DE102021211262A1

DE102021211262A1 - rotor and electric machine

Info

Publication number: DE102021211262A1
Application number: DE102021211262.5A
Authority: DE
Inventors: Gustavo Esteves Albieri; Thorsten Grelle; Leonard Lorenz; Christoph Schmülling
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2023-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine (2),- mit einer bereichsweise hohlen Rotorwelle (3), auf deren Außenmantelfläche Rotorwicklungen (4) angeordnet sind,- mit einer Kühlmittelleitung (5), die durch einen Eingangsbereich (6) der hohlen Rotorwelle (3) nach außen durch zumindest einige der Rotorwicklungen (4) und/oder durch zumindest einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen (4) angeordneten Zwischenraum in Axialrichtung (7) hindurch und von dort zurück in einen Ausgangsbereich (8) der hohlen Rotorwelle (3) führt,- wobei im Eingangsbereich (6) und/oder im Ausgangsbereich (6) der hohlen Rotorwelle (3) zumindest eine Förderschnecke (9) zur Förderung von Kühlmittel (10) durch die Kühlmittelleitung (5) vorgesehen sind/ist.Hierdurch kann eine Kühlung ohne separate Kühlmittelpumpe erreicht werden.The invention relates to a rotor (1) for an electrical machine (2), - with a rotor shaft (3) that is hollow in some areas, on the outer surface of which rotor windings (4) are arranged, - with a coolant line (5) that runs through an input area (6th ) of the hollow rotor shaft (3) outwards through at least some of the rotor windings (4) and/or through at least one intermediate space arranged between two adjacent rotor windings (4) in the axial direction (7) and from there back into an exit region (8) of the hollow rotor shaft (3), - at least one screw conveyor (9) for conveying coolant (10) through the coolant line (5) being/is provided in the input area (6) and/or in the output area (6) of the hollow rotor shaft (3). .This means that cooling can be achieved without a separate coolant pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor und ein Kraftfahrzeug mi einer solchen elektrischen Maschine.The present invention relates to a rotor for an electrical machine, an electrical machine with such a rotor and a motor vehicle with such an electrical machine.

Rotoren in elektrischen Maschinen tragen sogenannte Rotorwicklungen, die in bestromten Zustand zusammen mit Statorwicklungen ein elektromagnetisches Feld erzeugen und dadurch eine Drehung des Rotors in einer elektrischen Maschine bewirken. Um dabei eine möglichst hohe Leistung der elektrischen Maschine erreichen zu können, sind/ist der Rotor und/oder der Stator zum Teil gekühlt, das heißt von einem Kühlmittel durchströmt. Hierbei bietet sich insbesondere eine Statorkühlung an, da der Stator stationär und dadurch einfacher zu kühlen ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Rotorkühlung vorgesehen sein, mittels welcher ein Kühlmittel durch Teile des Rotors, beispielsweise neben oder durch Rotorwicklungen strömt.Rotors in electrical machines have so-called rotor windings which, when energized, generate an electromagnetic field together with the stator windings and thereby cause the rotor in an electrical machine to rotate. In order to be able to achieve the highest possible output of the electrical machine, the rotor and/or the stator are/is partially cooled, ie a coolant flows through them. Stator cooling is particularly useful here, since the stator is stationary and therefore easier to cool. In addition or as an alternative, rotor cooling can also be provided, by means of which a coolant flows through parts of the rotor, for example next to or through rotor windings.

Schwierig bei derartigen Rotorkühlungen ist jedoch eine Förderung des den Rotor durchströmenden Kühlmittels aufgrund der im Betrieb des Rotors auftretenden Fliehkräfte, welche auch auf das Kühlmittel wirken.What is difficult with rotor cooling systems of this type, however, is conveying the coolant flowing through the rotor because of the centrifugal forces which occur during operation of the rotor and which also act on the coolant.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, der aufgrund einer einfach konstruierten und zu betreibenden Rotorkühlung eine hohe Leistung aufweist.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying a rotor for an electrical machine, which has a high output due to a rotor cooling system that is simple to design and operate.

Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine zumindest Teile von Rotorwicklungen durchströmende Kühlmittelströmung in einem Rotor zu schaffen, wobei eine Förderung des Kühlmittels alleine durch die Drehbewegung des Rotors im Betrieb erzeugt wird, so dass insbesondere eine separate Pumpe entfallen kann. Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrische Maschine besitzt eine bereichsweise hohle Rotorwelle, insbesondere ein Rohr, auf deren Außenmantelfläche in bekannter Weise Rotorwicklungen angeordnet sind. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kühlmittelleitung, die durch einen Eingangsbereich innerhalb der hohlen Rotorwelle nach außen durch zumindest eine oder mehrere der Rotorwicklungen und/oder durch einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen angeordneten Zwischenraum in Axialrichtung hindurch und von dort zurück in einen Ausgangsbereich wiederum innerhalb der hohlen Rotorwelle führt. Im Eingangsbereich und/oder im Ausgangsbereich der hohlen Rotorwelle sind/ist nun eine Förderschnecke zur Förderung von Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung vorgesehen. Die in der hohlen Rotorwelle angeordnete Förderschnecke bewirkt, dass das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung gefördert bzw. gepumpt wird, ohne dass hierfür zusätzlich noch eine separate Kühlmittelpumpe erforderlich wäre. Die Förderschnecke selbst kann dabei alternativ drehfest in der hohlen Rotorwelle angeordnet werden, oder aber relativ zu dieser drehbar und ansonsten stationär sein, so dass sie im letzteren Fall in der Art einer archimedischen Schraube wirkt. Besonders die Ausführungsform, bei welcher die Förderschnecke drehfest in der hohlen Rotorwelle angeordnet ist, ermöglicht eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Förderung des Kühlmitels allein aufgrund der Drehbewegung des Rotors. Der Förderdruck bzw. auch die Fördermenge sind bei einer drehfest in der hohlen Rotorwelle angeordneten Förderschnecke geringer, als bei einer drehbar zur hohlen Rotorwelle angeordneten Förderschnecke. Bei der drehfest in der hohlen Rotorwelle angeordneten Förderschnecke tritt jedoch üblicherweise nahezu keinerlei Verschleiß auf, da keine aneinander reibenden Bauteile vorgesehen sind. Je nach gewünschter Förderleistung bzw. Fördermenge ist dabei denkbar, dass eine derartige Förderschnecke nur im Eingangsbereich, nur im Ausgangsbereich oder sowohl im Eingangsbereich als auch im Ausgangsbereich der hohlen Rotorwelle angeordnet wird. Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Förderleistung bzw. Fördermenge der Förderschnecke besteht darin, diese beispielsweise bei geringerer gewünschter Förderleistung drehfest in der hohlen Rotorwelle und bei höherer geforderter Förderleistung relativ drehbar zur hohlen Rotorwelle anzuordnen, beispielsweise an einem Stator oder einem Gehäuse.The present invention is based on the general idea of creating a coolant flow in a rotor that flows through at least parts of the rotor windings, the coolant being conveyed solely by the rotational movement of the rotor during operation, so that a separate pump in particular can be omitted. The rotor according to the invention for an electrical machine has a rotor shaft that is hollow in some areas, in particular a tube, on the outer surface of which rotor windings are arranged in a known manner. Also provided is a coolant line that leads through an entry area within the hollow rotor shaft to the outside through at least one or more of the rotor windings and/or through an intermediate space arranged between two adjacent rotor windings in the axial direction and from there back into an exit area inside the hollow rotor shaft . In the entry area and/or in the exit area of the hollow rotor shaft there is/is now a screw conveyor for conveying coolant through the coolant line. The conveyor screw arranged in the hollow rotor shaft causes the coolant to be conveyed or pumped through the coolant line without a separate coolant pump also being required for this. The screw conveyor itself can alternatively be arranged in a rotationally fixed manner in the hollow rotor shaft, or be rotatable relative thereto and otherwise stationary, so that in the latter case it acts in the manner of an Archimedean screw. In particular, the embodiment in which the screw conveyor is arranged in a rotationally fixed manner in the hollow rotor shaft enables the coolant to be conveyed in a comparatively simple and reliable manner solely on the basis of the rotary movement of the rotor. The conveying pressure and also the conveying quantity are lower in the case of a conveying screw arranged in a rotationally fixed manner in the hollow rotor shaft than in the case of a conveying screw arranged rotatably with respect to the hollow rotor shaft. In the case of the screw conveyor arranged in a rotationally fixed manner in the hollow rotor shaft, however, there is usually almost no wear at all, since there are no components that rub against one another. Depending on the desired conveying capacity or conveying quantity, it is conceivable that such a conveyor screw is arranged only in the entry area, only in the exit area or both in the entry area and in the exit area of the hollow rotor shaft. Another way of influencing the delivery rate or delivery rate of the screw conveyor is to arrange it in a rotationally fixed manner in the hollow rotor shaft when the desired delivery rate is lower, for example, and to arrange it rotatably relative to the hollow rotor shaft when the desired delivery rate is higher, for example on a stator or a housing.

Zumindest einige der Rotorwicklungen können als Hohlleiter ausgebildet und von dem Kühlmittel durchströmbar sein.At least some of the rotor windings can be in the form of waveguides and the coolant can flow through them.

Als Kühlmittel kann beispielsweise Öl oder ein Wasserglykolgemisch verwendet werden, wodurch eine vergleichsweise hohe Wärmeabfuhr und damit eine hohe Stromdichte in der Rotorwicklung erreicht werden können. Durch eine hohe Stromdichte in den Rotorwicklungen wiederum steigt die Leistung- und Drehmomentdichte.For example, oil or a water-glycol mixture can be used as a coolant, as a result of which a comparatively high heat dissipation and thus a high current density in the rotor winding can be achieved. A high current density in the rotor windings, in turn, increases the power and torque density.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Rotors liegt darüber hinaus darin, dass sämtliche Bauteile, die für eine bislang separat anzuordnende Kühlmittelpumpe vorgesehen werden müssen, nun entfallen, ebenso wie ein Montageaufwand einer solchen separaten Kühlmittelpumpe.The great advantage of the rotor according to the invention lies in the fact that all of the components that previously had to be provided for a coolant pump that had to be arranged separately are now eliminated, as is the assembly effort for such a separate coolant pump.

