Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, um fassend ein Blechpaket mit einer Vielzahl von Rotorblechen, wobei das Blechpa ket zumindest eine axiale Bohrung aufweist, die zur axialen Leitung einer Kühl flüssigkeit durch das Blechpaket geeignet ist, sowie eine elektrische Maschine umfassend einen solchen Rotor.

Stand der Technik

Elektrische Maschinen können sowohl als Antriebsmotor, beispielsweise als An triebsmotor für ein Kraftfahrzeug, wie auch als Generator zur Stromerzeugung verwendet werden. Eine elektrische Maschine weist einen Stator und einen dreh bar gelagerten Rotor auf. Die während des Betriebs der elektrischen Maschine entstehenden Verluste, wie beispielsweise Stromwärmeverluste, bedingen eine unerwünschte Erwärmung der Bauteile der elektrischen Maschine. Für einen si cheren sowie lebensdaueroptimierten Betrieb einer elektrischen Maschine ist es somit notwendig diese zu Kühlen.

Eine wirksame Kühlung kann beispielsweise mittels eines bewegten Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit wie Öl oder Wasser, erzielt werden. Zur Küh lung des Stators ist beispielsweise oftmals ein Kühlmantel vorgesehen, der den Stator der elektrischen Maschine umgibt, und in dem die Kühlflüssigkeit zirkuliert. Eine gängige Kühlung des Rotors erfolgt durch die Zirkulation der Kühlflüssigkeit in einer als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle.

In einem Kraftfahrzeug wird die zur Kühlung der elektrischen Maschine bzw. derer Bauteile benutze Kühlflüssigkeit oftmals auch zur Kühlung weiterer Komponenten, wie beispielsweise zur Kühlung eines Getriebes, verwendet. Oftmals kommt es dabei zu einer ungewollten Verschmutzung der Kühlflüssigkeit. So beschreibt das Dokument EP 2 537 235 B1 beispielsweise eine elektrische Antriebseinheit, die beispielsweise in einem elektrisch oder hybridisch angetriebenen Kraftfahrzeug als Antriebsquelle an einer der Kraftfahrzeug ach sen dient. Die Antriebseinheit um fasst eine elektrische Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, der innerhalb des Stators drehbar angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Antriebsein heit ein Getriebe, das eingangsseitig mit einem Ausgang der elektrischen Maschi ne gekoppelt ist. Die Antriebseinheit weist ein Kühlkonzept mit einem Schmier kreislauf, in dem eine Schmierflüssigkeit zum Schmieren und Kühlen des Rotors der elektrischen Maschine und des Getriebes geführt ist, wobei die Schmierflüs sigkeit zwischen einem Motorraum und einem Getrieberaum zirkuliert, und einem Kühlkreislauf, in dem die Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Stators der elektrischen Maschine und einer elektrischen Schaltung geführt ist. Die Schmierflüssigkeit des Schmierkreislaufs durchströmt einen Filter, der die im Motorraum befindliche elekt rische Maschine vor Verschmutzungspartikeln aus dem Getrieberaum schützt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist zum einen Aufgabe der Erfindung einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, der es ermöglicht die Kühlflüssigkeit auf einfache Art und Weise von Schmutzpartikeln zu befreien und zum anderen ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte elektrische Maschine umfassend einen solchen Rotor anzugeben. Dieser Bedarf kann durch die Gegenstände der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 7 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß umfasst der Rotor ein Blechpaket mit einer Vielzahl von Rotor blechen. Die einzelnen Rotorbleche sind gestapelt angeordnet und bilden so das Blechpaket aus.

Das Blechpaket weist erfindungsgemäß zumindest eine axiale Bohrung auf, die zur axialen Leitung einer Kühlflüssigkeit durch das Blechpaket geeignet ist. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich beispielsweise um Öl, Wasser oder andere in diesem Zusammenhang bekannte flüssige Kühlmittel handeln.

Die Richtungsangabe„axial“ beschreibt im Wesentlichen eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Drehachse des Rotors, wobei sich die axialen Boh rungen in einem beliebigen Winkel (außer 90°) in Bezug auf die axiale Richtung erstrecken können. Die Richtungsangabe„radial“ beschreibt eine Richtung normal auf die zentrale Drehachse des Rotors.

