstens eine Lüfterkopf die Öffnung in Rotationsrichtung, auf der anderen Seite entgegen der Rotationsrichtung.In other words, locally different flow velocities are formed during a rotation of the rotor lamination stack by the fan heads formed in the end plates (see also mode of operation of the dorade fans) and different static and dynamic pressures according to Bernoulli's law. The fan head or the fan heads in the end plates of the rotor lamination stack have a different orientation, in particular they are arranged rotated by 180 ° to each other. On the one hand, the at least one fan head has the opening in the direction of rotation, on the other side opposite to the direction of rotation.

Auf der Seite, auf welcher der erste Lüfterkopf in Rotationsrichtung geöffnet ist, entsteht ein Staudruck und die Luft bzw. das Kühlmedium wird in den wenigstens einen Kühlkanal des Rotorblechpakets gedrückt. Auf der anderen Seite, auf welcher der zweite Lüfterkopf entgegen der Rotationsrichtung geöffnet ist, entsteht eine Sogwirkung, welche die Luft bzw. das Kühlmedium aus dem Kühlkanal des Rotorblechpakets ansaugt. Durch die Druckwirkung auf der einen Stirnseite des Rotorblechpakets und die Sogwirkung auf der anderen Stirnseite des Rotorblechpakets entsteht zwischen beiden Lüfterköpfen entlang des wenigstens einen Kühlkanals des Rotorblechpakets eine Luftzirkulation. Das Rotorblechpaket gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ermöglicht auf diese Weise, einen aktiv durchzugsbelüfteten Rotor bereitzustellen.On the side on which the first fan head is open in the direction of rotation, a back pressure arises and the air or the cooling medium is pressed into the at least one cooling channel of the rotor lamination stack. On the other side, on which the second fan head is open against the direction of rotation, a suction effect is created, which sucks the air or the cooling medium out of the cooling channel of the rotor lamination stack. Due to the pressure effect on the one end face of the rotor laminated core and the suction effect on the other end face of the rotor core, air circulation is created between the two fan heads along the at least one cooling channel of the rotor core. The rotor core according to the first aspect of the invention thus makes it possible to provide an actively draft-ventilated rotor.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Bleche jeweils mehrere auf einem Kreisring der Bleche angeordnete Durchbrüche aufweisen, welche die Stirnseiten des jeweiligen Blechs miteinander verbinden, sodass mehrere Kühlkanäle ausgebildet werden, wobei jeweils einer dieser Kühlkanäle einen von mehreren ersten Lüfterköpfen mit einem von mehreren zweiten Lüfterköpfen verbindet. Die mehreren ersten Lüfterköpfe und die mehreren zweiten Lüfterköpfe können dabei jeweils wie auf einem Lüfterrad zueinander angeordnet sein, d.h. insbesondere kreisringförmig und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet.It is preferably provided that the sheets each have a plurality of arranged on a circular ring of the sheets openings, which connect the end faces of the respective sheet together, so that a plurality of cooling channels are formed, each one of these cooling channels connects one of a plurality of first fan heads with one of a plurality of second fan heads , The plurality of first fan heads and the plurality of second fan heads may each be arranged as on a fan wheel to each other, i. in particular annular and spaced apart in the circumferential direction.

Durch die mehreren Kühlkanäle kann besonders viel Kühlmedium durch das Rotorblechpaket geleitet und somit eine besonders hohe Wärmeabfuhr im Bereich des Rotorblechpakets ermöglicht werden. Die Durchbrüche können insbesondere äquidistant zueinander angeordnet sein, wodurch parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle gebildet werden können, welche eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr aus dem Rotorblechpaket ermöglichen. Zwischen benachbarten Durchbrüchen bildet das Blech jeweils eine Speiche aus. Das entstehende Speichen-Design gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht eine hohe Rotorsteifigkeit bzw. Rotorfestigkeit und eine Übertragung hoher Drehmomente.Due to the plurality of cooling channels, a particularly large amount of cooling medium can be passed through the rotor laminated core, and thus a particularly high heat dissipation in the region of the rotor laminated core can be made possible. The openings may in particular be arranged equidistant from each other, whereby mutually parallel cooling channels can be formed, which allow a particularly uniform heat dissipation from the rotor core. Between adjacent breakthroughs, the sheet each forms a spoke. The resulting spoke design according to this embodiment enables a high rotor rigidity and a high torque transmission.

Gemäß einer Ausführungsform ist ein radial äußerer Eintritt und Austritt von Luft bzw. Kühlmedium vorgesehen. Dazu ist der wenigstens eine erste Lüfterkopf derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets aus einem den ersten Lüfterkopf in radialer Richtung umgebenden Bereich über den ersten Lüfterkopf in den Kühlkanal gefördert wird. Weiterhin ist der wenigstens eine zweite Lüfterkopf derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets über den zweiten Lüfterkopf aus dem Kühlkanal heraus in einen den zweiten Lüfterkopf umgebenden Bereich gefördert wird.According to one embodiment, a radially outer inlet and outlet of air or cooling medium is provided. For this purpose, the at least one first fan head is shaped in such a way that the cooling medium is conveyed into the cooling channel via the first fan head during rotation of the rotor laminated core from an area surrounding the first fan head in the radial direction. Furthermore, the at least one second fan head is shaped in such a way that the cooling medium is conveyed out of the cooling channel into a region surrounding the second fan head during a rotation of the rotor laminated core via the second fan head.

Alternativ kann ein mittiger Eintritt und Austritt von Luft bzw. Kühlmedium vorgesehen sein. Dazu ist der wenigstens eine erste Lüfterkopf derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets aus einem mittleren Bereich, welcher sich in radialer Richtung auf der Höhe des ersten Lüfterkopfs befindet, über den ersten Lüfterkopf in den Kühlkanal gefördert wird. Weiterhin ist dass der wenigstens eine zweite Lüfterkopf derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets über den zweiten Lüfterkopf aus dem Kühlkanal heraus in einen mittleren Bereich gefördert wird, welcher sich in radialer Richtung auf der Höhe des zweiten Lüfterkopfs befindet.Alternatively, a central inlet and outlet of air or cooling medium can be provided. For this purpose, the at least one first fan head is shaped in such a way that the cooling medium is conveyed via the first fan head into the cooling channel during a rotation of the rotor laminated core from a middle region which is located in the radial direction at the height of the first fan head. Furthermore, that the at least one second fan head is shaped such that the cooling medium is promoted in a rotation of the rotor core through the second fan head out of the cooling channel in a central region, which is located in the radial direction at the height of the second fan head.

