AT525415A1 - Elektrische Maschine und Antriebseinheit mit einer solchen elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem durch Kühlflüssigkeit (4) kühlbaren Rotor (3). Die elektrische Maschine (1) umfasst eine Rotorwelle (9) mit einer Rotordrehachse (2), und ein auf der Rotorwelle (9) drehfest angebrachtes Lamellenpaket (8) aus einer Mehrzahl von entlang der Rotordrehachse (2) aneinandergereihten, magnetisierbaren Rotorlamellen (10). An wenigstens einem axialen Stirnende (6, 7) des Lamellenpakets (8) ist eine Zentrifugalkräfte nutzende Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) für die dem Lamellenpaket (8) zuzuführende Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, welche Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulauf (14) und wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Ablauf (15) aufweist. Ein Radialabstand (R1) des wenigstens einen Kühl- flüssigkeits-Ablaufs (15) relativ zur Rotordrehachse (2) ist größer bemessen als ein Radialabstand (R2) des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulaufs (14) relativ zur Rotordrehachse (2). Damit kann mit eine funktionszuverlässige, möglichst wartungsarme und zugleich intensive Kühlung der elektrischen Maschine (1) erreicht werden.

Description

elektrischen Maschine ausgestattet ist, wie dies in den Ansprüchen angegeben ist.

Die JPH09163682A beschreibt einen gekühlten Rotor einer elektrischen Maschine, deren Rotordrehzahl mehr als 3.600 U/min überschreiten kann. Dabei ist der Rotor mit einer Umkapselung versehen, welche Umkapselung einen Hohlzylinder und stirnseitige Abschlussplatten an den axialen Enden des Hohlzylinders umfasst. Der Hohlzylinder ist derart dimensioniert, dass dessen innere Mantelfläche gegenüber der äußeren Zylindermantelfläche des Rotors distanziert ist und so einen hohlzylindrischen Ringspalt um den Rotor ausbildet. Der hohlzylindrische Ringspalt ist für die Hindurchführung von Kühlflüssigkeit vorgesehen. Diese Kühlflüssigkeit wird durch externe Druckbeaufschlagung ausgehend von einer Pumpe einem ersten axialen Ende der Rotorwelle zugeführt. Insbesondere wird die Kühlflüssigkeit über eine erste axiale Zentrumsbohrung in der Rotorwelle dem Inneren der Umkapselung zugeführt und unter entsprechendem Druck in den hohlzylindrischen Ringspalt injiziert. Über eine zweite axiale Zentrumsbohrung am zweiten axialen Ende der Rotorwelle wird die Kühlflüssigkeit vom Rotor wieder abgeleitet. Diese bekannte Rotorkühlung ist konstruktiv aufwändig und hat negative Auswirkungen auf die elektrische bzw. elektromagnetische Performance der elektrischen

Maschine.

Die DE102019211555A1 offenbart eine Kühlfluidführungsanordnung zum Kühlen eines mit einer Rotorwelle verbundenen Rotors einer elektrischen Maschine. Dabei ist ein geschlossener Kühlfluidkreislauf vorgeschlagen, in welchen eine Kühl-

fluidführungshülse eingebunden ist. Die Rotorwelle ist axial zweiteilig ausgeführt,

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Rotorwelle konstruktiv aufwändig und dadurch relativ kostenintensiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine elektrische Maschine mit einem durch Kühlflüssigkeit kühlbaren Rotor zur Verfügung zu stellen, wobei diese Kühlmaßnahmen eine möglichst geringe bauliche Komplexität aufweisen sollen, möglichst kostengünstig implementierbar sein sollen und die erzielbare Performance der elektrischen Maschine möglichst wenig bzw. nicht beeinträchtigen sollen. Zudem ist eine opti-

mierte Antriebseinheit für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß den Ansprüchen ge-

löst.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen durch Kühlflüssigkeit kühlbaren Rotor auf. Die Kühlflüssigkeit ist vorzugsweise für eine Zirkulation durch den Rotor bzw. dessen Lamellenpaket vorgesehen. Der entsprechende Rotor umfasst eine Rotorwelle, welche eine Rotordrehachse definiert. Auf der Rotorwelle ist ein Lamellenpaket drehfest angebracht, welches Lamellenpaket eine Mehrzahl von entlang der Rotordrehachse aneinandergereihte, magnetisierbare Rotorlamellen aufweist. Das Lamellenpaket kann aus spaltfrei aneinander gereihten Scheiben aus Elektroblech gebildet sein. An wenigstens einem axialen Stirnende des

Rotors bzw. des Lamellenpakets ist eine Zentrifugalkräfte und Drehbewegungen

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nen Kühlflüssigkeits-Zulaufs relativ zur Rotordrehachse.

Durch die angegebene Förder- und Verteilungsvorrichtung ist es nicht zwingend erforderlich eine zusätzliche bzw. extern zum Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnete Kühlmediumpumpe für die Kühlung des Rotors vorzusehen. Beispielsweise kann ein Kühlflüssigkeits-Teilstrom einer ohnehin vorhandenen Pumpe, insbesondere einer Getriebeölpumpe oder einer Hydraulikölpumpe, abgezweigt und dazu genutzt werden, um die am Rotor bzw. an der Rotorwelle der elektrischen Maschine angeordnete Förder- und Verteilungsvorrichtung mit einer entsprechenden Menge an Kühlflüssigkeit, wie zum Beispiel Getriebe- oder Hyd-

rauliköl, zu versorgen.

Der Druck des Kühlmediums am Kühlflüssigkeits-Zulauf der Förder- und Verteilungsvorrichtung kann sehr gering sein, insbesondere nur als Schwerkraftzulauf bzw. als offenes FlieRgefälle für die Kühlflüssigkeit ausgeführt sein, also ohne nennenswerter Druckanhebung durch die vorgeschaltete Pumpe bzw. ohne Einhaltung eines Mindest-Fluiddruckes. Vielmehr wird die Druckanhebung von der gemeinsam bzw. synchron mit dem Rotor rotierenden Förder- und Verteilungsvorrichtung genutzt, um die drucklos bzw. nahezu drucklos zugeführte Kühlflüssigkeit gegenüber dem Rotor bzw. dessen Lamellenpaket zu verteilen. Dementsprechend ist eine dem Lamellenpaket des Rotors unmittelbar zugeordnete Schleuder- bzw.

Zentrifugalpumpe für Kühlflüssigkeit ausgebildet.

Vorteilhaft ist auch, dass aufwändige Drehdurchführungen bzw. Wellendichtringe zwischen rotierenden und feststehenden Elementen der elektrischen Maschine vermieden werden können, weil die Förder- und Verteilungsvorrichtung ein Be-

standteil des Rotors ist bzw. integraler Bestandteil der elektrischen Maschine ist

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keit erfolgen kann.