Die axiale Bohrung weist entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Kühl flüssigkeitseintritt und einen Kühlflüssigkeitsaustritt auf, wobei die Querschnittsflä che des Kühlflüssigkeitsaustritts kleiner ist als die Querschnittsfläche der axialen Bohrung.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors, insbesondere der zumindest einen axialen Bohrung die im Blechpaket des Rotors ausgebildet ist, stellt sich in dieser ein mitrotierender Kühlflüssigkeitsspiegel ein. Durch die Fliehkraft werden die in der Kühlflüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen, wie beispielsweise

Schmutzpartikel, am radial außen liegenden Teil der axialen Bohrung gesammelt und zumindest bei hoher Drehzahl im Rotor, genauer in der Bohrung im Blechpa ket, gehalten. Damit gelangt nur durch die Zentrifugen-Wirkung gereinigte Kühl flüssigkeit zum Kühlflüssigkeitssammelring des Rotors. Die axialen Bohrungen können dabei beispielsweise in Bereichen mit geringem magnetischem Fluss ausgebildet sein. Neben der Reinigung der Kühlflüssigkeit wird der Rotor durch die durch die Bohrung fließende Kühlflüssigkeit zudem gekühlt.

Bevorzugt weist das Blechpaket zumindest zwei axiale Bohrungen, nämlich eine erste axiale Bohrung und eine zweite axiale Bohrung, auf, wobei die erste axiale Bohrung von Kühlflüssigkeit einer ersten Fließrichtung durchströmt ist und die zweite axiale Bohrung von Kühlflüssigkeit einer zweiten, der ersten Fließrichtung entgegengesetzten Fließrichtung, durchströmt ist.

Das Blechpaket weist vorzugsweise eine gerade Anzahl an axialen Bohrungen, nämlich gleich viele erste axiale Bohrungen wie zweite axiale Bohrungen, auf, wobei die ersten axialen Bohrungen und die zweiten axialen Bohrungen in alter nierender Reihenfolge im Blechpaket ausgeführt sind.

Durch die Erhöhung der Anzahl an axialen Bohrungen sowie deren gleichmäßige Verteilung innerhalb des Blechpakets, beispielsweise umfänglich gleichmäßig beabstandet, kann zum einen eine effektivere Reinigung der Kühlflüssigkeit und zum anderen eine verbesserte Kühlung des Rotors erzielt werden. Insbesondere richtet sich die gewählte Anzahl an axialen Bohrungen nach der Anzahl an magne tischen Polpaaren eines permanenterregten Rotors oder nach der Anzahl von Stäben von Asynchronrotoren. Dabei werden in Bezug auf die magnetischen Pol paare oder die Stäbe ein ganzzahliges Vielfaches oder eine ganzzahlige Tei lungsanzahl an axialen Bohrungen in dem Blechpaket ausgeführt. Derart kann auf eine gleichmäßige Beeinflussung des Rotormagnetflusses eingegangen werden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist der Rotor zumindest einen Kühlflüssigkeitssammelring auf, wobei der Kühlflüssigkeits sammelring an einem axialen Ende des Rotors angeordnet ist und derart ausge bildet ist, dass er die Querschnittsfläche des Kühlflüssigkeitsaustritts teilweise abdeckt und diese so verkleinert.

Vorzugsweise weist der Rotor zwei Kühlflüssigkeitssammelringe auf, nämlich einen ersten Kühlflüssigkeitssammelring und einen zweiten Kühlflüssigkeitssam melring, wobei der erste Kühlflüssigkeitssammelring an einem ersten Ende des Rotors und der zweite Kühlflüssigkeitssammelring an einem zweiten Ende des Rotors, nämlich einem dem ersten Ende in axialer Richtung gegenüberliegenden Ende, angeordnet ist.

Ein Kühlflüssigkeitssammelring dient weiterhin dazu im Bereich des Kühlflüssig keitseintritts der axialen Bohrung Kühlflüssigkeit aufzufangen und ist so ausgebil det, dass ein Rückspritzen der Kühlflüssigkeit verhindert wird.

