Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine. Die Rotorwelle weist eine rohrförmige Hohlwelle zum Tragen eines Rotorkerns des Rotors und zum Führen eines Kühlfluids in einem durch eine Außenwand der Hohlwelle umschlossenen Hohlraum auf, wobei die Außenwand zum Auslassen des Kühlfluids an zwei axial gegenüberliegenden Seiten der Rotorwelle in eine Umgebung zumindest eine erste radiale Austrittsöffnung in einem ersten Endabschnitt der Außenwand und zumindest eine zweite radiale Austrittsöffnung in einem axial gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt der Außenwand aufweist. Die Rotorwelle weist außerdem einen im Bereich des ersten Endabschnitts in dem Hohlraum angeordneten Einströmbereich für das Kühlfluid auf. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, verwendet werden können. Solche elektrischen Maschinen weisen üblicherweise einen Stator sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor auf. Der Rotor weist einen Rotorkern, beispielsweise ein Blechpaket, auf, durch welches eine Rotorwelle hindurchgeführt und drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Der Rotorkern trägt außerdem eine magnetfelderzeugende Komponente des Rotors, beispielsweise Permanentmagnete, bestrombare Rotorwicklungen und/oder Kurzschlussstäbe. Zum Kühlen des Rotors ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Rotorwelle als Hohlwelle auszubilden und mit einem Kühlfluid, beispielsweise einem Öl, zu durchströmen.

Das Kühlfluid wird meist axial auf einer ersten Seite der Hohlwelle, beispielsweise einer Abtriebsseite bzw. Getriebeseite, in die Hohlwelle eingebracht und verlässt die Hohlwelle über Austrittsöffnungen, beispielsweise Bohrungen auf der ersten Seite und auf einer der ersten Seite axial gegenüberliegenden zweiten Seite, um es beispielsweise zur Kühlung auf Statorwickelköpfe des Stators abzuscheiden. Eine Justierung der Kühlfluidmenge zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite gelingt meist nicht drehzahlunabhängig, da die eingebrachte Kühlfluidmenge eine drehzahlunabhängige Axialkomponente sowie eine drehzahlabhängige Radialkomponente aufweist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Lösung zum drehzahlunabhängigen Kühlen einer elektrischen Maschine bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Rotorwelle, einen Rotor sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Eine erfindungsgemäße Rotorwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine weist eine rohrförmige Hohlwelle zum Tragen eines Rotorkerns des Rotors und zum Führen eines Kühlfluids in einem durch eine Außenwand der Hohlwelle umschlossenen Hohlraum auf. Die Außenwand weist zum Auslassen des Kühlfluids in eine Umgebung an zwei axial gegenüberliegenden Seiten der Rotorwelle zumindest eine erste radiale Austrittsöffnung in einem ersten Endabschnitt der Außenwand und zumindest eine zweite radiale Austrittsöffnung in einem axial gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt der Außenwand auf. Außerdem weist die Rotorwelle einen im Bereich des ersten Endabschnitts in der Hohlwelle angeordneten Einströmbereich für das Kühlfluid auf. Der Einströmbereich ist mittels zumindest einer sich axial erstreckenden Trennwand zum Aufteilen des Kühlfluids in zumindest zwei parallele Kühlfluidströme in zumindest zwei Kammern unterteilt. Eine erste Kammer ist durch eine, eine axiale Prallwand für den ersten Kühlfluidstrom bildende Bodenwand axial verschlossen und zum radialen Auslassen des ersten Kühlfluidstroms an der ersten Seite der Rotorwelle mit der zumindest einen ersten Austrittsöffnung fluidisch gekoppelt. Eine zweite Kammer ist zum axialen Einleiten des zweiten Kühlfluidstroms in den Hohlraum bodenlos ausgebildet und zum radialen Auslassen des zweiten Kühlfluidstroms an der zweiten Seite der Rotorwelle mit der zumindest einen zweiten Austrittsöffnung fluidisch gekoppelt.

Zur Erfindung gehört außerdem ein Rotor für eine elektrische Maschine aufweisend einen Rotorkern, eine von dem Rotorkern gehaltene magnetfelderzeugende Komponente sowie eine erfindungsgemäße Rotorwelle. Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug weist einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten erfindungsgemäßen Rotor auf. Der Stator weist einen Statorkern mit bestrombaren Statorwicklungen auf. Die elektrische Maschine kann eine permanenterregte elektrische Maschine sein, bei welcher die magnetfelderzeugende Komponente des Rotors Permanentmagnete aufweist, oder eine fremderregt elektrische Maschine sein, bei welcher die magnetfelderzeugende Komponente des Rotors bestrombare Wicklungen aufweist. Der Rotorkern des Rotors kann beispielsweise als ein Blechpaket aus axial gestapelten Blechlamellen ausgebildet sein und eine axiale Durchführung für die Rotorwelle aufweisen, welche mit dem Rotorkern drehfest verbunden ist.

