Titel

Rotor einer elektrischen Maschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der US 6,234,767 Bl bekannt, mit einem um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, insbesondere einem Rotorblechpaket, in dem Innenkühlkanäle und Außenkühlkanäle vorgesehen sind, wobei die Außenkühlkanäle bezüglich der Rotorachse radial außerhalb der Innenkühlkanäle angeordnet und in Permanentmagnete aufnehmenden Kanälen ausgebildet sind, wobei sich die Innenkühlkanäle und die Außenkühlkanäle jeweils als Durchgangsöffnung von einer Stirnseite des Rotorkörpers zur anderen Stirnseite des Rotorkörpers erstrecken, wobei an den Stirnseiten des Rotorkörpers jeweils mehrere Verbindungskanäle vorgesehen sind, die jeweils zumindest einen der Innenkühlkanäle mit zumindest einem der Außenkühlkanäle zu einem Kühlpfad Strömungsverbinden, wobei an den Stirnseiten des Rotorkörpers jeweils eine erste Endscheibe vorgesehen ist, in der jeweils die Verbindungskanäle verlaufen, wobei der Kühlpfad jeweils zwischen einem Pfadeinlass und einem Pfadauslass verläuft, wobei der Pfadeinlass und der Pfadauslass desselben Kühlpfades jeweils auf derselben Stirnseite des Rotorkörpers liegen, wobei jede erste Endscheibe derart ausgebildet ist, dass über den Umfang des Rotorkörpers gesehen mehrere der Kühlpfade gebildet sind, wobei die Pfadeinlässe jeweils in einen der Innenkühlkanäle und die Pfadauslässe jeweils in einen der Außenkühlkanäle münden. Jeder Kühlpfad ist am Ausgang des jeweiligen Innenkühlkanals offen ausgebildet, so dass der im jeweiligen Innenkühlkanal verlaufende Kühlstrom am Ausgang des jeweiligen Innenkühlkanals aufgeteilt wird in einen ersten Kühlstrom zur Kühlung einer Statorwicklung eines Stators der elektrischen Maschine und in einen zweiten Kühlstrom zur Kühlung des Rotors im Bereich des jeweiligen Außenkühlkanals. Nachteilig ist, dass die Kühlleistung in den Außenkühlkanälen der jeweiligen Kühlpfade vergleichsweise gering ist, da nur ein Teil der durch die Innenkühlkanäle fließenden Kühlströme in die Außenkühlkanäle gelangt. Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotor der elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kühlleistung in den Außenkühlkanälen der Kühlpfade erhöht wird, indem die ersten Endscheiben derart ausgebildet sind, dass der Kühlstrom der jeweiligen Innenkühlkanäle vollständig über den jeweiligen Verbindungskanal in den zugeordneten Außenkühlkanal gelangt. Durch die durchgängig kanalförmige Verbindung zumindest eines der Innenkühlkanäle mit zumindest einem der Außenkühlkanäle wird bei Rotation des Rotors eine Luftkühlung des Rotors mit höherer Kühlleistung erreicht, da die radiale Längserstreckung der Verbindungskanäle gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist, wodurch der fliehkraftgetriebene Ansaugeffekt und damit der Kühlstrom pro Kühlpfad bei Rotation des Rotors erhöht werden kann.