Die Zentrifugalkräfte nutzende Förder- und Verteilungsvorrichtung ist drehfest mit der Rotorwelle und/oder dem Lamellenpaket verbunden und dazu eingerichtet, den Druck der Kühlflüssigkeit am Kühlflüssigkeits-Ablauf gegenüber dem Druck der Kühlflüssigkeit am Kühlflüssigkeits-Zulauf anzuheben. Dementsprechend ist die Förder- und Verteilungsvorrichtung mit dem Rotor drehbewegungsgekoppelt und ist damit Drehzahlsynchronität sichergestellt. Der Aufbau ist dadurch struktureil möglichst einfach und langfristig funktionszuverlässig. Darüber hinaus ist

dadurch eine kompakte und robuste Baugruppe erzielbar.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die Förder- und Verteilungsvorrichtung unter Zwischenschaltung eines Getriebes, insbesondere eines Untersetzungsgetriebes, mit der Rotorwelle und/oder dem Lamellenpaket drehbeweglich verbunden ist, um so voneinander unterschiedliche Drehzahlen zwischen der Förder- und Verteilungsvorrichtung und dem Rotor zu erzielen und so den Förder- bzw. Verteilungsdruck der Kühlflüssigkeit unterhalb eines oberen Grenzwertes zu halten. Ein solch zwischengeschaltetes Getriebe erhöht jedoch den konstruktiven bzw. baulichen

Aufwand.

Entsprechend einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann der Kühlflüssigkeits-Zulauf dazu vorgesehen sein, Kühlflüssigkeit vorzugsweise nur unter Schwerkrafteinwirkung bzw. nur mit Umgebungsdruck der Förder- und Verteilungsvorrichtung zuzuführen. Ein quasi offenes FlieRgefälle für die zuzuführende Kühlflüssigkeit erübrigt in vorteilhafter Art und Weise aufwändige Abdichtungsmaßnahmen und allfällige Wartungszyklen. Der für eine effektive Kühlmittelverteilung und Kühlung des Rotors benötigte Druck der Kühlflüssigkeit wird in einfacher Art und Weise durch Zentrifugalkräfte ausgehend von der Förder- und Verteilungsvorrichtung bzw. ausgehend von der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine bestimmt bzw.

mitbestimmt.

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Kühlmediumpumpe mit sehr geringer Antriebsleistung betrieben werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein erstes Andrückelement zum Aufbringen einer axialen Andrückkraft gegenüber einem ersten axialen Stimende des Lamellenpakets ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Lamellen bzw. vordefinierte Lamellen-Teilpakete des Lamellenpakets in Axialrichtung fest aneinandergedrückt werden, sodass sie möglichst spaltfrei bzw. vollflächig aneinander anliegen. Bei einer Ausbildung von Kühlkanälen durch das Lamellenpaket hindurch, also innerhalb des Lamellenpakets, können so unerwünschte Leckagen mit Kühlflüssigkeit zwischen einzelnen Lamellen

hintan gehalten werden.

Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform kann ein zweites Andrückelement zum Aufbringen einer axialen Andrückkraft gegenüber einem zweiten axialen Stirende des Lamellenpakets ausgebildet sein. Dadurch kann eine über die axiale Länge des Lamellenpakets möglichst homogene, gegenseitige Anpressung der einzelnen Lamellen erzielt werden. Insbesondere durch Reibungskräfte bedingte Ungleichheiten in der gegenseitigen Anpresskraft können so besser

hintan gehalten werden.

Zumindest eines der Andrückelemente kann eine Druckscheibe bzw. Druckplatte und eine Gewindemutter umfassen. Eines der axialen Andrückelemente gegenüber dem Lamellenpaket könnte auch als einteilig mit der Rotorwelle ausgebilde-

tes Widerlager, insbesondere als Flansch, ausgeführt sein.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Mehrzahl von über den Kreisquerschnitt des Rotors verteilt angeordneter Kühlflüssigkeitskanäle ausgebil-

det, welche das Lamellenpaket in axialer Richtung des Rotors durchsetzen, wobei

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der Druck der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanälen relativ gering gehalten werden.

Zweckmäßig ist es, wenn der Druck der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanälen auch bei Maximaldrehzahl des Rotors unter 10 bar bleibt. Der Maximaldruck der Förderund Verteilungsvorrichtung bei der Maximaldrehzahl des Rotors kann in einfacher Art und Weise durch die Geometrie derselben vorbestimmt werden, insbesondere durch die Radialabstände des Kühlflüssigkeits-Zulaufes und des KühlflüssigkeitsAblaufes anforderungsgerecht beeinflusst werden. Das Problem von Leckagen in Querrichtung zur Kanalerstreckung kann dadurch gering gehalten werden. Darüber hinaus kann mit einfachen bzw. standardmäßigen DichtmaßRnahmen das Auslangen gefunden werden bzw. können die Anforderungen an die Dichtwirkung

zwischen den einzelnen Lamellen einfach und kostengünstig erfüllt werden.

Vorzugsweise verlaufen die Kühlkanäle durchgängig zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Stirnende des Lamellenpakets. Die Förder- und Verteilungsvorrichtung speist die einzelnen Kühlkanäle mit Kühlflüssigkeit, welche in weiterer Folge für den Abtransport von Wärme aus dem Inneren des Lamellenpakets sorgt. Dadurch ist eine gute Kühlwirkung erzielbar, nachdem die Wärme unmittelbar aus dem Inneren des Lamellenpakets abgeführt wird bzw. nahe an der Quelle der Ver-

lustwärme von der Kühlflüssigkeit aufgenommen werden kann.

Die Kühlflüssigkeitskanäle laufen in Axialrichtung durch das Lamellenpaket hindurch. Sie sind jeweils in sich geschlossen ausgeführt, also in Querrichtung zu deren Längsachsen umgrenzt bzw. geschlossen. Die Kühlflüssigkeitskanäle können in Art von Bohrungen mit kreisförmigem oder annähernd rundem, insbesondere

mit elliptischen oder mehreckigem Querschnitt ausgeführt sein.

Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn die Förder- und Verteilungsvorrichtung einen Ringkanal im oder am ersten Andrückelement umfasst, wobei die Kühl-

flüssigkeitskanäle im Lamellenpaket mit dem Ringkanal fluidisch gekoppelt sind.

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fektiv und funktionsstabil.

Zweckmäßig ist es, wenn die Förder- und Verteilungsvorrichtung für die Kühlflüs-

sigkeit flügellos ausgeführt ist. Insbesondere kann der umlaufende Ringkanal bzw. der Ringkanalboden der Förder- und Verteilungsvorrichtung glatt bzw. ebenflächig ausgebildet sein, also ohne radiale Vorsprünge ausgeführt sein. Dies ergibt einen

möglichst einfachen, gewichtsarmen und robusten Aufbau.