Zweckmäßig ist die Förderschnecke als separates Einsatzteil ausgebildet und in der hohen Rotorwelle angeordnet. Die Ausbildung eines derartigen separaten Einsatzteiles kann beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil oder als Metallteil erfolgen, insbesondere auch aus demselben Material wie die hohle Rotorwelle. Eine separate Ausbildung der Förderschnecke bietet den großen Vorteil, dass die Förderschnecke an sich kostengünstig und qualitativ hochwertig herstellbar ist und in einem vergleichsweise einfachen Montageschritt in der hohlen Rotorwelle angeordnet werden kann. Eine Fixierung der Förderschnecke im Eingangsbereich der hohlen Rotorwelle und/oder eine Fixierung der Förderschnecke in dem Ausgangsbereich der hohlen Rotorwelle kann dabei beispielsweise über ein Kleben, ein Verschweißen oder ein Verpressen erfolgen, wobei allen Verbindungsarten gemein ist, dass diese vergleichsweise fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herzustellen sind.Appropriately, the auger is designed as a separate insert and in the high arranged rotor shaft. Such a separate insert part can be formed, for example, as a plastic injection molded part or as a metal part, in particular also from the same material as the hollow rotor shaft. A separate design of the screw conveyor offers the great advantage that the screw conveyor itself can be produced inexpensively and with high quality and can be arranged in the hollow rotor shaft in a comparatively simple assembly step. The screw conveyor can be fixed in the entrance area of the hollow rotor shaft and/or the screw conveyor can be fixed in the output area of the hollow rotor shaft, for example by gluing, welding or pressing, with all types of connection having in common that they are comparatively simple and inexpensive to produce in terms of production technology are.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors sind die Förderschnecke und die hohle Rotorwelle einstückig ausgebildet. Auch denkbar ist, dass zwei Förderschnecken in der hohlen Rotorwelle angeordnet und einstückig mit dieser ausgebildet sind. Eine derartige Ausführungsform erschwert zwar geringfügig die Herstellung des aus Förderschnecke und hohler Rotorwelle kombinierten Bauteils, erübrigt jedoch den für eine als separates Einsatzteil ausgebildeten Förderschnecke erforderlichen Montageprozess.In an alternative embodiment of the rotor according to the invention, the auger and the hollow rotor shaft are designed in one piece. It is also conceivable that two screw conveyors are arranged in the hollow rotor shaft and are designed in one piece with it. Although such an embodiment slightly complicates the production of the component composed of the screw conveyor and the hollow rotor shaft, it does away with the assembly process required for a screw conveyor designed as a separate insert part.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors teilt sich die Kühlmittelleitung nach Verlassen des Eingangsbereichs in zumindest zwei parallele Abschnitte auf, die in zwei separaten Rotorwicklungen in Axialrichtung verlaufen. Hierdurch ist eine gleichmäßige Kühlung des erfindungsgemäßen Rotors und dadurch eine optimierte Erhöhung der Leistungs- und Drehmomentdichte möglich. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Kühlmittelleitung keine Abzweigung in beispielsweise parallele Abschnitte aufweist, sondern durchgängig durch zumindest einige, vorzugsweise sämtliche Rotorwicklungen verläuft, so dass die Rotorwicklungen nacheinander durchströmbar sind. Hierbei handelt es sich somit um eine Art Reihenschaltung. In einer Rotorwicklung strömt somit das Kühlmittel zunächst in die eine Axialrichtung und in der benachbarten Rotorwicklung wieder zurück. Hierdurch ergibt sich eine Art mäandrierende Form der Kühlmittelleitung über die Rotorwicklungen, wobei hierbei selbstverständlich auch denkbar ist, dass sich die Kühlmittelleitung nach dem Eingangsbereich in zwei Äste aufteilt, wovon ein Ast die einzelnen Rotorwicklungen mäandrierend auf einer Rotorhälfte durchläuft, während der andere Ast die Rotorwicklungen der anderen Rotorhälfte mäandrierend durchläuft.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, after leaving the inlet area, the coolant line divides into at least two parallel sections, which run in two separate rotor windings in the axial direction. This enables uniform cooling of the rotor according to the invention and thus an optimized increase in the power and torque density. Alternatively, it is of course also conceivable that the coolant line does not branch off into parallel sections, for example, but instead runs continuously through at least some, preferably all, of the rotor windings, so that the rotor windings can be flowed through one after the other. This is a kind of series connection. In a rotor winding, the coolant thus first flows in one axial direction and back again in the adjacent rotor winding. This results in a kind of meandering shape of the coolant line over the rotor windings, whereby it is of course also conceivable that the coolant line divides into two branches after the input area, one branch of which meanders through the individual rotor windings on one rotor half, while the other branch runs through the rotor windings meandering through the other half of the rotor.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors teilt sich die Kühlmittelleitung nach Verlassen des Eingangsbereichs in zumindest zwei parallele Abschnitte auf, die in zwei separaten Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen in Axialrichtung verlaufen. Hierdurch ist eine gleichmäßige Kühlung des erfindungsgemäßen Rotors und dadurch eine optimierte Erhöhung der Leistungs- und Drehmomentdichte möglich. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Kühlmittelleitung keine Abzweigung in beispielsweise parallele Abschnitte aufweist, sondern durchgängig durch zumindest einige, vorzugsweise sämtliche Zwischenräume verläuft, so dass die Zwischenräume nacheinander durchströmbar sind. Hierbei handelt es sich somit um eine Art Reihenschaltung. In den Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen strömt somit das Kühlmittel zunächst in die eine Axialrichtung und in dem benachbarten Zwischenraum wieder zurück. Hierdurch ergibt sich eine Art mäandrierende Form der Kühlmittelleitung über die Zwischenräume, wobei hierbei selbstverständlich auch denkbar ist, dass sich die Kühlmittelleitung nach dem Eingangsbereich in zwei Äste aufteilt, wovon ein Ast die einzelnen Zwischenräume mäandrierend auf einer Rotorhälfte durchläuft, während der andere Ast die Zwischenräume der anderen Rotorhälfte mäandrierend durchläuft.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, the coolant line divides into at least two parallel sections after leaving the inlet area, which run in two separate intermediate spaces between two adjacent rotor windings in the axial direction. This enables uniform cooling of the rotor according to the invention and thus an optimized increase in the power and torque density. Alternatively, it is of course also conceivable that the coolant line does not branch off into parallel sections, for example, but instead runs continuously through at least some, preferably all, intermediate spaces, so that the intermediate spaces can be flown through one after the other. This is a kind of series connection. In the spaces between two adjacent rotor windings, the coolant thus flows first in one axial direction and back again in the adjacent space. This results in a kind of meandering shape of the coolant line across the spaces, whereby it is of course also conceivable that the coolant line divides into two branches after the input area, one branch of which meanders through the individual spaces on one half of the rotor, while the other branch runs through the spaces meandering through the other half of the rotor.