Ferner kann ein radial innerer Eintritt und Austritt von Luft bzw. Kühlmedium vorgesehen sein. Dazu ist der wenigstens eine erste Lüfterkopf derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets aus einem Innenbereich, welcher in radialer Richtung von dem ersten Lüfterkopf umgeben ist, über den ersten Lüfterkopf in den Kühlkanal gefördert wird. Weiterhin ist der wenigstens eine zweite Lüfterkopf derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets über den zweiten Lüfterkopf aus dem Kühlkanal heraus in einen Innenbereich gefördert wird, welcher in radialer Richtung von dem zweiten Lüfterkopf umgeben ist.Furthermore, a radially inner inlet and outlet of air or cooling medium can be provided. For this purpose, the at least one first fan head is shaped in such a way that the cooling medium is conveyed into the cooling channel via the first fan head during rotation of the rotor laminated core from an inner region which is surrounded in the radial direction by the first fan head. Furthermore, the at least one second fan head is shaped in such a way that, during rotation of the rotor lamination stack, the cooling medium is conveyed out of the cooling channel via the second fan head into an inner region which is surrounded by the second fan head in the radial direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkanal schraubenspindelförmig ist. Auf diese Weise kann der Kühlkanal im Inneren des Rotorblechpakets als eine „Förderspirale“ dienen, welche z.B. durch versetztes Aufeinanderstapeln gleicher, insbesondere kongruenter Blechzuschnitte entstehen kann. Die Innenbleche können dabei jeweils wenigstens einen Durchbruch aufweisen, welcher die Stirnseiten des jeweiligen Blechs miteinander verbindet. Die Durchbrüche von in der Stapelrichtung versetzten Innenblechen können in einer Umfangsrichtung der Bleche derart versetzt zueinander angeordnet sein, dass der wenigstens eine durch das Rotorblechpaket verlaufende, schraubenspindelförmige Kühlkanal gebildet wird. Mit anderen Worten können die Durchbrüche von in der Stapelrichtung versetzten Innenblechen derart verdreht bzw. tordiert zueinander angeordnet sein, dass in der Gesamtheit wenigstens ein schraubenspindelförmiger Kühlkanal ausgebildet wird, wobei das Design des Kühlkanals auf dem Prinzip der archimedischen Schraube beruht.According to a further embodiment it is provided that the cooling channel is screw-spindle-shaped. In this way, the cooling channel in the interior of the rotor lamination stack can serve as a "delivery spiral" which may be e.g. can arise by staggered stacking the same, in particular congruent sheet metal blanks. The inner plates can each have at least one opening, which connects the end faces of the respective sheet together. The apertures of staggered in the stacking direction inner plates can be arranged in a circumferential direction of the sheets offset from one another such that the at least one extending through the rotor core, helical spindle-shaped cooling channel is formed. In other words, the breakthroughs of offset in the stacking direction inner plates can be so twisted or arranged to each other that at least one helical spindle-shaped cooling channel is formed in the entirety, the design of the cooling channel is based on the principle of Archimedes screw.

Sofern das Rotorblechpaket im Betrieb der elektrischen Maschine mit einer ausreichenden Drehzahl rotiert, dreht sich auch der wenigstens eine schraubenspindelförmige Kühlkanal innerhalb des Rotorblechpakets und kann das Kühlmedium nach dem Prinzip einer Schneckenpumpe durch den Kühlkanal fördern. Die äußere Kontur des Kühlkanals wird durch die Form bzw. die Kontur der Durchbrüche in den einzelnen Innenblechen bestimmt. Auf eine mögliche Fördermenge kann hierbei insbesondere über die Drehzahl des Rotorblechpakets, den Innen- und Außendurchmesser und die Steigung des Kühlkanals sowie über die Reibung der Kühlflüssigkeit an den Innenwänden des Kühlkanals Einfluss genommen werden. Der schraubenspindelförmige Verlauf des Kühlkanals stellt eine besonders große Wärmeübertragungsfläche bereit, wodurch eine verbesserte Wärmeabfuhr bzw. Kühlung ermöglicht wird.If the rotor laminated core rotates with sufficient speed during operation of the electric machine, the at least one helical spindle-shaped cooling channel also rotates within the rotor laminated core and can convey the cooling medium through the cooling channel in accordance with the principle of a screw pump. The outer contour of the cooling channel is determined by the shape or the contour of the openings in the individual inner plates. In this case, a possible flow rate can be influenced, in particular, via the rotational speed of the rotor lamination stack, the inner and outer diameters and the pitch of the cooling channel as well as the friction of the cooling fluid on the inner walls of the cooling duct. The spiral spindle-shaped course of the cooling channel provides a particularly large heat transfer surface, whereby an improved heat dissipation or cooling is made possible.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt. Der Rotor umfasst ein Rotorblechpaket gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Rotorwelle, wobei das Rotorblechpaket drehfest auf der Rotorwelle gelagert ist und wobei die Rotorwelle drehbar in zwei Wellenlagern, insbesondere Wälzlagern, gelagert ist.According to a second aspect of the invention, there is provided a rotor for an electric machine. The rotor comprises a rotor lamination stack according to the first aspect of the invention and a rotor shaft, wherein the rotor lamination stack is rotatably mounted on the rotor shaft and wherein the rotor shaft is rotatably mounted in two shaft bearings, in particular rolling bearings.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, einen Stator mit einem Statorblechpaket und mit Stator-Wickelköpfen, welche an gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorblechpakets angeordnet sind, und ein Gehäuse, welches den Stator in radialer Richtung umgibt. Der Stator bildet entlang seines Außenumfangs verteilte Nuten aus, welche zwei gegenüberliegende Stirnseiten der Stator-Wickelköpfe miteinander verbinden. Bei einer Rotation des Rotors erzeugt der erste Lüfterkopf einen Staudruck, durch welchen ein Kühlmedium aus den Nuten auf einer Sogseite des Stators über den ersten Lüfterkopf in den Kühlkanal gefördert wird, und der zweite Lüfterkopf erzeugt einen Sog, durch welchen das Kühlmedium über den zweiten Lüfterkopf aus dem Kühlkanal heraus in die Nuten auf einer Druckseite des Stators gefördert wird.According to a third aspect of the invention, there is provided an electric machine for a vehicle. The electric machine comprises a rotor according to the second aspect of the invention, a stator having a laminated stator core and stator winding heads, which are arranged on opposite end faces of the laminated stator core, and a housing, which surrounds the stator in the radial direction. The stator forms distributed along its outer circumference grooves, which connect two opposite end faces of the stator winding heads together. Upon rotation of the rotor, the first fan head generates a dynamic pressure by which a cooling medium is conveyed from the grooves on a suction side of the stator via the first fan head in the cooling channel, and the second fan head generates a suction through which the cooling medium via the second fan head is conveyed out of the cooling channel into the grooves on a pressure side of the stator.