Die Förder- und Verteilungsvorrichtung ist vorteilhaft innerhalb des Aussengehäuses der elektrischen Maschine angeordnet, also vom Gehäuse der elektrischen Maschine umgeben. Zudem nutzt die Förder- und Verteilungsvorrichtung für deren

Betrieb die Rotationsenergie des Rotors der elektrischen Maschine.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Ringkanal radial innen liegend den Kühlflüssigkeits-Zulauf aufweist und radial weiter außen liegend den zumindest einen Kühlflüssigkeits-Ablauf aufweist. In einfacher Art und Weise kann dadurch der von der Kühlflüssigkeit ausgeübte Druck kontrolliert bzw. unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes gehalten werden. Vor allem durch geeignete Wahl der radialen Höhe der Flüssigkeitssäule, welcher durch die Radialabstände der Kühlflüssigkeits-Zuläufe und Kühlflüssigkeits-Abläufe beeinflussbar ist, und durch geeignete Wahl des radialen Abstandes der Flüssigkeitssäule von der Rotordrehachse kann der Druck der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanälen respektive gegenüber dem Lamellenpaket beeinflusst bzw. bedarfsgerecht eingestellt, insbesondere limitiert werden. Insbesondere kann dadurch in einfacher Art und Weise der von der Kühlflüssigkeit ausgeübte Druck in den Kühlkanälen innerhalb eines für die Dichtheitsanforderungen des Lamellenpakets beherrschbaren Druckbereichs bzw. unterhalb

eines vorbestimmten, oberen Druck-Grenzwertes gehalten werden.

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flüssigkeit, beispielsweise ein Ölring, gebildet wird.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Kühlflüssigkeits-Zulauf in Radialrichtung nach außen gegenüber einer äußeren Mantelfläche der Rotorwelle distanziert angeordnet ist. Dadurch wird eine Zuführung der Kühlflüssigkeit entlang der Rotationsachse des Rotors bzw. über das Zentrum der Rotorwelle vermieden und kann so der in der Kühlflüssigkeit aufgebaute, fliehkraftabhängige Druck auch bei hohen Drehzahlen des Rotors gut beherrschbar gehalten werden. Leckagen der Kühlflüssigkeit zwischen den Seiten- bzw. Hauptflächen von aneinander gereihten Rotorlamellen können so zuverlässig vermieden werden bzw. kann mit einfachen Abdichtungs- und/oder Anpressmaßnahmen für das Lamellenpaket das

Auslangen gefunden werden.

Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass der Radialabstand des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulaufs relativ zur Rotordrehachse größer bemessen ist als der größte Radius der Rotorwelle. Der Druck einer im Lamellenpaket des Rotors befindlichen Kühlflüssigkeit bleibt dadurch auch bei hohen Rotordrehzahlen relativ gering bzw. in einem gut beherrschbaren Wertebereich. Insbesondere kann dadurch ein unerwünschter Austritt von Kühlflüssigkeit aus den Kühlkanälen, insbesondere zwischen unmittelbar benachbarten Lamellen des Lamellenpakets, auch bei hohen Drehzahlen des Rotors hintan gehalten werden. Dementsprechend können die Anforderungen an die Abdichtung im Bereich zwischen den einzelnen Lamellen relativ gering gehalten werden bzw. kann dadurch sogar mit standardmäßigen Abdichtungskonzepten auch bei hohen Rotordrehzahlen ein unerwünschter Austritt von Kühlflüssigkeit zwischen einzelnen Lamellen des Lamellenpakets vermieden werden. Zwischen benachbarten La-

mellen austretende Kühlflüssigkeit würde in den möglichst eng auszuführenden

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aufgebaut werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt ist, welche Hohlwelle von einer Abtriebswelle eines Untersetzungsgetriebes zentrisch durchsetzbar ist, und welches Untersetzungsgetriebe eingangsseitig mit der Rotorwelle drehbewegungsverbunden ist. Bei einer solchen Hohlwelle des Rotors, welche von einer Getriebe-Abtriebswelle durchsetzt ist, ist die erzielbare Kühlwirkung für das Lamellenpaket relativ schlecht, wenn die Kühlflüssigkeit über den verbleibenden hohlzylindrischen Ringspalt in der Hohlwelle zugeführt wird. Abhilfe schafft hier die Versorgung der Kühlkanäle innerhalb des Lamellenpaketes

mit in Axialrichtung hindurchgeleiteter Kühlflüssigkeit.

Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn der Ringkanal zumindest abschnittsweise von einem im Querschnitt im Wesentlichen L- oder U-förmigen Metallring begrenzt ist, welcher Metallring an einer axial äußeren Stirnfläche des ersten Andrückelementes befestigt ist, Insbesondere mittels einem Presssitz mit dem ersten Andrückelement verbunden ist. Dadurch ist ein Ringkanal ausführbar, welcher möglichst geringes Gewicht aufweist und produktionstechnisch vorteilhaft hergestellt werden kann. Zudem kann die Querschnittsgeometrie des Ringkanals optimal bzw. einfach an fluidtechnische Anforderungen, wie beispielsweise Strömungsturbulenzen,

angepasst werden.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass dem zweiten axialen Stirnende des Rotors bzw. des Lamellenpakets ein ringförmiger Kühlflüssigkeits-Sammelkanal

zugeordnet ist, dessen Zentrumspunkt auf der Rotordrehachse liegt und dessen Ringebene quer zur Rotordrehachse verläuft. Dadurch kann die aus den Kühlkanälen jeweils austretende Kühlflüssigkeit auch bei hohen Drehzahlen des Rotors zuverlässig gesammelt werden. Durch eine in Bezug auf die Vertikalrichtung am unteren Ende bzw. im unteren Abschnitt des Sammelkanals liegende Ablauföff-

nung kann die Kühlflüssigkeit gesammelt und zielgerichtet abgeleitet werden,

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ohne dass übermäßige Verwirbelungen bzw. Aerosol-Bildungen ausgehend von

der Kühlflüssigkeit verursacht werden.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Kühlflüssigkeits-Sammelkanal einen Kühlflüssigkeits-Sammelring umfasst, welcher mit einem Gehäuse oder mit dem Stator der elektrischen Maschine drehfest bzw. starr verbunden ist und zur kumulierenden Aufnahme von aus den Kühlflüssigkeitskanälen des Lamellenpakets austretender Kühlflüssigkeit vorgesehen ist. Dadurch ist ein ringförmiger Sammelkanal ausführbar, welcher möglichst geringes Gewicht aufweist und produktionstechnisch vorteilhaft hergestellt werden kann. Der relativ zum Rotor feststehend bzw. starr angeordnete Sammelkanal kann dabei auch als Zyklon für die aus dem Rotor austretende Kühlflüssigkeit wirken und kann so eine übermäßige Aerosolbildung mit der Kühlflüssigkeit innerhalb des Gehäuses der elektrischen

Maschine hintan halten.

Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass der KühlflüssigkeitsSammelkanal und/oder der Kühlflüssigkeits-Sammelring an seinem in Vertikalrichtung untersten Punkt oder unteren Teilabschnitt einen Ableitungsdurchbruch für angesammelte Kühlflüssigkeit aufweist, welcher Ableitungsdurchbruch zur fluidischen Verbindung des Kühlflüssigkeits-Sammelkanals mit einem KühlflüssigkeitsSpeicher vorgesehen ist, insbesondere zur fluidischen Verbindung mit einem Ölsumpf in einem dem Elektromotor nachgeschalteten Getriebe vorgesehen ist. Dadurch ist in einfacher Art und Weise ein geschlossener Kreislauf für eine durch Öl gebildete Kühlflüssigkeit aufbaubar. Zudem kann so das im Getriebe vorhandene Öl auch zur Kühlung des Rotors bzw. dessen Lamellenpakets genutzt wer-

den.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kühlflüssigkeitskanäle im Lamellenpaket achsparallel zur Rotordrehachse verlaufen. Dies unterstützt eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit der elektri-

schen Maschine.

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Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Kühlflüssigkeitskanäle im Lamellenpaket durch fluidisch miteinander kommunizierende Durchbrüche in einer Mehrzahl von einzelnen Lamellen-Teilpaketen, sogenannten „Lamellen-Stacks“, ausgebildet sind und diese Lamellen-Teilpakete entlang der Rotordrehachse unmittelbar aneinandergereiht sind. Dadurch können in einfacher Art und Weise auch relativ

lange Kühlflüssigkeitskanäle innerhalb des Lamellenpakets ausgebildet werden.

Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn das erste Andrückelement am ersten axialen Stirnende und das zweite Andrückelement am zweiten axialen Stirnende des Lamellenpakets baulich und geometrisch identisch ausgebildet sind. Dadurch ist ein Gleichteilekonzept geschaffen; welches einen kostengünstigen Aufbau der

elektrischen Maschine unterstützt.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder das zweite Andrückelement zum Anbringen von Materialabtragungen zum Auswuchten des Rotors vorgesehen ist, insbesondere zum Anbringen von Auswuchtungsbohrungen vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise besitzt dadurch das wenigstens eine Andrückelement Multifunktionalität, nämlich eine Anpressfunktion für die Rotorlamellen, eine Zuführungs- und Verteilungsfunktion für Kühlflüssigkeit gegenüber den Rotor-

lamellen, und eine Auswuchtfunktion für den Rotor der elektrischen Maschine.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Antriebseinheit für ein Elektro-

fahrzeug gelöst, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.

Diese Antriebseinheit umfasst eine elektrische Maschine und ein der elektrischen Maschine nachgeschaltes Untersetzungsgetriebe, wobei die elektrische Maschine gemäß den Ansprüchen ausgebildet ist. Die damit erzielbaren technischen Effekte und vorteilhaften Wirkungen sind den vorstehenden und den nachfolgenden Be-

schreibungsteilen zu entnehmen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer und fallweise partieller

Darstellung:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine und ein nachgeschaltetes Getriebe, welche elektrische Maschine einen offenen bzw. gerinneartig ausgeführten Zulauf für Kühlflüssigkeit gegenüber einer ro-

torseitig angeordneten Förder- und Verteilungsvorrichtung aufweist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die elektrische Maschine bzw. durch deren Ro-

tor nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine und ein nachgeschaltetes Getriebe, welche elektrische Maschine einen geschlossenen bzw. druckkanalartig ausgeführten Zulauf für Kühlflüssigkeit gegenüber einer rotorseitig angeordneten Förder- und Verteilungsvorrichtung auf-

weist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die elektrische Maschine bzw. durch deren Ro-

tor nach Fig. 2;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine mit einem innenliegenden Rotor, wobei an einem axialen Stirnende des Lamellenpakets des Rotors eine Zentrifugalkräfte nutzende Förder- und Verteilungsvor-

richtung für Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 im Längsschnitt, insbesondere entlang ihrer Rotordrehachse 2. Die Fig. 2 zeigt einen stark schematischen Querschnitt der elektrischen Maschine 1. Während dem Betrieb der elektrischen Maschine 1, also während einer Beaufschlagung derselben

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mit elektrischer Versorgungsenergie, wird zumindest deren Rotor 3 aktiv gekühlt, insbesondere mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit 4 zur Ableitung von Wärme-

energie beaufschlagt.

Hierfür ist eine Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 für die Kühlflüssigkeit 4 ausgebildet, welche Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 Zentrifugalkräfte ausgehend von dem sich während des Betriebs der elektrischen Maschine 1 drehenden Rotors 3 nutzt. Die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 ist unmittelbar am ersten und/oder zweiten axialen Stirnende 6, 7 eines Lamellenpakets 8 des Rotors 3 po-

sitioniert bzw. angebracht.

Das magnetisch relevante Lamellenpaket 8 ist drehfest bzw. starr auf einer Rotorwelle 9 befestigt. Die Rotorwelle 9 definiert die Rotordrehachse 2 des Rotors 3. Das Lamellenpaket 8 weist in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl von entlang der Rotordrehachse 2 aneinandergereihte, insbesondere möglichst spaltfrei aneinander liegende, magnetisierbare Rotorlamellen 10 auf. Diese in Axialrichtung, dh. entlang der Rotordrehachse 2 quasi gestapelten Rotorlamellen 10 weisen typischerweise eine entlang der Rotordrehachse 2 gemessenen Dicke von weniger als 1 mm auf. Entsprechend der dargestellten Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Rotorlamellen 10 gebündelt bzw. kombiniert sein, insbesondere Lamellen-Teilpakete 11 bzw. sogenannte Lamellen-Stacks ausbilden. Mehrere entlang der Rotordrehachse 2 aneinander gereihte Lamellen-Teilpakete 11, beispielsgemäß sechs gleichartige Lamellen-Teilpakete 11, bilden sodann das magnetisierbare Lamellenpaket 8 aus. Alternativ kann das Lamellenpaket 8 ohne LamellenTeilpakete 11 ausgeführt sein, also aus einer Vielzahl von einzelnen Lamellen 10

zusammengesetzt sein.

Wie an sich bekannt, können die einzelnen Lamellen 10 elektrisch voneinander isoliert und miteinander verklebt sein, insbesondere über eine Klebe- und/oder Iso-

lationsschicht an ihren Seiten- bzw. Anlageflächen miteinander verbunden sein.