Die Rotorwelle weist die rohrförmige, hohlzylindrische, sich in axialer Längsrichtung erstreckende Hohlwelle auf. Die Außenwand der Hohlwelle weist eine dem Rotorkern zugewandte Außenseite und eine dem Hohlraum zugewandte Innenseite auf. An einer ersten der axialen Seiten, insbesondere an einer Getriebeseite, über welche die Rotorwelle zur Drehmomentübertragung mit einer Getriebewelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, ist die Hohlwelle offen ausgebildet. An dieser ersten Seite befindet sich auch der Einströmbereich für das Kühlfluid in die Hohlwelle. Beispielsweise kann die Hohlwelle im Bereich des ersten Endabschnittes verjüngt sein, wobei sich der Einströmbereich nur über den verjüngten Bereich der Hohlwelle erstreckt. Das Kühlfluid kann beispielsweise Öl sein. Die der ersten Seite axial gegenüberliegende zweite Seite kann beispielsweise stirnseitig abgedeckt und somit verschlossen sein. An der ersten Seite befindet sich der erste Endabschnitt der Außenwand und an der zweiten Seite befindet sich der zweite Endabschnitt der Außenwand. Die Endabschnitte der Außenwand weisen die jeweiligen radialen Austrittsöffnungen zum beidseitigen radialen Auslassen bzw. Abscheiden des Kühlfluids in eine Umgebung des Rotors auf. Über die radialen Austrittsöffnungen kann das Kühlfluid an den zwei gegenüberliegenden Seiten der Rotorwelle beispielsweise auf sich dort befindliche Wickelköpfe des Stators abgeschieden werden, welche von den Statorwicklungen an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorkerns gebildet werden. So können sowohl der Rotorkern durch die axiale Durchströmung der Hohlwelle also auch der Stator durch Abscheiden des Kühlfluids gekühlt werden.

Um das Kühlfluid, insbesondere drehzahlunabhängig, auf die beiden axial gegenüberliegenden Seiten bzw. Enden der Rotorwelle aufteilen zu können, weist der Einströmbereich zumindest zwei Kammern auf, welche quer zur Längsrichtung, in Umfangsrichtung aneinander angrenzend ausgebildet sind und durch die Trennwand voneinander separiert sind. Beim Einströmen des Kühlfluids in den Einströmbereich wird das Kühlfluid in zumindest zwei parallele Kühlfluidströme aufgeteilt, wobei der erste Kühlfluidstrom in die erste Kammer einströmt und der zweite Kühlfluidstrom in die zweite Kammer einströmt. Der Einströmbereich ist somit als ein Kühlfluidsplitter, insbesondere als ein Ölsplitter, ausgebildet. Ein Aufteilungsverhältnis des Kühlfluids auf die zwei Kammern kann dabei über eine Position der Trennwand eingestellt werden. Insbesondere ist die Trennwand mittig im Einströmbereich angeordnet, sodass die zwei Kammern gleich groß ausgebildet sind und jeweils eine Hälfte des Einströmbereiches ausbilden. Somit wird das Kühlfluid insbesondere derart aufgeteilt, dass jeder Kühlfluidstrom in etwa die gleiche Menge an Kühlfluid führt. Es kann aber über das Flächenverhältnis der zwei Kammern auch bewusst das Kühlfluidvolumen ungleich aufgeteilt werden, beispielsweise 80% des Fluidvolumens in der einen Kammer und 20% des Fluidvolumens in der anderen Kammer.

Die erste Kammer ist dazu ausgelegt, der zumindest einen ersten Austrittsöffnung das Kühlfluid des ersten Kühlfluidstroms zuzuführen. Dazu sind die erste Kammer und die zumindest eine erste Austrittsöffnung fluidisch miteinander gekoppelt. Die erste Kammer ist dazu ausgelegt, zu verhindern, dass das Kühlfluid aus der ersten Kammer heraus in die Hohlwelle einströmt und somit von dem ersten Endabschnitt weg in Richtung des zweiten Endabschnittes strömt. Hierfür weist die erste Kammer die Bodenwand auf, an welcher das Kühlfluid des ersten Kühlfluidstroms axial abprallt und somit in der ersten Kammer und damit im Bereich des ersten Endabschnittes verbleibt. Das durch die Prallwand in radialer Richtung abgelenkte Kühlfluid des ersten Kühlfluidstroms tritt aus der ersten Kammer über die zumindest eine erste radiale Austrittsöffnung auf der ersten Seite der Rotorwelle in die Umgebung aus.