Mit anderen Worten kann sich mittels der Luftzirkulation bzw. der Zirkulation von Kühlmedium durch das Rotorblechpaket in der elektrischen Maschine auf einer ersten Motorseite bzw. Statorseite eine Sogseite ausbilden, während sich auf der anderen Motorseite bzw. Statorseite eine Druckseite ausbilden kann.In other words, by means of the air circulation or the circulation of cooling medium through the rotor laminated core in the electric machine on a first motor side or stator side forming a suction side, while can form a pressure side on the other side of the motor or stator.

Das Kühlmedium, insbesondere Luft oder ein Aerosol, kann nun über die Nuten zwischen dem Gehäuse und dem Stator Blechpaket angesogen werden, wobei die Nuten über den gesamten Umfang des Stators verteilt sind. Hier werden beim Passieren des Kühlmediums die Wickelköpfe des Stators auf der Sogseite gekühlt. Das Kühlmedium wird an der Sogseite in den Rotor gesogen und über die Rotorpassage auf die Druckseite der elektrischen Maschine gefördert. Von dort aus passiert die Luft die Wickelköpfe der anderen Stator Seite, um wieder über den Umfang des Stator Blechpakets auf die Sogseite zu wechseln. Auf diese Weise kann ein geschlossener Kreislauf des Kühlmediums durch die elektrische Maschine erzeugt werden, wobei das Kühlmedium auf seinem zurückgelegten Weg sowohl den Rotor, als auch den Stator und das Gehäuse der elektrischen Maschine kühlen kann. Dadurch dass der Rotor besonders gut durch das Kühlmedium gekühlt werden kann, können die mittleren Lagertemperaturen der Wellenlager sowie Temperaturdifferenzen zwischen den jeweiligen Lagerinnenringen und Lageraußenringen der Wellenlager gesenkt werden. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Wellenlager erhöht werden und deren Ausfälle durch Materialermüdung vermieden werden.The cooling medium, in particular air or an aerosol, can now be sucked in via the grooves between the housing and the stator laminated core, the grooves being distributed over the entire circumference of the stator. Here, when passing through the cooling medium, the winding heads of the stator on the suction side are cooled. The cooling medium is sucked into the rotor on the suction side and conveyed via the rotor passage to the pressure side of the electric machine. From there, the air passes through the winding heads of the other stator side, to change over the circumference of the stator laminated core to the suction side again. In this way, a closed circuit of the cooling medium through the electrical machine can be generated, wherein the cooling medium can cool on its path covered both the rotor, and the stator and the housing of the electric machine. The fact that the rotor can be cooled particularly well by the cooling medium, the average storage temperatures of the shaft bearings and temperature differences between the respective bearing inner rings and bearing outer rings of the shaft bearings can be reduced. In this way, the life of the shaft bearings can be increased and their failures can be avoided by material fatigue.

Das Gehäuse kann einen Flüssigkeits-Kühlkanal eines Umlauf-kühlkreislaufs umfassen, innerhalb welchem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert und das Gehäuse kühlt. Auf diese Weise kann ein Wickelkopfraum an das Gehäuse bzw. dessen Flüssigkeitskühlung herangeführt bzw. angebunden werden. Dadurch kann besonders viel Wärme im Bereich des Rotors und Stators der elektrischen Maschine abgeführt werden.The housing may include a liquid cooling passage of a recirculating cooling circuit within which a cooling fluid circulates and cools the housing. In this way, a winding head space can be guided or connected to the housing or its liquid cooling. As a result, a great deal of heat can be dissipated in the region of the rotor and stator of the electrical machine.

Der Umlaufkühlkreislauf kann weiterhin eine Pumpe und einen Wärmetauscher zur Kühlung der Kühlflüssigkeit aufweisen. Die Pumpe kann die Kühlflüssigkeit aus dem Bereich des Flüssigkeits-Kühlkanals des Gehäuses ansaugen und durch den Wärmetauscher fördern, wo es durch ein zweites Kühlmedium gekühlt wird, beispielsweise durch Kühlwasser eines Hauptkühlkreislaufs, und anschließend wieder zurück in den Flüssigkeits-Kühlkanal des Gehäuses fördern.The circulation cooling circuit may further comprise a pump and a heat exchanger for cooling the cooling liquid. The pump can suck the cooling liquid from the region of the liquid cooling passage of the housing and convey it through the heat exchanger, where it is cooled by a second cooling medium, for example by cooling water of a main cooling circuit, and then back into the liquid cooling passage of the housing.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine elektrische Maschine gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst.According to a fourth aspect of the invention, there is provided a vehicle including an electric machine according to the third aspect of the invention.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets und einer Rotorwelle,
2 eine perspektivische Ansicht des Rotorblechpakets und der Rotorwelle nach 1,
3 eine Querschnittsdarstellung des Rotorblechpakets und der Rotorwelle nach 1,
4 eine schematische, stark vereinfachte Querschnittsansicht einer oberen Hälfte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets,
5 eine perspektivische Ansicht auf ein Endblech eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets, wobei das Endblech einen Lüfterkopf mit radial äußerem Lufteintritt bzw. Luftaustritt aufweist,
6 eine Draufsicht auf das Endblech nach 5,
7 eine Querschnittsdarstellung des Endblechs nach 5,
8 eine perspektivische Ansicht auf ein weiteres Endblech eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets, wobei das Endblech einen Lüfterkopf mit mittigem Lufteintritt bzw. Luftaustritt aufweist,
9 eine Seitenansicht des Endblechs nach 8,
10 eine perspektivische Ansicht auf ein weiteres Endblech eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets, wobei das Endblech einen Lüfterkopf mit radial innerem Lufteintritt bzw. Luftaustritt aufweist,
11 eine Seitenansicht des Endblechs nach 10 und
12 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.