Wie vor allem aus Fig. 2 ersichtlich ist, können im Lamellenpaket 8 mehrere Auf-

nahmekanäle 12 ausgeführt sein, welche zur Aufnahme bzw. Halterung von Per-

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manentmagneten 13 vorgesehen sind. Diese Mehrzahl an einzelnen Permanentmagneten 13 ist im Wesentlichen über den Kreisumfang bzw. die Mantelfläche des Rotors 3 verteilt angeordnet. Die entsprechende Anordnung bzw. Verteilung und Anzahl der Permanentmagnete 13 bestimmt die magnetische Polzahl bzw. Polpaarzahl des Rotors 3. Die Aufnahmekanäle 12 verlaufen vorzugsweise in ei-

nem Winkel zum Radius des Rotors 3.

Die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 für die Kühlflüssigkeit 4, welche die Rotationsbewegungen bzw. Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors 3 nutzt, weist wenigstens einen Kühlflüssigkeit-Zulauf 14 und wenigstens einen Kühlflüssigkeit-Ablauf 15 auf. Ein Radialabstand R1 des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Ablaufs 15 relativ zur Rotordrehachse 2 ist dabei größer, als ein Radialabstand R2 des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulaufs 14 relativ zur Rotordrehachse 2. Damit kann der von der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 aufgebaute Fluiddruck der Kühlflüssigkeit 4 bei der Nenn- bzw. Maximaldrehzahl des Rotors 3 bzw. innerhalb des Nenndrehzahl-Bereiches des Rotors 3 auf ein vorbestimmtes Maß bzw. auf einen vorbestimmten Wertebereich gegenüber dem Zuführdruck des

Kühlmittels 4 bzw. gegenüber dem Umgebungsdruck angehoben werden.

Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform beträgt die radiale Differenz AR zwischen dem zumindest einen stationären Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 und dem zumindest einen während dem Betrieb der elektrischen Maschine 1 rotierenden Kühlflüssigkeits-Ablauf 15 weniger als 15 mm, vorzugsweise weniger als 10 mm,

insbesondere weniger als 5 mm.

Die Kühlflüssigkeit 4 kann Wasser umfassen, welches mit rostschützenden und/oder frostschützenden Zusätzen, beispielsweise Glykol, versetzt sein kann. Ebenso können andere Fluide verwendet werden, wie zum Beispiel Öle, insbesondere auch Öle von ohnehin vorhandenen Getriebe- und/oder Hydraulikkomponenten eines Kraftfahrzeuges, welches Kraftfahrzeug mittels der anspruchsgemäßen

elektrischen Maschine 1 antreibbar ist.

Die Flieh- bzw. Zentrifugalkräfte Fz nutzende Förder- und Verteilungsvorrichtung 5

ist drehfest mit der Rotorwelle 9 bzw. dem Lamellenpaket 8 verbunden und dazu

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eingerichtet, den Druck der Kühlflüssigkeit 4 am Kühlflüssigkeits-Ablauf 15 gegen-

über dem Druck der Kühlflüssigkeit 4 am Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 anzuheben.

Die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 rotiert im Betrieb der elektrischen Maschine 1 um die Rotordrehachse 2, insbesondere herrscht dabei Drehzahl-Synchronität bzw. Drehzahl-Gleichheit zwischen dem Rotor 3 und der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5. Die von dem rotierenden Rotor 3 verursachte, respektive die von der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 ausgeübte Zentrifugal- bzw. Fliehkraft Fz wirkt auf die zugeführte Kühlflüssigkeit 4 ein. Neben der Winkelgeschwindigkeit w des Rotors 3 ist auch die Masse m bzw. die Dichte p der Kühlflüssigkeit 4 ein Einflussfaktor auf den von der Kühlflüssigkeit 4 ausgeübten Druck p gegenüber dem Lamellenpaket 8 bzw. gegenüber dem wenigstens einen Kühlflüssigkeitskanal 22. Insbesondere können die Zusammenhänge bzw. die wesentlichen Einflussfaktoren auf den fliehkraftabhängigen Druck p durch folgende For-

meln dargestellt werden:

Fz=mwir _ R2 p=pWw? ff, AR

Der Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 ist dazu vorgesehen, Kühlflüssigkeit 4 unter Schwerkrafteinwirkung bzw. mit Umgebungsdruck zuzuführen. Dementsprechend ist vorzugsweise ein auf einem offenen FlieRgefälle 16 basierender bzw. druckloser Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 für die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 vorgesehen. Wie der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zu entnehmen ist, kann der Flüssigkeits-Zulauf 14 eine stationäre bzw. gehäusefeste Fließkante 17, insbesondere eine Tropf- bzw. Flüssigkeitsnase umfassen, welche als Grenzkante zwischen dem stationären Abschnitt und dem rotierenden Abschnitt des Flüssigkeits-Zulaufes 14 fungiert. Unmittelbar nach dieser Fließkante 17 wird die Kühlflüssigkeit 4 an die bzw. in die rotierend gelagerte Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 übergeben bzw. übergeleitet. Dadurch kann auf aufwändige Drehdurchführungen oder auf Abdichtungsmaßnahmen mit komplexen und wartungsanfälligen Dichtelemen-

ten, wie zum Beispiel Wellendichtringen (Simmeringe), verzichtet werden.

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Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 kann das offene FlieRgefälle 16 zur Zuführung von Kühlflüssigkeit 4 zur Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 in Bezug auf die Längsmittelebene der elektrischen Maschine 1 unterhalb eines Drehlagers der Rotorwelle 9 verlaufen. Insbesondere verläuft das offene Fließgefälle 16 nicht durch das Rotor-Drehlager hindurch, sodass Verwirbelungen der Kühlflüssigkeit 4 durch das Rotor-Drehlager hintan gehalten sind. Beispielsgemäß ist dieses Rotor-

Drehlager als Kugellager ausgeführt.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen, auf einem offenen FlieRgefälle 16 basierenden Kühlflüssigkeits-Zufuhr in die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 kann auch vorgesehen sein, die Kühlflüssigkeit 4 ausgehend von einer extern zur elektrischen Maschine 1 angeordneten Pumpe mit einem Druck von weniger als 1 bar, insbesondere weniger als 0,5 bar, der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5

zuzuführen.