Zweckmäßig ist die hohle Rotorwelle zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich massiv ausgebildet oder weist eine Wand auf und ist dadurch in Axialrichtung verschlossen. Um einen Bypassstrom zu vermeiden, der ein Durchströmen der Rotorwicklungen und/oder der Zwischenräume zwischen den Rotorwicklungen und damit eine erwünschte Rotorkühlung verhindert, ist der Eingangsbereich in Axialrichtung der hohlen Rotorwelle durch einen massiven Mittelabschnitt oder eine Wand fluidisch vom Ausgangsbereich getrennt. Hierdurch kann ein Durchströmen der einzelnen Rotorwicklungen bzw. Zwischenräume der Rotorwicklungen erzwungen und dadurch eine optimierte Kühlung erreicht werden.The hollow rotor shaft is expediently solid between the input area and the output area or has a wall and is therefore closed in the axial direction. In order to avoid a bypass flow, which prevents flow through the rotor windings and/or the spaces between the rotor windings and thus a desired rotor cooling, the input area in the axial direction of the hollow rotor shaft is fluidly separated from the output area by a solid central section or wall. As a result, a flow through the individual rotor windings or spaces between the rotor windings can be forced, thereby achieving optimized cooling.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine elektrische Maschine mit einem Rotor entsprechend den vorherigen Ansprüchen auszustatten, bei dem die Förderschnecke drehfest im Eingangsbereich und/oder im Ausgangsbereich der hohlen Rotorwelle angeordnet ist. Hierdurch kann eine pumpenlose Konstruktion erreicht werden, die trotzdem aufgrund der Drehbewegung der Förderschnecke eine Förderung von Kühlmittel durch Rotorwicklungen und/oder die Zwischenräume zwischen den Rotorwicklungen und damit eine Kühlung der Rotorwicklung ermöglicht.The present invention is also based on the general idea of equipping an electric machine with a rotor according to the preceding claims, in which the screw conveyor is arranged in a rotationally fixed manner in the input area and/or in the output area of the hollow rotor shaft. In this way, a pump-free design can be achieved which, due to the rotary movement of the conveyor screw, nevertheless allows coolant to be conveyed through the rotor windings and/or the spaces between the rotor windings and thus allows the rotor winding to be cooled.