In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the schematic drawing, wherein the same or similar elements are provided with the same reference numerals. Hereby shows:

1 an exploded perspective view of an embodiment of a rotor laminated core according to the invention and a rotor shaft,
2 a perspective view of the rotor core and the rotor shaft after 1 .
3 a cross-sectional view of the rotor core and the rotor shaft after 1 .
4 a schematic, highly simplified cross-sectional view of an upper half of an embodiment of a rotor laminated core according to the invention,
5 3 a perspective view of an end plate of an exemplary embodiment of a rotor laminated core according to the invention, wherein the end plate has a fan head with a radially outer air inlet or air outlet,
6 a plan view of the end plate after 5 .
7 a cross-sectional view of the end plate after 5 .
8th 3 is a perspective view of another end plate of an exemplary embodiment of a rotor laminated core according to the invention, wherein the end plate has a fan head with a central air inlet or air outlet,
9 a side view of the end plate after 8th .
10 3 is a perspective view of a further end plate of an exemplary embodiment of a rotor laminated core according to the invention, wherein the end plate has a fan head with a radially inner air inlet or air outlet,
11 a side view of the end plate after 10 and
12 a cross-sectional view of an embodiment of an electrical machine according to the invention.

1 bis 3 zeigen ein Rotorblechpaket 1, welches drehfest auf einer Rotorwelle 2 gelagert ist. Das Rotorblechpaket 1 umfasst ein erstes stirnseitiges Endblech 3 mit wenigstens einem ersten Lüfterkopf 4, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit neun ersten Lüfterköpfen 4, die identisch sein können und - wie durch 1 bis 3 gezeigt - auf einem gedachten Kreisring angeordnet und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein können. 1 to 3 show a rotor core 1 , which rotatably on a rotor shaft 2 is stored. The rotor core 1 includes a first end face plate 3 with at least a first fan head 4 in the embodiment shown with nine first fan heads 4 that can be identical and - as by 1 to 3 shown - may be arranged on an imaginary circular ring and spaced from each other in the circumferential direction.

Weiterhin umfasst das Rotorblechpaket 1 ein zweites stirnseitiges Endblech 5 mit wenigstens einem zweiten Lüfterkopf 6, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit neun zweiten Lüfterköpfen 6, die identisch sein können und - wie durch 1 bis 3 gezeigt - auf einem gedachten Kreisring angeordnet und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein können. Bei dem ersten Endblech 3 und bei dem zweiten Endblech 5 kann es sich insbesondere um Gleichteile handeln, welche spiegelsymmetrisch, d.h. um 180° gedreht, zueinander angeordnet sind.Furthermore, the rotor laminated core comprises 1 a second end-side end plate 5 with at least a second fan head 6 in the embodiment shown with nine second fan heads 6 that can be identical and - as by 1 to 3 shown - may be arranged on an imaginary circular ring and spaced from each other in the circumferential direction. At the first end plate 3 and at the second end plate 5 they may in particular be identical parts, which are mirror-symmetrical, ie rotated by 180 °, arranged relative to each other.

Weiterhin umfasst das Rotorblechpaket 1 mehrere Innenbleche 7, welche zwischen dem ersten stirnseitigen Endblech 3 und dem zweiten stirnseitigen Endblech 5 angeordnet sind. Die Innenbleche 7 sind dabei untereinander drehfest miteinander verbunden und die Endbleche 3 und 5 sind mit den Innenblechen 7 drehfest verbunden. Auf diese Weise kann eine Drehbewegung und ein Drehmoment von der Rotorwelle 2 auf das Rotorblechpaket 1 mit seinen Endblechen 3 und 5 sowie mit seinen Innenblechen 7 übertragen werden.Furthermore, the rotor laminated core comprises 1 several inner plates 7 , which between the first end-side end plate 3 and the second end-side end plate 5 are arranged. The inner plates 7 are connected to each other against rotation with each other and the end plates 3 and 5 are with the inner plates 7 rotatably connected. In this way, a rotational movement and a torque from the rotor shaft 2 on the rotor core 1 With his end sheets 3 and 5 as well as with its inner plates 7 be transmitted.

Die Innenbleche 7 bilden wenigstens einen Kühlkanal 8 aus, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt neun Kühlkanäle (passend zu der Anzahl erster Lüfterköpfe 4 und zweiter Lüfterköpfe 6). Jeweils einer der insgesamt neun Kühlkanäle 8 verbindet jeweils einen der insgesamt neun ersten Lüfterköpfe 4 mit jeweils einem der insgesamt neun zweiten Lüfterköpfe 6.The inner plates 7 form at least one cooling channel 8th from, in the embodiment shown a total of nine cooling channels (matching the number of first fan heads 4 and second fan heads 6 ). Each one of the nine cooling channels 8th each connects one of the nine first fan heads 4 each with one of the nine second fan heads 6 ,

Die ersten Lüfterköpfe 4 und die zweiten Lüfterköpfe 6 sind derart achssymmetrisch zueinander angeordnet, dass jeweils eine von insgesamt neun ersten Öffnungen 9 der ersten Lüfterköpfe 4 in einer Rotationsrichtung R des Rotorblechpakets 3 geöffnet ist, und dass jeweils eine von insgesamt neun zweiten Öffnungen 10 der zweiten Lüfterköpfe 6 entgegen der Rotationsrichtung R des Rotorblechpakets 1 geöffnet ist.The first fan heads 4 and the second fan heads 6 are arranged so axially symmetrical to each other, that in each case one of a total of nine first openings 9 the first fan heads 4 in a direction of rotation R of the rotor lamination stack 3 is open, and that each one of a total of nine second openings 10 the second fan heads 6 against the direction of rotation R of the rotor core 1 is open.