Die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 umfasst einen in sich geschlossenen Ringkanal 18 für die Kühlflüssigkeit 4, welcher Ringkanal 18 in Bezug auf seine Ringebene 19 um die Rotordrehachse 2 rotierbar ist. Vorzugsweise ist der Ringkanal 18 in und/oder an einem ersten Andrückelement 20 ausgebildet. Dieses erste Andrückelement 20 ist zum Aufbringen einer axialen Andrückkraft gegenüber dem ersten axialen Stirnende 6 des Lamellenpakets 8 vorgesehen. Der Ringkanal 18 weist in Radialrichtung vergleichsweise weiter innen liegend den KühlflüssigkeitsZulauf 14 auf und weist in Radialrichtung vergleichsweise weiter außen liegend

den zumindest einen Kühlflüssigkeits-Ablauf 15 auf.

Der während dem Betrieb der elektrischen Maschine 1 rotierende Ringkanal 18 kann zumindest abschnittsweise von einem im Querschnitt im Wesentlichen L- oder U-förmigen Metallring 21 begrenzt sein. Der Metallring 21 kann an einer axial äußeren Stirnfläche des ersten Andrückelementes 20 befestigt sein, insbesondere

mittels einem Presssitz mit dem ersten Andrückelement 20 fest verbunden sein.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2, aber auch bei der nachstehend im Detail beschriebenen Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4, ist eine Mehr-

zahl von über den Kreisquerschnitt —- Fig. 2 —- des Rotors 3 verteilt angeordneter

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Kühlflüssigkeitskanäle 22 ausgebildet ist, welche das Lamellenpaket 8 in axialer Richtung des Rotors 3 durchsetzen. Die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 ist dabei dazu eingerichtet, zugeführte Kühlflüssigkeit 4 in diese Mehrzahl von Kühlflüssigkeitskanälen 22 überzuleiten. Dadurch ist eine Wärmeabfuhr unmittelbar aus dem Inneren bzw. aus dem Kern des Lamellenpakets 8 ermöglicht. Die Kühlflüssigkeitskanäle 22 verlaufen bevorzugt durchgehend zwischen dem ersten und zweiten axialen Stirnende 6, 7 des Lamellenpakets 8. Vorzugsweise verlaufen alle oder wenigstens einzelne der Kühlflüssigkeitskanäle 22 geradlinig, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Es ist auch ein von einer Gerade abweichender, insbesondere ein gekrümmter, wellenförmiger oder mäanderförmiger Verlauf von wenigstens einem

der Kühlflüssigkeitskanäle 22 möglich.

Die Kühlflüssigkeitskanäle 22 im Lamellenpaket 8 sind mit dem Ringkanal 18 fluidisch gekoppelt. Insbesondere bestehen fluidische Verbindungen zwischen den Kühlflüssigkeitskanälen 22 und dem Ringkanal 18 der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5. Dementsprechend weist die Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 eine Mehrzahl von Kühlflüssigkeits-Abläufen 15 auf, welche jeweils in die Kühlflüssig-

keitskanäle 22 übergehen.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine Mehrzahl von über den Kreisquerschnitt des Rotors 3 bzw. des Lamellenpakets 8 verteilt angeordneter, axial verlaufender Kühlkanäle 22 vorgesehen. Dabei können auch nahe zueinander positionierte Paare von Kühlkanälen 22 vorgesehen sein. Zweckmäßig kann es sein, die Kühlkanäle 22 nahe zu den Permanentmagneten 13 bzw. nahe zu deren Aufnahmekanäle 12 zu positionieren, wie dies in Fig. 2 beispielhaft ersichtlich ist. Die Kühlflüssigkeitskanäle 22 im Lamellenpaket 8 können achsparallel zur Rotordreh-

achse 2 verlaufen.

Wie weiters am besten den beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, kann ein zweites Andrückelement 30 zum Aufbringen einer axialen Andrückkraft gegenüber dem zweiten axialen Stirmende 7 des Lamellenpakets 8 ausgebildet sein. Alternativ könnte auch ein einteilig bzw. unlösbar mit der Rotorwelle 9 ausgebildetes Widerlager, insbesondere ein Stützflansch, vorgesehen

sein.

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Der Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 via das FließRgefälle 16 ist in einem in Vertikalrichtung unteren Teilabschnitt, insbesondere in der unteren Hälfte der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 ausgebildet und dementsprechend nur singulär bzw. innerhalb eines unteren Totpunktes bzw. innerhalb eines unteren Kreisabschnittes des Ringkanals 18 vorgesehen. Eine Zuführöffnung 23 für die Kühlflüssigkeit 4 des Rotors 3 kann im Aussengehäuse 24 der elektrischen Maschine 1 unterhalb der Rotordrehachse 2 positioniert sein. Insbesondere kann diese Zuführöffnung 23 in Bezug auf die Querschnittsebene des Rotors 3 in etwa auf Position 4 Uhr (120°) oder 8 Uhr (240°) vorgesehen sein, wie dies in Fig. 1 mit einem strichlierten Kreis schematisch angedeutet wurde. Dadurch wird eine Verwirbelung der zugeführten Kühlflüssigkeit 4 durch die Rotorwelle 9 bzw. durch die Getriebe-Abtriebswelle 25

hintan gehalten.

Der Zuführung von Kühlflüssigkeit 4 zur Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 erfolgt bei der Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 nicht über die als eine Hohlwelle 26 ausgeführte Rotorwelle 9. Die Zuführung erfolgt über das außerhalb der Hohl-

welle 26 verlaufende, offene FlieRgefälle 16 für die Kühlflüssigkeit 4.

Bei der in den Fig. 1, 2 und auch bei der in den Fig. 3, 4 gezeigten Ausführungsform ist die Rotorwelle 9 als Hohlwelle 26 ausgeführt, welche Hohlwelle 26 von einer Abtriebswelle 25 eines nicht näher dargestellten Untersetzungsgetriebes 27 zentral durchsetzbar ist, und welches Untersetzungsgetriebe 27 eingangsseitig mit der Rotorwelle 9 drehbewegungsverbunden ist. Die Rotorwelle 9 ist demnach koaxial zur Abtriebswelle 25 ausgeführt. Das Untersetzungsgetriebe 27 kann als nicht näher dargestelltes Planetengetriebe ausgeführt sein, dessen Sonnenrad mit der Rotorwelle 9 drehfest verbunden ist. Die elektrische Maschine 1 und das Untersetzungsgetriebe 27 sind in Bezug auf die Axialrichtung der Rotordrehachse 2 seriell bzw. nebeneinander angeordnet und zu einer einstückigen Antriebseinheit 28 für

ein Elektrofahrzeug miteinander verbunden.

Wie der Ausführungsform gemäß den Fig. 1, 2 weiters zu entnehmen ist, ist der Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 in Radialrichtung nach außen gegenüber einer äußeren

Mantelfläche 29 der Rotorwelle 9 distanziert angeordnet. Zweckmäßig kann es da-

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bei sein, wenn der Radialabstand R2 des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulaufs 14 relativ zur Rotordrehachse 2 größer bemessen ist als der größte Radius R3 der Rotorwelle 9.