Alternativ ist auch eine elektrische Maschine mit einer bereichsweise hohlen Rotorwelle denkbar, auf deren Außenmantelfläche Rotorwicklungen angeordnet sind, wobei auch hier eine Kühlmittelleitung vorgesehen ist, die durch einen Eingangsbereich der hohlen Rotorwelle nach außen durch zumindest eine Rotorwicklung und/oder durch zumindest einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen angeordneten Zwischenraum in Axialrichtung hindurch und von dort in einen Ausgangsbereich der hohlen Rotorwelle führt. Zusätzlich sind/ist eine in den Eingangsbereich der hohlen Rotorwelle ragende Förderschnecke und/oder eine in den Ausgangsbereich der hohlen Rotorwelle ragende Förderschnecke zur Förderung von Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung vorgesehen, die relativ zur hohlen Rotorwelle feststeht bzw. feststehen. Die Förderschnecke wirkt relativ zur Rotorwelle in der Art einer archimedischen Schraube. Weiter ist auch denkbar, dass die Förderschnecke im Eingangsbereich drehfest mit der hohlen Rotorwelle und im Ausgangsbereich drehbar zur hohlen Rotorwelle in derselben angeordnet ist, oder umgekehrt. Auch hierdurch lässt sich eine Fördermenge bzw. eine Förderleistung der Förderschnecke(n) nahezu beliebig regulieren. Soll darüber hinaus mehr oder weniger Kühlmittel gefördert werden, so kann auch über eine Gewindesteigung der Förderschnecke Einfluss darauf genommen werden.Alternatively, an electric machine with a rotor shaft that is hollow in some areas is also conceivable, on the outer surface of which rotor windings are arranged, with a coolant line being provided here as well, which runs through an input area of the hollow rotor shaft to the outside through at least one rotor winding and/or through at least one between two adjacent ones Rotor windings arranged space in the axial direction through and from there into an output region of the hollow rotor shaft. In addition, a screw conveyor protruding into the entry area of the hollow rotor shaft and/or a screw conveyor protruding into the exit area of the hollow rotor shaft are/is provided for conveying coolant through the coolant line, which is or are fixed relative to the hollow rotor shaft. The screw conveyor acts in relation to the rotor shaft in the manner of an Archimedean screw. It is also conceivable that the feed screw is arranged in the input area in a rotationally fixed manner with the hollow rotor shaft and in the output area is arranged in the hollow rotor shaft so as to be rotatable in relation to the hollow rotor shaft, or vice versa. This also makes it possible to regulate a conveying quantity or a conveying capacity of the conveyor screw(s) in almost any way. If, in addition, more or less coolant is to be conveyed, this can also be influenced by changing the pitch of the screw conveyor.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einer in dem vorherigen Absatz beschriebenen elektrischen Maschine auszustatten und dadurch eine effektive Kühlung der elektrischen Maschine ohne zusätzliche Kühlmittelpumpe zu erreichen. Dies ist insbesondere bei einem als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeug von großem Vorteil, da eine separate Kühlmittelpumpe nicht Bauraum benötigt, sondern auch ein gewisses Gewicht aufweist, welches die Reichweite eines derartigen Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs reduziert.The present invention is also based on the general idea of equipping a motor vehicle with an electrical machine described in the previous paragraph and thereby achieving effective cooling of the electrical machine without an additional coolant pump. This is of particular advantage in a motor vehicle designed as an electric vehicle or hybrid vehicle, since a separate coolant pump does not require installation space but also has a certain weight, which reduces the range of such an electric vehicle or hybrid vehicle.

Zweckmäßig weist das Kraftfahrzeug zusätzlich einen Wärmeübertrager auf, der kommunizierend mit der Kühlmittelleitung verbunden ist. Der Wärmeübertrager dient dabei als Wärmetauscher und kühlt insbesondere das Kühlmittel, wobei die zumindest eine Förderschnecke bereits ausreicht, den Kühlmittelstrom durch den Rotor und den Wärmeübertrager zu pumpen. Eine separate Kühlmittelpumpe ist nicht erforderlich. Im Wärmeübertrager erfolgt eine Kühlung des Kühlmittels beispielsweise durch Luft.The motor vehicle also expediently has a heat exchanger which is connected in a communicating manner to the coolant line. The heat exchanger serves as a heat exchanger and in particular cools the coolant, the at least one screw conveyor already being sufficient to pump the coolant flow through the rotor and the heat exchanger. A separate coolant pump is not required. In the heat exchanger, the coolant is cooled, for example by air.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor und eine erfindungsgemäße elektrische Maschine,
2 eine Darstellung einer möglichen Förderschnecke.

Show, each schematically:

1 a sectional view through a rotor according to the invention and an electrical machine according to the invention,
2 a representation of a possible screw conveyor.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 für eine ebenfalls erfindungsgemäße elektrische Maschine 2, beispielsweise für einen Elektromotor, eine bereichsweise hohle Rotorwelle 3 auf, auf deren Außenmantelfläche Rotorwicklungen 4 angeordnet sind. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kühlmittelleitung 5, die durch einen Eingangsbereich 6 der hohlen Rotorwelle 3 nach radial außen durch zumindest eine der Rotorwicklungen 4 und/oder durch zumindest einen zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen 4 angeordneten Zwischenraum in Axialrichtung 7 hindurch und von dort zurück in einen Ausgangsbereich 8 der hohlen Rotorwelle 3 führt. Zumindest eine der Rotorwicklungen 4 kann als Hohlleiter ausgebildet und von dem Kühlmittel durchströmbar sein. Erfindungsgemäß sind/ist nun im Eingangsbereich 6 und/oder im Ausgangsbereich 8, gemäß der 1 nur im Eingangsbereich 6, der hohlen Rotorwelle 3 eine Förderschnecke 9 (vgl. auch 2) zur Förderung von Kühlmittel 10 durch die Kühlmittelleitung 5 und den Rotor 1 vorgesehen.According to the 1 , A rotor 1 according to the invention for an electric machine 2 also according to the invention, for example for an electric motor, has a rotor shaft 3 which is hollow in some areas and on the outer lateral surface of which rotor windings 4 are arranged. Also provided is a coolant line 5, which runs radially outward through an inlet area 6 of the hollow rotor shaft 3 through at least one of the rotor windings 4 and/or through at least one intermediate space arranged between two adjacent rotor windings 4 in the axial direction 7 and from there back into an outlet area 8 of the hollow rotor shaft 3 leads. At least one of the rotor windings 4 can be designed as a waveguide and the coolant can flow through it. According to the invention are / is now in the input area 6 and / or in the output area 8, according to the 1 only in the entrance area 6, the hollow rotor shaft 3, a screw conveyor 9 (see also 2 ) provided for the promotion of coolant 10 through the coolant line 5 and the rotor 1.