Wenn das Rotorblechpaket 1 rotiert, erzeugen die ersten Lüfterköpfe 4 einen Staudruck, durch welchen ein Kühlmedium, z.B. Luft oder ein Aerosol, über die ersten Lüfterköpfe 4 in jeweils einen der Kühlkanäle 8 gefördert wird, und die zweiten Lüfterköpfe 6 erzeugen einen Sog, durch welchen das Kühlmedium über die zweiten Lüfterköpfe 6 aus dem jeweiligen Kühlkanal 8 heraus gefördert wird. Ein möglicher Weg des Kühlmediums durch das Rotorblechpaket 1 ist in 3 durch zwei Strichpunkt-Linien 11 und 12 mit Endpfeil verdeutlicht. Wie insbesondere aus 1 und 3 ersichtlich, weist das Rotorblechpaket weiterhin Magnettaschen 13 zur Aufnahme von Permanentmagneten (nicht gezeigt) auf.If the rotor core 1 rotates, generate the first fan heads 4 a dynamic pressure, through which a cooling medium, such as air or an aerosol, over the first fan heads 4 in each case one of the cooling channels 8th is promoted, and the second fan heads 6 create a suction through which the cooling medium via the second fan heads 6 from the respective cooling channel 8th being promoted out. A possible way of cooling medium through the rotor core 1 is in 3 by two semicolon lines 11 and 12 illustrated with end arrow. As in particular from 1 and 3 it can be seen, the rotor laminated core further magnetic pockets 13 for receiving permanent magnets (not shown).

4 veranschaulicht die Funktion und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets 1, welches in den Endblechen auf beiden Seiten des Rotorblechpakets 1 um 180° gedreht angeordnete Lüfterköpfe 4 und 6 aufweist, welche insbesondere trichterförmig ausgestaltet sein können. 4 illustrates the function and operation of an embodiment of a rotor laminated core 1 according to the invention, which in the Endblechen on both sides of the rotor core 1 Fan heads rotated by 180 ° 4 and 6, which may be configured in particular funnel-shaped.

Bei einer Rotation des Rotorblechpakets 1 bilden sich durch die in den Endblechen ausgebildeten Lüfterköpfe (siehe auch Wirkungsweise Dorade-Lüfter) lokal unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und gemäß dem Gesetz von Bernoulli unterschiedliche statische und dynamische Drücke. Eine relative Richtung der an den Lüfterköpfen 4 und 6 vorbeiziehenden Kühlmedium-Strömung, z.B. ein Luftstrom oder ein Aerosol-Strom, ist in 4 durch mehrere parallel zueinander verlaufende Linien 14 mit Endpfeilen verdeutlicht.During a rotation of the rotor core 1 Locally different flow velocities are formed by the fan heads formed in the end plates (see also mode of operation of the Dorade fans) and different static and dynamic pressures according to Bernoulli's law. A relative direction of the fan heads 4 and 6 passing cooling medium flow, eg an air flow or an aerosol flow, is in 4 by several parallel lines 14 illustrated with end arrows.

Der Lüfterkopf 4, 6 oder die Lüfterköpfe 4, 6 in den Endblechen des Rotorblechpakets 1 besitzen dabei eine unterschiedliche Ausrichtung, insbesondere sind sie um 180° zueinander gedreht angeordnet. Auf der in 4 links dargestellten Seite hat der wenigstens eine erste Lüfterkopf 4 die Öffnung in Rotationsrichtung R, wohingegen der wenigstens eine zweite Lüfterkopf die Öffnung auf der in 4 rechts dargestellten Seite entgegen der Rotationsrichtung R hat.The fan head 4 . 6 or the fan heads 4 . 6 in the end plates of the rotor core 1 in this case have a different orientation, in particular they are arranged rotated by 180 ° to each other. On the in 4 left side has the at least one first fan head 4 the opening in the direction of rotation R, whereas the at least one second fan head, the opening on the in 4 right side opposite to the direction of rotation R has.

Auf der in 4 linken Seite, auf welcher der erste Lüfterkopf 4 in Rotationsrichtung R geöffnet ist, entsteht ein Staudruck 15 und das Kühlmedium wird in den wenigstens einen Kühlkanal 8 des Rotorblechpakets 1 gedrückt. Ein möglicher Weg des Kühlmediums durch den wenigstens einen Kühlkanal 8 des Rotorblechpakets 1 ist in 4 mit drei aufeinanderfolgenden Pfeilen 16 verdeutlicht.On the in 4 left side, on which the first fan head 4 is opened in the direction of rotation R, creates a dynamic pressure 15 and the cooling medium is in the at least one cooling channel 8th of the rotor core 1 pressed. A possible way of the cooling medium through the at least one cooling channel 8th of the rotor core 1 is in 4 with three consecutive arrows 16 clarified.

Auf der in 4 rechten Seite, auf welcher der zweite Lüfterkopf 6 entgegen der Rotationsrichtung R geöffnet ist, entsteht eine Sogwirkung 17, welche das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 8 des Rotorblechpakets 1 heraus saugt. Durch die Druckwirkung 15 auf der einen Stirnseite des Rotorblechpakets 1 und die Sogwirkung 17 auf der entgegengesetzten Stirnseite des Rotorblechpakets 1 entsteht zwischen beiden Lüfterköpfen 4, 6 entlang des wenigstens einen Kühlkanals 8 des Rotorblechpakets 1 ein Luftstrom bzw. in einer entsprechenden elektrischen Maschine (vgl. 12) eine Luftzirkulation. Das Rotorblechpaket 1 gemäß den 1 bis 3 bzw. 4 ermöglicht auf diese Weise, einen aktiv durchzugsbelüfteten Rotor bereitzustellen.On the in 4 right side, on which the second fan head 6 is open against the direction of rotation R, creates a suction effect 17 , which the cooling medium from the cooling channel 8th of the rotor core 1 sucks out. By the pressure effect 15 on the one end of the rotor core 1 and the suction 17 on the opposite end face of the rotor core 1 occurs between both fan heads 4 . 6 along the at least one cooling channel 8th of the rotor core 1 an air flow or in a corresponding electric machine (see. 12 ) an air circulation. The rotor core 1 according to the 1 to 3 or 4 allows in this way to provide an active Durchzugsbelüfteten rotor.