Das erste und/oder das zweite Andrückelement 20, 30 kann eine auf der Rotorwelle 9 in Axialrichtung geführte Andrückscheibe 31, 32, insbesondere Andrückplatten, und eine Gewindemutter 33, 34 auf der Rotorwelle 9 umfassen. Anstelle einer Gewindemutter 33, 34 ist es ebenso möglich, dass die wenigstens eine Andrückscheibe 31, 32 ein Innengewinde gegenüber der Rotorwelle 9 aufweist. Das erste Andrückelement 20 am ersten axialen Stirnende 6 und das zweite Andrückelement 30 am zweiten axialen Stimende 7 des Lamellenpakets 6 können bau-

lich und geometrisch identisch ausgebildet sein.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann dem zweiten axialen Stirnende 7 des Rotors 3 bzw. des Lamellenpakets 8 ein ringförmiger Kühlflüssigkeits-Sammelkanal 35 zugeordnet sein, dessen Zentrumspunkt auf der Rotordrehachse 2

liegt und dessen Ringebene quer zur Rotordrehachse 2 verläuft.

Der Kühlflüssigkeits-Sammelkanal 35 kann einen Kühlflüssigkeits-Sammelring 36 umfassen, welcher mit dem Aussengehäuse 24 oder mit einem Stator 37 der elektrischen Maschine 1 drehfest bzw. starr verbunden ist und zur kumulierenden Aufnahme von aus den Kühlflüssigkeitskanälen 22 des Lamellenpakets 8 austretender Kühlflüssigkeit 4 vorgesehen ist. Der Kühlflüssigkeits-Sammelkanal 35 und/oder der Kühlflüssigkeits-Sammelring 36 weist an seinem in Vertikalrichtung untersten Punkt oder unteren Teilabschnitt einen Ableitungsdurchbruch 38 für Kühlflüssigkeit 4 auf, welcher Ableitungsdurchbruch 38 zur fluidischen Verbindung des Kühlflüssigkeits-Sammelkanals 35 mit einem Kühlflüssigkeits-Speicher 39 vorgesehen ist, insbesondere zur fluidischen Verbindung mit einem Ölsumpf 40 in einem der elektrischen Maschine 1 nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe 27 vor-

gesehen ist.

Der Stator 37 der elektrischen Maschine 1 umfasst — wie an sich bekannt — einen nicht näher dargestellten, im wesentlichen hohlzylindrischen Statorkern und we-

nigstens eine nicht näher dargestellte, elektrische Statorwicklung.

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Die Kühlflüssigkeitskanäle 22 im Lamellenpaket 8 können durch fluidisch miteinander kommunizierende Durchbrüche 41 in einer Mehrzahl von einzelnen LamellenTeilpaketen 11, insbesondere in sogenannten „Lamellen-Stacks“, gebildet sein, welche Lamellen-Teilpakete 11 entlang der Rotordrehachse 2 unmittelbar anei-

nandergereiht sind.

Das erste und/oder das zweite Andrückelement 20, 30 kann zum An- bzw. Einbringen von Materialabtragungen 42 zum Auswuchten des Rotors 3 vorgesehen sein. Insbesondere kann wenigstens eines der Andrückelemente 20, 30 zum Anbringen

von Auswuchtungsbohrungen 43 für den Rotor 3 konzipiert sein.

In den Fig. 3, 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 gezeigt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1, 2 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1, 2 hingewiesen bzw. Bezug

genommen.

Hierbei erfolgt der Kühlmittel-Zulauf zur Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 via

das Innere der als Hohlwelle 26 ausgeführten Rotorwelle 9. Die Andrückelemente 20, 30 weisen jeweils radial und axial zur Rotordrehachse 2 verlaufende Verbin-

dungskanäle 44, 45 zwischen dem Inneren der Hohlwelle 26 und den Kühlflüssigkeitskanälen 22 im Lamellenpaket 8 auf. Insbesondere sind im ersten Andrückelement 20 mehrere, sternförmig bzw. radial zur Rotordrehachse 2 verlaufende, erste Verbindungskanäle 44 ausgebildet, mit welchen Kühlflüssigkeit 4 vom Inneren der

Hohlwelle 26 in die Kühlflüssigkeitskanäle 22 im Lamellenpaket 8 überführbar ist.

Im zweiten Andrückelement 30 können mehrere, sternförmig bzw. radial zur Rotordrehachse 2 verlaufende, zweite Verbindungskanäle 45 ausgebildet sein, mit welchen Kühlflüssigkeit 4 von den Kühlflüssigkeitskanälen 22 im Lamellenpaket 8 wieder in die Hohlwelle 26 rückführbar ist. Via das nächstliegend zugeordnete Stirnende der Hohlwelle 26 kann die aus dem Lamellenpaket 8 ausgeleitete Kühlflüssigkeit 4 wieder in den Kühlflüssigkeits-Speicher 39 gelangen, insbesondere in

den Ölsumpf 40 zurückfließen.

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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3, 4 ist der in den Kühlflüssigkeitskanälen 22 vorherrschende Druck der hindurchgeführten Kühlflüssigkeit 4 aufgrund der in Radialrichtung zur Rotordrehachse 2 vergleichsweise hohen Flüssigkeitssäule ten-

denziell höher als bei der vorteilhaften Ausführungsform gemäß den Fig. 1, 2.

Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform der elektrischen Maschine 1, bei welcher die Zentrifugalkräfte nutzende Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 dem ersten axialen Stirnende 6 des Lamellenpakets 8 zugeordnet ist bzw. mit diesem fest verbunden ist, wobei aber das Lamellenpaket 8 keine axial verlaufenden, das Lamellenpaket 8 durchsetzende Kühlflüssigkeitskanäle aufweist. Insbesondere ist hier eine Kühlvorrichtung gezeigt, welche hauptsächlich auf wenigstens eine der

axialen Stirnseiten des Lamellenpakets 8 wirkt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird die Kühlflüssigkeit 4 mittels der Förderund Verteilungsvorrichtung 5 primär auf wenigstens eine der beiden axialen Stirn-

flächen bzw. Stirnenden 6, 7 des Lamellenpakets 8 appliziert bzw. gespritzt.

Der wenigstens eine Kühlflüssigkeits-Zulauf 14 ist nahe des Aussendurchmessers der Rotorwelle 9 positioniert. Der wenigsten eine Kühlflüssigkeits-Ablauf 15 ist in Radialrichtung vergleichsweise weiter außen positioniert. Er kann insbesondere vergleichsweise näher zum Kreisumfang des Lamellenpakets 8 positioniert sein. Mehrere Prall- bzw. Ablenkflächen 46 an der Förder- und Verteilungsvorrichtung 5 können für eine intensive Verteilung bzw. für eine zielgerichtete Zuführung von

Kühlflüssigkeit 4 sorgen.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen

Fachmannes liegt.