Bevorzugt weisen die einzelnen Rotorbleche des Blechpakets jeweils zumindest eine Öffnung auf und sind derart gestapelt, dass die Öffnungen der einzelnen Rotorbleche jeweils übereinander liegen und so die zumindest eine axiale Boh rung in dem Blechpaket ausgebildet wird. Die Querschnittsfläche einer Öffnung zumindest eines Rotorblechs ist vorzugsweise kleiner ausgebildet als die Quer schnittsfläche der Öffnungen der weiteren Rotorbleche und/oder die Rotorbelche sind derart gestapelt, dass zumindest ein Rotorblech zu den weiteren Rotorble chen radial versetzt ist.

Durch die Variation, zum Beispiel von größer zu kleiner zu größer zu kleiner usw., der Querschnittsflächen der Öffnungen von Rotorblech zu Rotorblech oder deren radialer Versatz zueinander kann die Schmutzpartikel-Rückhaltefähigkeit innerhalb der axialen Bohrungen erhöht werden, denn es werden kleine Taschen in Blech- stärke gebildet, in denen sich der Schmutz dauerhaft ablagern kann.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Rotor entsprechend der vorliegenden Erfindung sowie einen Stator, wobei der Rotor drehbar innerhalb des Stators angeordnet ist. Eine Anordnung einer elektrischen Maschine, in der der Rotor den Stator außenumfänglich umgibt, ist jedoch ebenso denkbar.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der elektrischen Maschine entlang der Schnittebene A-A gemäß Fig. 1 .

Fig. 3 zeigt eine erste Detailansicht aus Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine zweite Detailansicht aus Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Kühlflüssigkeits sammelrings.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Im Folgenden wird anhand von Fig. 1 bis Fig. 5 eine Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Rotors 1 sowie einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 2 beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarte Ausführungsformen rein exemplarisch sind und andere Ausführungsformen verschiedene sowie alternative Ausgestaltungen haben können.

Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Rotor 1 und einen Stator 9. Der Rotor 1 ist drehbar innerhalb des Stators 9 angeordnet (Fig. 1 , Fig. 2).

Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 11 , ein drehfest auf der Rotorwelle 1 1 angeord netes Blechpaket 3 sowie zwei Kühlflüssigkeitssammelringe 8‘, 8“, nämlich einen ersten Kühlflüssigkeitssammelring 8‘ und einen zweiten Kühlflüssigkeitssammel ring 8“, auf (Fig. 2).

Die Rotorwelle 1 1 ist um eine zentrale Drehachse 10 drehbar.

Das Blechpaket 3 setzt sich aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Ro torblechen zusammen. Jedes der Rotorbleche weist mehrere Öffnungen auf. Die einzelnen Rotorbleche sind derart übereinander gestapelt, dass die Öffnungen der einzelnen Rotorbleche jeweils übereinander liegen und so mehrere axiale Bohrun gen 5‘, 5“, nämlich mehrere erste axiale Bohrungen 5‘ und der Anzahl der ersten axialen Bohrungen 5‘ entsprechend viele zweite axiale Bohrungen 5“, in dem Blechpaket 3 ausgebildet werden. Die ersten axialen Bohrungen 5‘ und die zwei ten axialen Bohrungen 5“ sind in alternierender Reihenfolge, umfänglich gleich mäßig verteilt, im Blechpaket 3 des Rotors 1 ausgebildet.

Die axialen Bohrungen 5‘, 5“ dienen jeweils der axialen Leitung einer Kühlflüssig keit, wie beispielsweise Wasser oder Öl, durch das Blechpaket 3 des Rotors 1 der elektrischen Maschine 2. Dabei ist die erste axiale Bohrung 5‘ von Kühlflüssigkeit einer ersten Fließrichtung durchströmt und die zweite axiale Bohrung 5“ von Kühl flüssigkeit einer zweiten, der ersten Fließrichtung entgegengesetzten Fließrich tung, durchströmt. Die axialen Bohrungen 5‘, 5“ weisen jeweils einen Kühlflüssig- keitseintritt 6 und einen Kühlflüssigkeitsaustritt 7 auf (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4).