5 bis 7 zeigen ein erstes Endblech 3, welches z.B. in dem Rotorblechpaket 1 nach 1 bis 3 und 4 eingesetzt werden kann. Um 180° gedreht kann das erste Endblech 3 nach 5 bis 7 auch als zweites Endblech 5 in dem Rotorblechpaket 1 nach 1 bis 3 und 4 eingesetzt werden. Das erste Endblech 3 nach 5 bis 7 ermöglicht einen radial äußeren Eintritt eines Kühlmediums, z.B. Luft oder ein Aerosol. Dazu ist der wenigstens eine Lüfterkopf 4, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt neun erste Lüfterköpfe 4, derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets 1 aus einem den ersten Lüfterkopf 4 in radialer Richtung umgebenden Bereich B1 über eine erste Öffnung 9 des ersten Lüfterkopfs 4 in den Kühlkanal des Rotorblechpakets (vgl. 1 bis 4) gefördert wird. Mögliche Strömungsrichtungen des Kühlmediums sind in 5 bis 7 durch Pfeile 18 verdeutlicht. Um die beschriebene Strömung des Kühlmediums zu fördern, kann insbesondere eine innere radiale Barriere 19 vorgesehen sein. 5 to 7 show a first end plate 3 which eg in the rotor core 1 to 1 to 3 and 4 can be used. The first end plate can be turned by 180 ° 3 to 5 to 7 also as a second end plate 5 in the rotor core 1 to 1 to 3 and 4 be used. The first end plate 3 to 5 to 7 allows a radially outer entrance of a cooling medium, such as air or an aerosol. This is the at least one fan head 4 in the embodiment shown, a total of nine first fan heads 4 , shaped such that the cooling medium upon rotation of the rotor core 1 from a the first fan head 4 in the radial direction surrounding area B1 via a first opening 9 of the first fan head 4 in the cooling channel of the rotor laminated core (see. 1 to 4 ). Possible flow directions of the cooling medium are in 5 to 7 through arrows 18 clarified. In order to promote the described flow of the cooling medium, in particular an inner radial barrier 19 be provided.

8 und 9 zeigen ein weiteres erstes Endblech 3, welches z.B. in dem Rotorblechpaket 1 nach 1 bis 3 und 4 eingesetzt werden kann. Um 180° gedreht kann das erste Endblech 3 nach 8 und 9 auch als zweites Endblech 5 in dem Rotorblechpaket 1 nach 1 bis 3 und 4 eingesetzt werden. Das erste Endblech 3 nach 8 und 9 ermöglicht einen mittigen Eintritt eines Kühlmediums, z.B. Luft oder ein Aerosol. Dazu ist der wenigstens eine Lüfterkopf 4, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt neun erste Lüfterköpfe 4, derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets aus einem mittleren Bereich B2, welcher sich in radialer Richtung auf der Höhe der ersten Lüfterköpfe befindet, über den ersten Lüfterkopf 4 in den Kühlkanal (vgl. 1 bis 4) gefördert wird. Mögliche Strömungsrichtungen des Kühlmediums sind in 8 und 9 durch Pfeile 18 verdeutlicht. Um die beschriebene Strömung des Kühlmediums zu fördern, wird insbesondere auch die durch 5 bis 8 gezeigte radiale Barriere 19 verzichtet, wobei ein barrierefreier radialer Randbereich der mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist. 8th and 9 show another first end plate 3 , which eg in the rotor core 1 to 1 to 3 and 4 can be used. The first end plate can be turned by 180 ° 3 to 8th and 9 also as a second end plate 5 in the rotor core 1 to 1 to 3 and 4 be used. The first end plate 3 to 8th and 9 allows a central entry of a cooling medium, such as air or an aerosol. This is the at least one fan head 4 in the embodiment shown, a total of nine first fan heads 4 , formed in such a way that the cooling medium in a rotation of the rotor laminated core from a central region B2, which is located in the radial direction at the height of the first fan heads, via the first fan head 4 into the cooling channel (cf. 1 to 4 ). Possible flow directions of the cooling medium are in 8th and 9 illustrated by arrows 18. In order to promote the described flow of the cooling medium, in particular by the 5 to 8th shown radial barrier 19 omitted, wherein a barrier-free radial edge region of the reference numeral 20 is marked.

10 und 11 zeigen ein weiteres erstes Endblech 3, welches z.B. in dem Rotorblechpaket 1 nach 1 bis 3 und 4 eingesetzt werden kann. Um 180° gedreht kann das erste Endblech 3 nach 8 und 9 auch als zweites Endblech 5 in dem Rotorblechpaket 1 nach 1 bis 3 und 4 eingesetzt werden. Das erste Endblech 3 nach 10 und 11 ermöglicht einen radial inneren Eintritt eines Kühlmediums, z.B. Luft oder ein Aerosol. Dazu ist der wenigstens eine Lüfterkopf 4, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt neun erste Lüfterköpfe 4, derart geformt, dass das Kühlmedium bei einer Rotation des Rotorblechpakets 1. Mögliche Strömungsrichtungen des Kühlmediums sind in 10 und 11 durch Pfeile 18 verdeutlicht. Um die beschriebene Strömung des Kühlmediums zu fördern, kann insbesondere eine äußere radiale Barriere 21 vorgesehen sein. 10 and 11 show another first end plate 3 , which eg in the rotor core 1 to 1 to 3 and 4 can be used. The first end plate can be turned by 180 ° 3 to 8th and 9 also as a second end plate 5 in the rotor core 1 to 1 to 3 and 4 be used. The first end plate 3 to 10 and 11 allows a radially inner entrance of a cooling medium, such as air or an aerosol. This is the at least one fan head 4 in the embodiment shown, a total of nine first fan heads 4 , shaped such that the cooling medium upon rotation of the rotor core 1 , Possible flow directions of the cooling medium are in 10 and 11 through arrows 18 clarified. In order to promote the described flow of the cooling medium, in particular an outer radial barrier 21 be provided.