Die erhöhte Kühlleistung in den Außenkühlkanälen kann beispielsweise zur besseren Kühlung von im Rotor angeordneten Permanentmagneten genutzt werden, wodurch eine höhere Leistung der elektrischen Maschine erreichbar ist oder wodurch alternativ bei gleicher Leistung der elektrischen Maschine günstigeres Material für die Permanentmagnete verwendbar ist oder die Komponenten der elektrischen Maschine hinsichtlich des Bauraums kleiner ausgelegt werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors der elektrischen Maschine möglich.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die beiden ersten Endscheiben identisch ausgebildet sind, wobei die erste Endscheibe auf der einen Stirnseite des Rotors gegenüber der ersten Endscheibe auf der anderen Stirnseite des Rotors in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse versetzt ist, insbesondere derart, dass im Rotor separate Kühlpfade mit entgegengesetzter Strömungsrichtung gebildet werden. Dadurch wird auf einfache und kostengünstige Weise eine Rotorkühlung erzielt, die in einem für die elektrische Maschine vorgesehenen Gehäuse keinen Druckunterschied zwischen den auf beiden Stirnseiten des Rotors ausgebildeten Stirnräumen aufbaut. Die Rotorkühlung arbeitet in dem Gehäuse somit druckausgeglichen. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die ersten Endscheiben aus Kunststoff hergestellt sind. Auf diese Weise können die ersten Endscheiben sehr kostengünstig, beispielsweise durch Spritzguss, gefertigt werden. Außerdem können die in den ersten Endscheiben verlaufenden Verbindungskanäle dadurch auf einfache Weise hinsichtlich ihrer Ausbildung und/oder ihres Verlaufes strömungsoptimiert ausgebildet werden.

Sehr vorteilhaft ist, wenn die ersten Endscheiben jeweils mehrere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete, insbesondere kreissektorförmige Scheibenabschnitte aufweisen, die erste Scheibenabschnitte für jeweils zumindest einen Kühlpfad und zweite Scheibenabschnitte für jeweils zumindest einen entgegengesetzten Kühlpfad umfassen, wobei in den ersten Scheibenabschnitten jeweils zumindest einer der Verbindungskanäle verläuft und wobei die zweiten Scheibenabschnitte jeweils zumindest einen der Pfadauslässe oder einen Konturrücksprung zum Bilden eines der Pfadauslässe im Rotorkörper aufweisen. Auf diese Weise werden im Rotor mehrere separate Kühlpfade in Umfangsrichtung gesehen hintereinander ausgebildet.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind in jeder ersten Endscheibe eine oder mehrere Abfolgen von jeweils einem oder mehreren ersten Scheibenabschnitten und einem oder mehreren zweiten Scheibenabschnitten vorgesehen, insbesondere mehrere Abfolgen von jeweils von einem ersten Scheibenabschnitt und einem zweiten Scheibenabschnitt. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei gleicher Anzahl von ersten und zweiten Scheibenabschnitten pro erster Endscheibe kein Druckunterschied zwischen den auf beiden Stirnseiten des Rotors ausgebildeten Stirnräumen des Gehäuses aufgebaut wird.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die zweiten Scheibenabschnitte jeder ersten Endscheibe jeweils zumindest eine Durchgangsöffnung aufweisen, die jeweils unmittelbar in einen der Innenkühlkanäle des Rotors mündet. Auf diese Weise können die Durchgangsöffnungen Pfadeinlässe bilden, sofern keine zweiten Endscheiben vorgesehen sind.

Auch vorteilhaft ist, wenn auf die ersten Endscheiben jeweils eine zweite Endscheibe aufgesetzt ist, die insbesondere eine metallische Wuchtscheibe ist, wobei die zweiten Endscheiben Durchgangsöffnungen aufweisen, die Pfadeinlässe bilden und unmittelbar in die Durchgangsöffnungen der zweiten Scheibenabschnitte der zugeordneten ersten Endscheibe münden. Auf diese Weise werden die Kühlpfade im Rotor mittels der ersten und zweiten Endscheiben erreicht.

Nach dem Ausführungsbeispiel ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Verbindungskanäle in den zweiten Scheibenabschnitten der ersten Endscheiben jeweils als Ausnehmung oder Vertiefung ausgebildet sind, die entlang der radialen Längserstreckung auf der dem Rotorkörper abgewandten Seite jeweils abschnittsweise geschlossen und abschnittsweise offen ausgeführt ist, wobei der offene Abschnitt der Ausnehmung bzw. Vertiefung von der jeweiligen zweiten Endscheibe abgedeckt ist. Auf diese Weise lassen sich die ersten Endscheiben einfacher mittels Spritzguss herstellen.