Die Richtungsangabe„axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Drehachse 10 des Rotors 1.

Der erste Kühlflüssigkeitssammelring 8‘ ist an einem ersten Ende 12, nämlich im Wesentlichen an einer ersten Stirnseite, des Rotors 1 angeordnet. Der zweite Kühlflüssigkeitssammelring 8“ ist an einem zweiten Ende 13, nämlich im Wesent lichen einer zweiten Stirnseite, des Rotors 1 angeordnet. Fig. 5 zeigt eine Teilan sicht eines Kühlflüssigkeitssammelrings 8‘, 8“: Beide Kühlflüssigkeitssammelringe 8‘, 8“ sind im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weisen jeweils eine Viel zahl erster Bereiche 14 und einer Vielzahl zweiter Bereiche 15 auf. Die Summe von ersten Bereichen 14 und zweiten Bereichen 15 jeweils eines Kühlflüssigkeits sammelrings 8‘, 8“entspricht der Anzahl an axialen Bohrungen 5‘, 5“ innerhalb des Blechpakets 3 des Rotors 1. Die ersten Bereiche 14 und die zweiten Bereiche 15 sind am bzw. in dem jeweiligen Kühlflüssigkeitssammelring 8‘, 8“ über dessen Umfang alternierend, gleichmäßig voneinander beabstandet ausgebildet. Diese alternierende Anordnung entspricht der alternierenden Anordnung der ersten axia len Bohrungen 5‘ und der zweiten axialen Bohrungen 5“. Jeweils einer axialen Bohrung 5‘, 5“ ist im Bereich ihres Kühlflüssigkeitseintritts 6 ein erster Bereich 14 eines Kühlflüssigkeitssammelrings 8‘, 8“ funktionswirksam zugeordnet und im Bereich ihres Kühlflüssigkeitsaustritts 7 ein zweiter Bereich 15 des jeweils anderen Kühlflüssigkeitssammelrings 8‘, 8“ funktionswirksam zugeordnet. Der erster Be reich 14 eines Kühlflüssigkeitssammelrings 8‘, 8“ ist derart ausgebildet, dass über ihn Kühlflüssigkeit aufgefangen wird und in den Rotor 1 , genauer in die ihm funkti onswirksam zugeordnete axiale Bohrung 5‘, 5‘, nämlich in deren Kühlflüssig keitseintritt 6, geleitet wird. Der erste Bereich 14 bildet somit einen Zulauf für die axiale Bohrung 5‘, 5“. Der zweite Bereich 15 eines Kühlflüssigkeitssammelrings 8‘, 8“ ist derart ausgebildet, dass über ihn die Querschnittsfläche des Kühlflüssig keitsaustritts 7 der ihm funktionswirksam zugeordneten axialen Bohrung 5‘, 5“, teilweise abgedeckt wird. Der zweite Bereich 15 bildet somit einen Ablauf für die axiale Bohrung 5‘, 5“. Jeweils ein erster Bereich 14 eines jeweiligen Kühlflüssig keitssammelrings 8‘, 8“ ist somit funktionswirksam einem Kühlflüssigkeitseintritt 6 einer axialen Bohrung 5, 5‘, 5“ zugeordnet. Jeweils ein zweiter Bereich 15 eines jeweiligen Kühlflüssigkeitssammelrings 8‘, 8“ ist funktionswirksam einem Kühlflüs- sigkeitsaustritt 7 einer axialen Bohrung 5‘, 5“ zugeordnet (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5).

Bezuqszeichenliste

1 Rotor

2 Elektrische Maschine

3 Blechpaket

5 Erste axiale Bohrung

5 Zweite axiale Bohrung

6 Kühlflüssigkeitseintritt

7 Kühlflüssigkeitsaustritt

8 Erster Kühlflüssigkeitssammelring

8 Zweiter Kühlflüssigkeitssammelring

9 Stator

10 Zentrale Drehachse (des Rotors)

1 1 Rotorwelle

12 Erstes Ende (des Rotors)

13 Zweites Ende (des Rotors)

14 Erster Bereich

15 Zweiter Bereich