12 zeigt eine elektrische Maschine 22 mit einem Gehäuse 23 und mit einem Luft-Kühlkreislauf 24, dessen Förderrichtung innerhalb des Gehäuses 23 mit Pfeilen veranschaulicht ist. Alternativ kann auch ein anderes Kühlmedium vorgesehen sein, z.B. ein Aerosol. Innerhalb des Gehäuses 23 ist eine Rotorwelle 2 drehbar innerhalb eines ersten Wellenlagers, insbesondere innerhalb eines ersten Wälzlagers 25, und innerhalb eines Wellenlagers, insbesondere innerhalb eines zweiten Wälzlagers 26 gelagert. An die sich durch 12 rechts dargestellte Seite des Gehäuses 23 schließt sich ein Inverter 27 der elektrischen Maschine 22 an. 12 shows an electric machine 22 with a housing 23 and with an air-cooling circuit 24 , whose conveying direction within the housing 23 illustrated with arrows. Alternatively, another cooling medium may be provided, for example an aerosol. Inside the case 23 is a rotor shaft 2 rotatable within a first shaft bearing, in particular within a first rolling bearing 25 , and within a shaft bearing, in particular within a second rolling bearing 26 stored. To the through 12 right side of the housing 23 closes an inverter 27 the electric machine 22 at.

Auf der Rotorwelle 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets 1 (vgl. 1 bis 11) drehfest gelagert. Bei rotierender Rotorwelle 2 dreht sich somit auch das Rotorblechpaket 1. Das Rotorblechpaket 1 wird mit geringem Abstand radial von einem fest stehenden Stator 28 umgeben, welcher ein Statorblechpaket 29 umfasst und an seinen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils einen Stator-Wickelkopf 30 und 31 aufweist, welche in axialer Richtung über zwei entgegengesetzte axiale Stirnseiten des Rotorblechpakets 1 hinausragen. Der Stator 28 wird mit Abstand in radialer Richtung vollumfänglich von dem Gehäuse 23 umgeben. Dabei bilden das Gehäuse 23 und der Stator 48 zwischen sich mehrere Nuten 32 aus, die jeweils als Kanal für die Kühlluft dienen.On the rotor shaft 2 is an embodiment of a rotor laminated core according to the invention 1 (see. 1 to 11 ) rotatably mounted. With rotating rotor shaft 2 thus also rotates the rotor core 1 , The rotor core 1 is at a short distance radially from a fixed stator 28 surrounded, which is a stator lamination 29 comprises and at its two opposite end faces in each case a stator winding head 30 and 31, which in the axial direction over two opposite axial end faces of the rotor laminated core 1 protrude. The stator 28 is at a distance in the radial direction completely from the housing 23 surround. This form the case 23 and the stator 48 between several grooves 32 out, each serving as a channel for the cooling air.

Die Nuten 32 setzen sich beidseitig an das Statorblechpaket 29 anschließend zwischen den Stator-Wickelköpfen 30, 31 und dem Gehäuse 23 fort. Nachdem Luft, wie im Folgenden dargestellt wird, Wärme insbesondere aus dem Inneren des Rotorblechpakets 1 und von dem Stator 28 aufgenommen hat, wird sie durch das Gehäuse 23 rückgekühlt, welches wiederum durch einen Umlauf-Kühlkreislauf 33 rückgekühlt wird.The grooves 32 sit on both sides of the laminated stator core 29 then between the stator winding heads 30 . 31 and the housing 23 continued. After air, as shown below, heat in particular from the interior of the rotor core 1 and from the stator 28 has absorbed it, through the housing 23 recooled, which in turn is recooled by a circulating cooling circuit 33.

Der Umlauf-Kühlkreislauf 33 umfasst eine Kühlmittelleitung 34 außerhalb des Gehäuses 23 und einen Flüssigkeits-Kühlkanal 35 innerhalb des Gehäuses 23. Innerhalb des Umlauf-Kühlkreislaufs 33 zirkuliert ein flüssiges Kühlmittel. Innerhalb der Kühlmittelleitung 34 ist eine Förderpumpe 36 angeordnet, welche Kühlmittel aus dem Flüssigkeits-Kühlkanal 35 in die Kühlmittelleitung 34 ansaugt und über einen Wärmetauscher 37 wieder zurück in den Flüssigkeits-Kühlkanal 34 fördert. Zur Kühlung des Kühlmittels innerhalb des Wärmetauschers 37 wird dieser zusätzlich von Kühlwasser durchströmt, welches in einem Hauptkühlkreislauf 38 zirkuliert und wiederum von einem Hauptwasserkühler 39 gekühlt wird.The circulation refrigeration cycle 33 includes a coolant line 34 outside the case 23 and a liquid cooling channel 35 inside the case 23 , Within the circulation refrigeration cycle 33, a liquid refrigerant circulates. Inside the coolant line 34 is a feed pump 36 arranged, which coolant from the liquid cooling channel 35 in the coolant line 34 sucks and a heat exchanger 37 back into the liquid cooling channel 34 promotes. For cooling the coolant inside the heat exchanger 37 this is additionally flowed through by cooling water, which in a main cooling circuit 38 circulated and again from a main water cooler 39 is cooled.

Wird die elektrische Maschine 22 in den Betriebszustand versetzt, so rotiert die Rotorwelle 2 und mit ihr auch das Rotorblechpaket 1 und die Kühlkanäle 8 innerhalb des Rotorblechpakets 1. Die Kühlkanäle 8 können insbesondere schraubenspindelförmig ausgestaltet sein.Will the electric machine 22 put into the operating state, the rotor shaft rotates 2 and with it the rotor laminated core 1 and the cooling channels 8th within the rotor core 1 , The cooling channels 8th may in particular be designed screw-spindle-shaped.

Durch die Rotation der Kühlkanäle 8 und der Kühlköpfe 4 und 6 in den Endblechen 3 bzw. 5, bilden sich innerhalb des geschlossenen Gehäuses 23 der elektrischen Maschine 22 auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Stators 28 eine Druckseite 41 (entsprechend dem durch die zweiten Lüfterköpfe 6 erzeugten Sog, durch welchen die Luft aus den Kühlkanälen 8 gefördert wird) und eine Sogseite 42 (entsprechend dem durch die ersten Lüfterköpfe 4 erzeugten Staudruck, durch welchen die Luft in die Kühlkanäle 8 gefördert wird) aus.By the rotation of the cooling channels 8th and the cooling heads 4 and 6 in the end sheets 3 respectively. 5 , form inside the closed housing 23 the electric machine 22 on opposite end faces of the stator 28 a print page 41 (corresponding to the suction generated by the second fan heads 6, through which the air from the cooling channels 8th promoted) and a suction side 42 (according to the first fan heads 4 generated dynamic pressure through which the air in the cooling channels 8th is funded).