Nach einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Verbindungskanäle in den zweiten Scheibenabschnitten der ersten Endscheiben jeweils auch als Ausnehmung oder Vertiefung ausgebildet sein, die entlang der radialen Längserstreckung auf der dem Rotorkörper abgewandten Seite jeweils durchgängig geschlossen ist. Diese alternative Lösung erfordert keine zweite Endscheibe.

Weiter vorteilhaft ist, wenn die ersten Endscheiben jeweils einen Innenringabschnitt aufweisen, der radial innerhalb der Innenkühlkanäle vorgesehen ist, mehrere Scheibenabschnitte der jeweiligen ersten Endscheibe miteinander verbindet und insbesondere ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist. Der Innenringabschnitt ermöglicht auf einfache Weise das Aufpressen der jeweiligen ersten Endscheibe auf die Rotorwelle. Außerdem kann er dazu dienen, eine ausreichende Festigkeit der ersten Endscheibe zu erreichen.

In vorteilhafter Weise können die Pfadauslässe jeder ersten Endscheibe jeweils Stege umfassen, die insbesondere die in den Außenkühlkanälen angeordneten Permanentmagnete in axialer Richtung fixieren. Durch die Stege kann ein Herausbewegen der Permanentmagnete aus den Magnettaschen zuverlässig verhindert werden. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.l zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine,

Fig.2 eine erste Schnittansicht des Rotors nach Fig.l entlang der Linie ll-ll in Fig.l, Fig.3 eine zweite Schnittansicht des Rotors nach Fig.l entlang der Linie lll-lll in

Fig.l,

Fig.4 eine Ansicht auf eine der beiden Stirnseiten des Rotors nach Fig.l unter Ausblendung der zweiten Endscheibe nach Fig.l, und

Fig.5 eine Ansicht auf die andere der beiden Stirnseiten des Rotors nach Fig.l unter Ausblendung der zweiten Endscheibe nach Fig.l.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig.l zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine.

Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2 umfasst einen um eine Rotorachse 3 drehbaren Rotorkörper 4, insbesondere ein Rotorblechpaket. Die elektrische Maschine 2 weist neben dem Rotor 1 in bekannter Weise einen mit dem Rotor 1 elektromagnetisch zusammenwirkenden Stator 5 sowie ein Gehäuse 6 auf.

Fig.2 zeigt eine erste Schnittansicht des Rotors nach Fig.l entlang der Linie ll-ll in Fig.l. Fig.3 zeigt eine zweite Schnittansicht des Rotors nach Fig.l entlang der Linie lll- lll in Fig.l.

In dem Rotorkörper 4 sind Innenkühlkanäle 9 und Außenkühlkanäle 10 vorgesehen, wobei die Außenkühlkanäle 10 bezüglich der Rotorachse 3 radial außerhalb der Innenkühlkanäle 9 angeordnet und beispielsweise in Permanentmagnete 8 aufnehmenden Kanälen bzw. Magnettaschen 7 ausgebildet sind. Die Innenkühlkanäle 9 und die Außenkühlkanäle 10 erstrecken sich in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 jeweils als Durchgangsöffnung von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Rotorkörpers 4.

Die Außenkühlkanäle 10 können bei einem Rotor einer permanentmagneterregten Synchronmaschine derart ausgebildet sein, dass die Luftströmung unmittelbar oder mittelbar mit bestimmtem Abstand an den Permanentmagneten 8 vorbeigeleitet wird. Nach dem Ausführungsbeispiel sind in jeder Magnettasche 7 des Rotors 1 mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Permanentmagnete 8 angeordnet, wobei an zwei sich gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise Schmalseiten, der Permanentmagnete 8 jeweils ein Außenkühlkanal 10 vorgesehen ist. Dadurch sind pro Magnettasche 7 zwei Außenkühlkanäle 10 gebildet, wobei die in axialer Richtung hintereinander angeordneten Permanentmagnete 8 der jeweiligen Magnettasche 7 zwischen den zwei Außenkühlkanälen 10 liegen.