Die zweite Kammer ist dazu ausgelegt, der zumindest einen zweiten Austrittsöffnung das Kühlfluid des zweiten Kühlfluidstroms zuzuführen. Dazu sind die zweite Kammer und die zumindest eine zweite Austrittsöffnung fluidisch miteinander gekoppelt. Hierfür weist die zweite Kammer keine Bodenwand auf, sondern ist in Richtung des Hohlraumes offen ausgebildet. Dadurch durchströmt der zweite Kühlfluidstrom die zweite Kammer sowie den Hohlraum axial und tritt an der zweiten Seite über die zumindest eine zweite Austrittsöffnung radial in die Umgebung aus. Die Kammern sind dabei insbesondere nur mit der zumindest einen zugeordneten Austrittsöffnung gekoppelt, sodass die Aufteilung des Kühlfluids auf die beiden Seiten der Rotorwelle exakt eingestellt werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass der Einströmbereich eine in Umfangsrichtung umlaufende, mit der Trennwand verbundene Seitenwand aufweist, welche anliegend an einer Innenseite der Außenwand angeordnet ist und im Bereich der ersten Kammer zumindest eine radiale Durchgangsöffnung für den ersten Kühlfluidstrom aufweist. Die zumindest eine radiale Durchgangsöffnung ist fluchtend zu der zumindest einen ersten Austrittsöffnung angeordnet. Der Einströmbereich ist insbesondere als ein separates Bauteil ausgebildet, welches in die Hohlwelle eingesteckt wird und mit der Hohlwelle mechanisch verbunden wird. Die Außenwand im Bereich des ersten Endabschnittes umgibt dabei die Seitenwand des Einströmbereiches. Die erste Kammer wird dabei durch ein erstes Segment der Seitenwand, die Trennwand und die Bodenwand begrenzt. Die zweite Kammer wird durch ein zweites Segment der Seitenwand sowie die Trennwand begrenzt. Die erste Kammer ist somit topfartig ausgebildet, während die zweite Kammer rohrartig ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist zwischen der Innenseite der Außenwand und einer Außenseite der Seitenwand in axialer Richtung unterhalb der zumindest einen ersten Austrittsöffnung ein Dichtungselement zum Verhindern eines Austritts des sich in dem Hohlraum befindlichen zweiten Kühlfluidstroms über die zumindest eine erste Austrittsöffnung angeordnet. Beispielsweise kann die an der Innenseite der Außenwand anliegend angeordnete Außenseite der Seitenwand eine Ringnut aufweisen, in welcher das Dichtungselement in Form von einem Dichtungsring angeordnet ist, wobei der Dichtungsring in axialer Strömungsrichtung der Kühlfluids unterhalb der zumindest einen ersten Austrittsöffnung angeordnet ist. So kann eine dichte Verbindung zwischen dem den Einströmbereich ausbildenden Bauteil und der Hohlwelle gewährleistet werden. Außerdem kann durch die Anordnung des Dichtungsringes unterhalb der zumindest einen ersten Austrittsöffnung gewährleistet werden, dass das Kühlfluid des in den Hohlraum eingeströmten zweiten Kühlfluidstroms nicht über die zumindest eine erste Austrittsöffnung, sondern nur über die zumindest eine zweite Austrittsöffnung in die Umgebung austreten kann.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Einströmbereich an einer Getriebeseite der Hohlwelle angeordnet ist und zusätzlich einen Koppelbereich zum Koppeln mit einem Getriebe bzw. einer Getriebekomponente des Getriebes des Kraftfahrzeugs ausbildet. Beispielweise kann der Koppelbereich zum Koppeln mit einer Getriebewelle des Getriebes ausgebildet sein. Dazu kann eine Innenseite der Seitenwand des Gehäuses eine Verzahnung aufweisen, welche mit einer Außenverzahnung an der Getriebewelle eine Steckverbindung ausbilden kann. Auch kann der Koppelbereich ein Getrieberitzel des Getriebes aufweisen, welches einteilig mit der Hohlwelle ausgebildet ist. Ein aus dem Hohlraum hervorstehender Teil der Seitenwand des Einströmbereiches kann außerdem einen Radialsitz bzw. Lagersitz für ein Lager der elektrischen Maschine ausbilden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die dem Hohlraum zugewandte Innenseite der Außenwand sich in Umfangsrichtung erstreckende und axial beabstandet zueinander angeordnete Kühlrippen auf. Die Innenseite der Außenwand ist somit zur Kühlleistungserhöhung gerippt ausgebildet, wobei die Kühlrippen beispielsweise als jeweilige Zwischenwände zwischen zwei in der Innenseite ausgebildeten Ringnuten ausgebildet sind.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Rotorwelle vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Rotor sowie für die erfindungsgemäße elektrische Maschine.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivdarstellung einer Rotorwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine;