Der große Vorteil der Förderschnecke 9 liegt insbesondere darin, dass diese allein aufgrund der Drehung des Rotors 1 und zwar unabhängig davon, ob die Förderschnecke 9 drehfest oder drehbar in der hohlen Rotorwelle 3 angeordnet ist, eine Förderung von Kühlmittel 10 bewirkt, ohne dass hierfür eine bislang erforderliche separate Kühlmittelpumpe erforderlich wäre.The great advantage of the screw conveyor 9 is, in particular, that it causes coolant 10 to be conveyed solely due to the rotation of the rotor 1, regardless of whether the screw conveyor 9 is arranged in a rotationally fixed or rotatable manner in the hollow rotor shaft 3, without the need for a previously required separate coolant pump would be required.

Prinzipiell gibt es bei dem erfindungsgemäßen Rotor 1 zwei alternative Ausführungsformen, nämlich einmal diejenige, bei der die Förderschnecke 9 als separates Einsatzteil ausgebildet, separat hergestellt und erst in einem weiteren Montageschritt in der Rotorwelle 3 angeordnet wird. Eine derartige separat hergestellte Förderschnecke 9 ist beispielsweise gemäß der 2 dargestellt. Die als separates Einsatzteil ausgebildete Förderschnecke 9 kann beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil oder als Metallteil ausgebildet und in dem zuvor angesprochenen weiteren Montageschritt in dem Eingangsbereich 6 oder dem Ausgangsbereich 8 der hohlen Rotorwelle 3 verschweißt, verlötet, verklebt oder verpresst werden. Das separate Herstellen der Förderschnecke 9 ermöglicht eine kostengünstige und qualitativ hochwertige Herstellung der Förderschnecke 9.In principle, there are two alternative embodiments of the rotor 1 according to the invention, namely one in which the screw conveyor 9 is designed as a separate insert part, manufactured separately and only arranged in the rotor shaft 3 in a further assembly step. Such a separately produced screw conveyor 9 is, for example, according to 2 shown. Trained as a separate insert part auger 9 can formed, for example, as a plastic injection molded part or as a metal part and welded, soldered, glued or pressed in the previously mentioned further assembly step in the input area 6 or the output area 8 of the hollow rotor shaft 3 . The separate production of the screw conveyor 9 enables a cost-effective and high-quality production of the screw conveyor 9.

Bei der zweiten alternativen Ausführungsform ist die Förderschnecke 9 einstückig mit der hohlen Rotorwelle 3 ausgebildet, was einen geringfügig höheren Fertigungsaufwand bedeutet, einen Montageaufwand jedoch erübrigt. Dabei wird in den vorherigen Absätzen und in den nachfolgenden Absätzen oftmals von der Förderschnecke 9 gesprochen, wobei selbstverständlich denkbar ist, dass eine derartige Förderschnecke 9 im Eingangsbereich 6, im Ausgangsbereich 8 oder in beiden Bereichen 6, 8 vorgesehen werden kann, wobei im letzteren Fall von zwei Förderschnecken 9 auszugehen ist.In the second alternative embodiment, the conveyor screw 9 is formed in one piece with the hollow rotor shaft 3, which means a slightly higher production cost, but assembly work is unnecessary. In the previous paragraphs and in the following paragraphs, the screw conveyor 9 is often mentioned, it being of course conceivable that such a screw conveyor 9 can be provided in the input area 6, in the output area 8 or in both areas 6, 8, with the latter case two screw conveyors 9 can be assumed.

Eine Fördermenge der Förderschnecke 9 kann durch eine Gewindesteigung sowie andere Parameter eingestellt werden. Die Kühlmittelleitung 5 kann nach Verlassen des Eingangsbereichs 6 in zumindest parallele Abschnitte aufgeteilt sein, die in zwei separaten Rotorwicklungen 4 in Axialrichtung 7 verlaufen. Hierdurch werden die Rotorwicklungen 4 parallel und gleichzeitig durchströmt. Durch die parallelen Abschnitte, die eine parallele und damit gleichmäßige Durchströmung der Rotorwicklungen 4 ermöglichen, kann eine deutliche Verbesserung eines Druckabfalls erreicht werden. Alternativ ist hier auch denkbar, dass die Kühlmittelleitung 5 derart ausgebildet ist, dass zumindest einige, vorzugsweise sämtliche Zwischenräume nacheinander durchströmbar sind, so dass in diesem Fall die Kühlmittelleitung 5 mäandrierend durch die einzelnen Zwischenräume zwischen den Rotorwicklungen 4 verläuft.A delivery rate of the auger 9 can be set by a thread pitch and other parameters. After leaving the inlet region 6 , the coolant line 5 can be divided into at least parallel sections which run in two separate rotor windings 4 in the axial direction 7 . As a result, the rotor windings 4 are traversed in parallel and simultaneously. A significant improvement in a pressure drop can be achieved by the parallel sections, which enable a parallel and thus uniform flow through the rotor windings 4 . Alternatively, it is also conceivable here for the coolant line 5 to be designed in such a way that at least some, preferably all, interspaces can be traversed in succession, so that in this case the coolant line 5 meanders through the individual interspaces between the rotor windings 4 .

Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlmittelleitung 5 nach Verlassen des Eingangsbereichs 6 in zumindest parallele Abschnitte aufgeteilt sein, die in zwei separaten Zwischenräumen in Axialrichtung 7 verlaufen. Hierdurch werden die Zwischenräume, die von einer jeweils zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen 5 liegt, parallel und gleichzeitig durchströmt. Durch die parallelen Abschnitte, die eine parallele und damit gleichmäßige Durchströmung der Zwischenräume zwischen den Rotorwicklungen 4 ermöglichen, kann eine deutliche Verbesserung eines Druckabfalls erreicht werden. Alternativ ist hier auch denkbar, dass die Kühlmittelleitung 5 derart ausgebildet ist, dass zumindest einige, vorzugsweise sämtliche Zwischenräume nacheinander durchströmbar sind, so dass in diesem Fall die Kühlmittelleitung 5 mäandrierend durch die einzelnen Zwischenräume zwischen den Rotorwicklungen 4 verläuft.Alternatively or additionally, the coolant line 5 can be divided into at least parallel sections after leaving the inlet area 6 , which run in two separate intermediate spaces in the axial direction 7 . As a result, the intermediate spaces, which are located between two adjacent rotor windings 5, are traversed in parallel and at the same time. A significant improvement in a pressure drop can be achieved by the parallel sections, which enable a parallel and thus uniform flow through the intermediate spaces between the rotor windings 4 . Alternatively, it is also conceivable here for the coolant line 5 to be designed in such a way that at least some, preferably all, interspaces can be traversed in succession, so that in this case the coolant line 5 meanders through the individual interspaces between the rotor windings 4 .

Bei der Ausführungsform, bei welcher die Kühlmittelleitung 5 mäandrierend über die Rotorwicklungen 4 bzw. über die Zwischenräume zwischen den einzelnen Rotorwicklungen 4 verläuft, bietet sich der Vorteil, dass nur eine vom Eingangsbereich 6 zu einer Rotorwicklung 4 bzw. einem Zwischenraum und von einer anderen Rotorwicklung 4 bzw. einem anderen Zwischenraum nur eine Kühlmittelleitung zum Ausgangsbereich 8 führt.In the embodiment in which the coolant line 5 runs in a meandering manner over the rotor windings 4 or over the spaces between the individual rotor windings 4, there is the advantage that only one from the input area 6 to a rotor winding 4 or a space and from another rotor winding 4 or another intermediate space, only one coolant line leads to the outlet area 8 .

Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass die hohle Rotorwelle 3 zwischen dem Eingangsbereich 6 und dem Ausgangsbereich 8, die gemäß der 1 eine unterschiedliche axiale Länge aufweisen, jedoch auch gleichlang ausgebildet sein können, massiv ausgebildet ist, bzw. eine Wand aufweist und dadurch verschlossen ist. Hierdurch kann eine unerwünschte Bypassströmung des Kühlmittels 10 in Axialrichtung 7 durch die hohle Rotorwelle 3 unter Umgehung der Rotorwicklungen 4 bzw. der Zwischenräume zwischen den einzelnen Rotorwicklungen 4 vermieden werden.Looking at the 1 further, one can see that the hollow rotor shaft 3 between the input area 6 and the output area 8, according to the 1 have a different axial length, but can also be of the same length, is solid, or has a wall and is thereby closed. As a result, an undesired bypass flow of the coolant 10 in the axial direction 7 through the hollow rotor shaft 3 while bypassing the rotor windings 4 or the spaces between the individual rotor windings 4 can be avoided.

Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine elektrische Maschine 2, beispielsweise einen Elektromotor, mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Rotor 1 anzugeben. Alternativ ist auch eine elektrische Maschine 2 denkbar, die vom Aufbau her nahezu identisch ist, bei der jedoch die Förderschnecke 9 nicht drehfest in der hohlen Rotorwelle 3 angeordnet ist, sondern drehfest mit einem anderen Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse oder einem Stator 11 verbunden ist und dadurch zusammen mit der sich drehenden hohlen Rotorwelle 3, in welche die Förderschnecke 9 hineinragt, als archimedische Schraube funktioniert. Hierdurch kann eine im Vergleich zu einer mit der hohlen Rotorwelle 3 mitdrehenden Förderschnecke 9 höhere Förderleistung erreicht werden. Die elektrische Maschine 2 kann in einem Kraftfahrzeug 12, welches beispielsweise als Hybrid oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein kann, eingebaut werden, wobei zusätzlich ein Wärmeübertrager 13 vorgesehen ist, der das Kühlmittel 10, beispielsweise durch Luft, kühlt.The invention is also based on the general idea of specifying an electrical machine 2, for example an electric motor, with a rotor 1 described in the previous paragraphs. Alternatively, an electrical machine 2 is also conceivable, which is almost identical in design, but in which the screw conveyor 9 is not arranged in a rotationally fixed manner in the hollow rotor shaft 3, but is connected in a rotationally fixed manner to another component, for example a housing or a stator 11 and thereby functioning as an Archimedean screw together with the rotating hollow rotor shaft 3, into which the screw conveyor 9 protrudes. As a result, a higher conveying capacity can be achieved in comparison to a conveying screw 9 rotating with the hollow rotor shaft 3 . The electrical machine 2 can be installed in a motor vehicle 12, which can be designed as a hybrid or as an electric vehicle, for example, with a heat exchanger 13 also being provided, which cools the coolant 10, for example with air.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 12 bietet dabei den großen Vorteil, dass eine Rotorkühlung durch eine Kühlmittelbeaufschlagung ohne bislang erforderliche separate Kühlmittelpumpe und damit nicht nur kostengünstig, sondern auch äußerst zuverlässig arbeitend geschaffen werden kann. Durch den Wegfall der bislang erforderlichen separaten Kühlmittelpumpe lassen sich nicht nur die Teilevielfalt und damit die Lager- und Logistikkosten reduzieren, sondern auch ein Montageaufwand, ein Bauraumbedarf sowie ein Steuerungs- und Verkabelungsaufwand. Das Kühlmittel strömt dabei aufgrund der Förderleistung der Förderschnecke 9 vom Eingangsbereich 6 über die Kühlleitung 5 weiter durch die Rotorwicklungen 4 und/oder durch die Zwischenräume zwischen den Rotorwicklungen 4, zurück in die Rotorwelle 3 im Bereich des Ausgangsbereichs 8 und von dort weiter über den Wärmeübertrager 13 wieder zurück zum Eingangsbereich 6 des Rotors 1.The motor vehicle 12 according to the invention offers the great advantage that the rotor can be cooled by applying coolant without the previously required separate coolant pump and thus not only cost-effectively but also extremely reliably. By eliminating the separate coolant pump previously required, not only can the variety of parts and thus the storage and logistics costs be reduced, but also the assembly effort, the installation space requirement and the control and wiring requirements lung effort. Due to the conveying capacity of the screw conveyor 9, the coolant flows from the input area 6 via the cooling line 5 through the rotor windings 4 and/or through the spaces between the rotor windings 4, back into the rotor shaft 3 in the area of the output area 8 and from there on via the heat exchanger 13 back to the input area 6 of the rotor 1.

Claims

Rotor (1) for an electrical machine (2), - with a partially hollow rotor shaft (3), on the outer surface of which rotor windings (4) are arranged, - with a coolant line (5) which extends through an input area (6) of the hollow rotor shaft (3) to the outside through at least one or more of the rotor windings (4) and/or through at least one intermediate space arranged between two adjacent rotor windings (4) in the axial direction (7) through and from there back into an exit area (8) of the hollow rotor shaft (3), - wherein in the input area (6) and/or in the output area (6) of the hollow rotor shaft (3) at least one conveyor screw (9) for conveying coolant (10) through the coolant line (5) is/is provided.

rotor after claim 1 , characterized in that the screw conveyor (9) is designed as a separate insert part and is arranged in the hollow rotor shaft (3).

rotor after claim 2 , characterized in that the insert part is designed as a plastic injection molded part or as a metal part.

rotor after claim 1 , characterized in that the screw conveyor (9) and the hollow rotor shaft (3) are formed in one piece.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that after leaving the inlet region (6), the coolant line (5) divides into at least two parallel sections which run in two separate rotor windings (4) or intermediate spaces in the axial direction (7).

Rotor after one of Claims 1 until 4 , characterized in that the coolant line (5) is designed in such a way that at least some, preferably all of the rotor windings (4) or intermediate spaces can be flowed through one after the other.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow rotor shaft (3) is solid between the input area (6) and the output area (8) or has a wall and is therefore closed in the axial direction (7).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the rotor windings (4) are designed as hollow conductors.

electric machine (2), - With a rotor (1) according to any one of the preceding claims or - with a conveyor screw (9) projecting into the entry area (6) of the hollow rotor shaft (3) and/or a conveyor screw (9) projecting into the exit area (8) of the hollow rotor shaft (3) for conveying coolant (10) through the Coolant line (5) rotatable relative to the hollow rotor shaft (3).

Motor vehicle (12) with an electric machine (2). claim 9 .

motor vehicle after claim 10 , characterized in that the motor vehicle (12) is an electric vehicle or a hybrid vehicle.

motor vehicle after claim 10 or 11 , characterized in that a heat exchanger (13) is provided which is communicatively connected to the coolant line (5).