An den Stirnseiten des Rotorkörpers 4 sind jeweils mehrere Verbindungskanäle 11 vorgesehen, die jeweils zumindest einen der Innenkühlkanäle 9 mit zumindest einem der Außenkühlkanäle 10 zu einem Kühlpfad 12 Strömungsverbinden. In jedem Kühlpfad 12 wird bei Rotation des Rotors 1 aufgrund der auf die Luft wirkenden Fliehkraft ein Ansaugeffekt erzielt, der zu einer kühlenden Luftströmung durch den Kühlpfad 12 führt. An den Stirnseiten des Rotorkörpers 4 ist jeweils eine erste Endscheibe 15 angeordnet, in der jeweils die Verbindungskanäle 11 verlaufen. Der Kühlpfad 12 verläuft jeweils zwischen einem Pfadeinlass 12.1 und einem Pfadauslass 12.2, wobei der Pfadeinlass 12.1 und der Pfadauslass 12.2 desselben Kühlpfades 12 jeweils auf derselben Stirnseite des Rotorkörpers 4 liegen, so dass in jedem Kühlpfad 12 eine Strömungsumlenkung notwendig ist, die durch den jeweiligen Verbindungskanal 11 erreicht wird.

Jede erste Endscheibe 15 ist derart ausgebildet, dass über den Umfang des Rotorkörpers 4 gesehen mehrere der Kühlpfade 12, jeweils getrennt voneinander, gebildet sind. Die Pfadeinlässe 12.1 münden jeweils in zumindest einen der Innenkühlkanäle 9 und die Pfadauslässe 12.2 jeweils in zumindest einen der Außenkühlkanäle 10. Für die Pfadeinlässe 12.1 ist beispielsweise eine axiale Einströmung und für die Pfadauslässe 12.2 beispielsweise eine axiale Ausströmung vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ersten Endscheiben 15 derart ausgebildet sind, dass der Kühlstrom der jeweiligen Innenkühlkanäle 9 vollständig über den jeweiligen Verbindungskanal 11 in den zugeordneten Außenkühlkanal 10 gelangt. Auf diese Weise wird der bei Rotation des Rotors wirkende Ansaugeffekt in jedem der Kühlpfade 12 erhöht, so dass die Kühlleistung der Luftkühlung des Rotors 1 entsprechend erhöht wird.

Auf die ersten Endscheiben 15 kann nach dem Ausführungsbeispiel jeweils eine zweite Endscheibe 20 aufgesetzt sein, die beispielsweise eine metallische Wuchtscheibe ist. Die zweiten Endscheiben 20 haben Durchgangsöffnungen 21, die die Pfadeinlässe 12.1 bilden und unmittelbar in die Durchgangsöffnungen 18 der zweiten Scheibenabschnitte 16 der zugeordneten ersten Endscheibe 15 münden. Die zweiten Endscheiben 20 können zur Befestigung am Rotor 1 beispielsweise auf eine Rotorwelle 17 des Rotors 1 aufgepresst sein. Jede erste bzw. zweite Endscheibe 15,20 ist gegenüber der zugehörigen zweiten bzw. ersten Endscheibe 15,20 mittels von formschlüssigen Positioniermitteln 22 in Umfangsrichtung ausgerichtet. Nach dem Ausführungsbeispiel sind an den ersten Endscheiben 15 stiftförmige Positioniermittel 22 vorgesehen, die beispielsweise paarweise mit einer der Durchgangsöffnungen 21 der jeweiligen zweiten Endscheibe 20 formschlüssig Zusammenwirken. Durch die Positioniermittel 22 ist sichergestellt, dass jede erste bzw. zweite Endscheibe 15,20 in einer definierten Position zur zugeordneten zweiten bzw. ersten Endscheibe 15,20 angeordnet ist.

Fig.4 zeigt eine Ansicht auf eine der beiden Stirnseiten des Rotors nach Fig.l unter Ausblendung der zweiten Endscheibe nach Fig.l. Fig.5 zeigt eine Ansicht auf die andere der beiden Stirnseiten des Rotors nach Fig.l unter Ausblendung der zweiten Endscheibe nach Fig.l.