Durch die Staudruckwirkung der ersten Lüfterköpfe 4 wird auf der Sogseite 42 Luft über die Nuten 32 über den Umfang des Stators 28 angesogen. Über den Stator-Wickelkopf 31, welcher beim Passieren der Kühlluft gekühlt wird, wird Kühlluft in das Rotorblechpaket 1 gesogen und über die Kühlkanäle 8 auf die Druckseite 41 der elektrischen Maschine 22 gefördert. Von dort aus passiert die Kühlluft den Stator-Wickelkopf 30 der anderen Statorseite, um wieder über den Umfang des Statorblechpaketes 29 auf die Sogseite 42 zu wechseln.Due to the dynamic pressure effect of the first fan heads 4 will be on the suction side 42 Air over the grooves 32 sucked over the circumference of the stator 28. About the stator winding head 31 , which is cooled when passing the cooling air, cooling air is in the rotor core 1 sucked and over the cooling channels 8th on the print side 41 the electric machine 22 promoted. From there, the cooling air passes through the stator winding head 30 the other stator side to again over the circumference of the stator lamination 29 on the suction side 42 switch.

Auf diese Weise kühlt die Kühlluft insbesondere das Rotorblechpaket 1 von innen, die Rotorwelle 2, die Wälzlager 25 und 26, die Statorwickelköpfe 30 und 31 sowie das Statorblechpaket 29. Über den Umlauf-Kühlkreislauf 33 wird das Gehäuse 23 direkt und die Kühlluft indirekt über das Gehäuse 23 rückgekühlt.In this way, the cooling air in particular cools the rotor laminated core 1 from the inside, the rotor shaft 2 , the rolling bearings 25 and 26 , the stator winding heads 30 and 31 as well as the stator lamination stack 29 , About the circulation cooling circuit 33 becomes the case 23 directly and the cooling air indirectly through the housing 23 re-cooled.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009012324 A1 [0006]

Claims

Rotor laminated core (1) for a rotor of an electrical machine (22), the rotor core (1) comprising: a first end plate (3) with at least one first fan head (4), - A second end-side end plate (5) with at least one second fan head (6) and - A plurality of inner plates (7) which are arranged between the first end-side end plate (3) and the second end-side end plate (5), wherein the inner plates (7) form at least one cooling channel (8), the cooling channel (8) connects the first fan head (4) to the second fan head (6), - The first fan head (4) and the second fan head (6) are arranged axially symmetrical to each other, that a first opening (9) of the first fan head (4) in a rotational direction (R) of the rotor core (1) is opened, and that a second opening (10) of the second fan head (6) is open against the direction of rotation (R) of the rotor core (1), during a rotation of the rotor lamination stack (1) - The first fan head (4) generates a dynamic pressure (15) through which a cooling medium via the first fan head (4) is conveyed into the cooling channel (8), - The second fan head (6) generates a suction (17) through which the cooling medium via the second fan head (6) from the cooling channel (8) is conveyed out.

Rotor laminated core (1) after Claim 1 in which - the at least one first fan head (4) is shaped in such a way that during a rotation of the rotor laminated core (1) the cooling medium flows from a region (B1) surrounding the first fan head in the radial direction via the first fan head (4) into the cooling channel (1). 8) is conveyed, and - the at least one second fan head (6) is shaped such that the cooling medium in a rotation of the rotor laminated core (1) via the second fan head (6) from the cooling channel (8) out into a second fan head ( 6) surrounding area (B1) is promoted.

Rotor laminated core (1) after Claim 1 in which - the at least one first fan head (4) is shaped in such a way that, when the rotor lamination stack (1) rotates, the cooling medium consists of a middle region (B2) which is located radially at the level of the first fan head (4), is conveyed into the cooling channel (8) via the first fan head (4), and - the at least one second fan head (6) is shaped such that the cooling medium emerges from the second fan head (6) during rotation of the rotor lamination stack (1) Cooling channel (8) out in a central region (B2) is conveyed, which is in the radial direction at the height of the second fan head (6).

Rotor laminated core (1) after Claim 1 in which - the at least one first fan head (4) is shaped in such a way that, during rotation of the rotor lamination stack (1), the cooling medium flows over an inner region (B3) which is radially surrounded by the first fan head (4) Fan head (4) is conveyed into the cooling channel (8), and - the at least one second fan head (6) is shaped such that the cooling medium during a rotation of the rotor lamination stack (1) via the second fan head (6) from the cooling channel (8 ) is conveyed out into an inner region (B3) which is surrounded in the radial direction by the second fan head (6).

Rotor laminated core (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channel (8) is screw-spindle-shaped.

Rotor for an electric machine (22), the rotor comprising a rotor lamination stack (1) according to one of the preceding claims and a rotor shaft (2), wherein the rotor lamination stack (1) is mounted non-rotatably on the rotor shaft (2) and wherein the rotor shaft (2 ) is rotatably mounted in two shaft bearings (25, 26).

Electric machine (22) for a vehicle, the electric machine (22) comprising - a rotor according to Claim 6 a stator (28) having a laminated stator core (29) and with stator winding heads (30, 31) which are arranged on opposite end faces of the laminated stator core (29), and - a housing (23) which encloses the stator (28) surrounds in the radial direction, wherein - the stator (28) along its outer circumference distributed grooves (32) which connect two opposite end faces of the stator winding heads (30, 31) together, - in a rotation of the rotor, - the first fan head ( 4) generates a dynamic pressure, by which a cooling medium from the grooves (32) on a suction side (42) of the stator (28) via the first fan head (4) is conveyed into the cooling channel (8), - the second fan head (4) generates a suction through which the cooling medium via the second fan head (6) from the cooling channel (8) out into the grooves (32) on a pressure side (41) of the stator (28) is promoted.

Electric machine (22) after Claim 7 wherein the housing (23) comprises a liquid cooling passage (35) of a recirculating cooling circuit (33) within which circulates a cooling liquid and cools the housing (23).

Electric machine (22) after Claim 8 , wherein the circulation cooling circuit (33) comprises a pump (36) and a heat exchanger (37) for cooling the cooling liquid.

Vehicle with an electric machine (22) according to one of Claims 7 to 9 ,