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines Einströmbereiches der Rotorwelle; und

Fig. 3 eine Querschnittdarstellung durch den Einströmbereich.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Perspektivdarstellung einer Rotorwelle 1 für einen Rotor einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Eine sich axial erstreckende Längsachse L der Rotorwelle 1 entspricht einer Rotationsachse des Rotors. Die Rotorwelle 1 weist eine Hohlwelle 2 auf, die, wie anhand des Längsschnittes in Fig. 2 gezeigt ist, durch eine einen Hohlraum 3 umschließende Außenwand 4 gebildet wird. Dieser Hohlraum 3 ist axial von einem Kühlfluid durchströmbar, welches der Hohlwelle 2 über einen Einströmbereich 5 der Rotorwelle 1 zugeführt wird. Der Einströmbereich 5 ist an einer ersten, getriebeseitigen Seite 6 der Hohlwelle 2 angeordnet. Eine der ersten Seite 6 gegenüberliegende zweite Seite 7 der Hohlwelle 2 ist geschlossen ausgebildet.

Das der Hohlwelle 2 zugeführte Kühlfluid wird dabei über Austrittsöffnungen 8, 9 an zwei axial gegenüberliegenden Endabschnitten 10, 11 der Außenwand 4 aus dem Hohlraum 3 in eine Umgebung 12 des Rotors abgeschieden. Zum Justieren der auf die Endabschnitte 10, 11 verteilten Kühlfluidmenge weist der Einströmbereich 5, welcher sich, wie auch anhand der Querschnittdarstellung in Fig. 3 gezeigt ist, im ersten Endabschnitt 10 der Hohlwelle 2 befindet, zwei Kammern 13, 14 auf. Die Kammern 13, 14 sind in radialer Richtung und in Umfangsrichtung durch eine umlaufende Seitenwand 15 des Einströmbereiches 5 sowie eine Trennwand 16 begrenzt. Das in den Einströmbereich 5 einströmende Kühlfluid wird somit in zwei Kühlfluidströme 17, 18 aufgeteilt, wobei der erste Kühlfluidstrom 17 in die erste Kammer 13 und der zweite Kühlfluidstrom 18 in die zweite Kammer 14 einströmt. Beim Einströmen verlaufen die Kühlfluidströme 17, 18 parallel.

Der in die erste Kammer 13 eingeführte Kühlfluidstrom 17 verbleibt in dem ersten Endabschnitt 10, indem die erste Kammer 13 in axialer Richtung durch eine Bodenwand 19 abgeschlossen ist. Diese Bodenwand 19 bildet eine Prallwand für den ersten Kühlfluidstrom 17 und lenkt diesen in radialer Richtung ab. Der an die erste Kammer 13 angrenzende Abschnitt der Seitenwand 15 weist zumindest eine radiale Durchgangsöffnung 20 auf, welche fluchtend zu der zumindest einen ersten Austrittsöffnung 8 angeordnet ist. Der erste Kühlfluidstrom 17 tritt somit aus der ersten Kammer 13 über die Durchgangsöffnung 20 und die zumindest eine erste Austrittsöffnung 8 auf der ersten Seite 6 in die Umgebung 12 aus.

Der in die zweite Kammer 14 eingeführte Kühlfluidstrom 18 durchströmt die bodenlose zweite Kammer 14 axial und tritt aus der zweiten Kammer 14 in den Hohlraum 3 der Hohlwelle 2 ein. Der zweite Kühlfluidstrom 18 durchströmt den Hohlraum 3 bis zu der zweiten Seite 7 und tritt dort über die zumindest eine zweite Austrittsöffnung 9 aus dem Hohlraum 3 in die Umgebung 12 aus. Um zu verhindern, dass der zweite Kühlfluidstrom 18 auch über die zumindest eine erste Austrittsöffnung 8 austreten kann, ist ein Dichtungselement 21 in Form von einem Dichtungsring zwischen der Seitenwand 15 und der Außenwand 4 unterhalb der zumindest einen ersten Austrittsöffnung 8 angeordnet.

Dieser befindet sich beispielsweise in einer Ringnut 22 der Seitenwand 15.