Die ersten Endscheiben 15 haben jeweils mehrere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete, beispielsweise kreissektorförmige, Scheibenabschnitte 16, die erste Scheibenabschnitte 16.1 für jeweils zumindest einen Kühlpfad 12 und zweite Scheibenabschnitte 16.2 für jeweils zumindest einen entgegengesetzten Kühlpfad 12 umfassen. In den ersten Scheibenabschnitten 16.1 verläuft jeweils zumindest einer der Verbindungskanäle 11. Die zweiten Scheibenabschnitte 16.2 weisen jeweils zumindest einen der Pfadauslässe 12.2 oder einen Konturrücksprung zum Bilden eines der Pfadauslässe 12.2 im Rotorkörper 4 auf. Die beiden ersten Endscheiben 15 sind beispielsweise identisch ausgebildet, wobei die erste Endscheibe 15 auf der einen Stirnseite des Rotors 1 gegenüber der ersten Endscheibe 15 auf der anderen Stirnseite des Rotors 1 in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 3 versetzt ist, beispielsweise um einen Scheibenabschnitt 16, beispielsweise derart, dass im Rotor 1 separate Kühlpfade 12 mit entgegengesetzter Strömungsrichtung gebildet werden.

Die ersten Endscheiben 15 sind beispielsweise aus Kunststoff hergestellt und können zur Befestigung am Rotor 1 auf die Rotorwelle 17 des Rotors 1 aufgepresst sein.

Die zweiten Scheibenabschnitte 16 jeder ersten Endscheibe 15 weisen jeweils zumindest eine Durchgangsöffnung 18 auf, die jeweils unmittelbar in einen der Innenkühlkanäle 9 des Rotors 1 mündet.

Die Verbindungskanäle 11 sind in den zweiten Scheibenabschnitten 16.2 der ersten Endscheiben 15 jeweils als Ausnehmung oder Vertiefung ausgebildet, die entlang der radialen Längserstreckung auf der dem Rotorkörper 4 abgewandten Seite jeweils abschnittsweise geschlossen und abschnittsweise offen ausgebildet ist. Nach dem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungskanäle 11 bezüglich ihrer Ausführung in der jeweiligen ersten Endscheibe 15 jeweils in einem radial äußeren Längsabschnitt auf der dem Rotorkörper 4 abgewandten Seite geschlossen und in einem daran anschließenden radial inneren Längsabschnitt auf der dem Rotorkörper 4 abgewandten Seite offen ausgebildet. Die in der jeweiligen ersten Endscheibe 15 offen ausgebildeten Abschnitte der Verbindungskanäle 11 sind von der jeweiligen zweiten Endscheibe 20 abgedeckt, um die Verbindungskanäle 11 durch das Zusammenwirken von zwei Endscheiben 15,20 durchgängig geschlossen auszubilden.

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung können die Verbindungskanäle 11 in den zweiten Scheibenabschnitten 16.2 der ersten Endscheiben 15 jeweils als Ausnehmung oder Vertiefung ausgebildet sein, die entlang der radialen Längserstreckung auf der dem Rotorkörper 4 abgewandten Seite durchgängig geschlossen ist. In dieser alternativen Ausführung sind die Verbindungskanäle 11 vollständig in den ersten Endscheiben 15 ausgeführt.

Die ersten Endscheiben 15 können jeweils einen Innenringabschnitt 25 aufweisen, der radial innerhalb der Innenkühlkanäle 9 vorgesehen ist, mehrere Scheibenabschnitte 16 der jeweiligen ersten Endscheibe 15 miteinander verbindet und insbesondere ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist.

Außerdem können die ersten Endscheiben 15 jeweils einen Außenringabschnitt 26 haben, der mehrere Scheibenabschnitte 16 der jeweiligen ersten Endscheibe 15 miteinander verbindet und insbesondere ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist.

Die Pfadauslässe 12.2 jeder ersten Endscheibe 15 können jeweils Stege 28 umfassen, die die in den Außenkühlkanälen 10 angeordneten Permanentmagnete 8 in axialer Richtung fixieren.