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Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zu-

grundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert

und/oder verkleinert dargestellt wurden.

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Bezugszeichenliste

elektrische Maschine Rotordrehachse

Rotor

Kühlflüssigkeit

Förder- und Verteilungsvorrichtung

erstes axiales Stirnende zweites axiales Stirnende Lamellenpaket Rotorwelle

Rotorlamelle Lamellen-Teilpaket Aufnahmekanal Permanentmagnet Kühlflüssigkeit-Zulauf Kühlflüssigkeit-Ablauf offenes FlieRgefälle FlieRkante

Ringkanal

Ringebene

erstes Andrückelement Metallring Kühlflüssigkeitskanal Zuführöffnung Aussengehäuse Getriebe-Abtriebswelle Hohlwelle Untersetzungsgetriebe Antriebseinheit

Mantelfläche

24 / 40

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

R1 R2 R3 AR Fz

zweites Andrückelement Andrückscheibe Andrückscheibe Gewindemutter Gewindemutter Kühlflüssigkeits-Sammelkanal Kühlflüssigkeits-Sammelring Stator Ableitungsdurchbruch Kühlflüssigkeits-Speicher Ölsumpf

Durchbruch Materialabtragung Auswuchtungsbohrung Verbindungskanal Verbindungskanal

Pralil- bzw. Ablenkfläche

größerer Radialabstand kleinerer Radialabstand größte Radius

radiale Differenz Fliehkraft

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Claims (20)

Patentansprüche

1. Elektrische Maschine (1) mit einem durch Kühlflüssigkeit (4) kühlbaren Rotor (3), umfassend

- eine Rotorwelle (9) mit einer Rotordrehachse (2),

- ein auf der Rotorwelle (9) drehfest angebrachtes Lamellenpaket (8) aus einer Mehrzahl von entlang der Rotordrehachse (2) aneinandergereihten, magnetisierbaren Rotorlamellen (10),

dadurch gekennzeichnet, dass

an wenigstens einem axialen Stirnende (6, 7) des Lamellenpakets (8) eine Zentrifugalkräfte nutzende Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) für die dem Lamellenpaket (8) zuzuführende Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, welche Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulauf (14) und wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Ablauf (15) aufweist,

wobei ein Radialabstand (R1) des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Ablaufs (15) relativ zur Rotordrehachse (2) größer ist, als ein Radialabstand (R2) des wenigs-

tens einen Kühlflüssigkeits-Zulaufs (14) relativ zur Rotordrehachse (2).

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Zentrifugalkräfte nutzende Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) drehfest mit der Rotorwelle (9) und/oder dem Lamellenpaket (8) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, den Druck der Kühlflüssigkeit am Kühlflüssigkeits-Ablauf (15) gegen-

über dem Druck der Kühlflüssigkeit am Kühlflüssigkeits-Zulauf (14) anzuheben.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass der Kühlflüssigkeits-Zulauf (14) dazu vorgesehen ist, Kühlflüssigkeit ausschließlich unter Schwerkrafteinwirkung oder mit Umgebungsdruck der Förder-

und Verteilungsvorrichtung (5) zuzuführen.

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4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein erstes Andrückelement (20) zum Aufbringen einer axialen Andrückkraft gegenüber dem ersten axialen Stirnende (6) des Lamel-

lenpakets (8) ausgebildet ist.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein zweites Andrückelement (30) zum Aufbringen einer axialen Andrückkraft gegenüber dem zweiten axialen Stirnende (7) des La-

mellenpakets (8) ausgebildet ist.

6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Mehrzahl von über den Kreisquerschnitt des Rotors (3) verteilt angeordneter Kühlflüssigkeitskanäle (22) ausgebildet ist, welche das Lamellenpaket (8) in axialer Richtung des Rotors (3) durchsetzen, und dass die Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, zugeführte Kühl-

flüssigkeit in diese Mehrzahl von Kühlflüssigkeitskanälen (22) überzuleiten.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass die Förder- und Verteilungsvorrichtung (5) einen Ringkanal (18) im oder am ersten Andrückelement (20) umfasst, und dass die Kühlflüssigkeitskanäle (22) im Lamellenpaket (8) mit dem Ringkanal (18) fluidisch gekoppelt

sind.

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dass der Ringkanal (18) radial innen liegend den Kühlflüssigkeits-Zulauf (14) aufweist und radial weiter außen lie-

gend den zumindest einen Kühlflüssigkeits-Ablauf (15) aufweist.

9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Kühlflüssigkeits-Zulauf (14) in Radialrichtung nach außen gegenüber einer äußeren Mantelfläche (29) der Rotorwelle (9) distan-

ziert angeordnet ist.

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10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Radialabstand (R2) des wenigstens einen Kühlflüssigkeits-Zulaufs (14) relativ zur Rotordrehachse (2) größer bemessen ist als der größte Radius (R3) der Rotorwelle (9).

11. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Rotorwelle (9) als Hohlwelle (26) ausgeführt ist, welche Hohlwelle (26) von einer Abtriebswelle (25) eines Untersetzungsgetriebes (27) zentrisch durchsetzbar ist, und welches Untersetzungsgetriebe (27) eingangs-

seitig mit der Rotorwelle (9) drehbewegungsverbunden ist.

12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass der Ringkanal (18) zumindest abschnittsweise von einem im Querschnitt im Wesentlichen L- oder U-förmigen Metallring (21) begrenzt ist, welcher Metallring (21) an einer axial äußeren Stirnfläche des ersten Andrückelementes (20) befestigt ist, insbesondere mittels einem Presssitz mit dem ersten Andrü-

ckelement (20) verbunden ist.

13. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet dass dem zweiten axialen Stirnende (7) des Rotors (3) bzw. des Lamellenpakets (8) ein ringförmiger Kühlflüssigkeits-Sammelkanal (35) zugeordnet ist, dessen Zentrumspunkt auf der Rotordrehachse (2) liegt und des-

sen Ringebene quer zur Rotordrehachse (2) verläuft.

14. Elektrische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeits-Sammelkanal (35) einen Kühlflüssigkeits-Sammelring (36) umfasst, welcher mit einem Aussengehäuse (24) oder mit einem Stator (37) der elektrischen Maschine (1) starr verbunden ist und zur kumulierenden Aufnahme von aus Kühlflüssigkeitskanälen (22) des Lamellenpakets (8) austretender

Kühlflüssigkeit vorgesehen ist.

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15. Elektrische Maschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet dass der Kühlflüssigkeits-Sammelkanal (35) und/oder der KühlflüssigkeitsSammelring (36) an seinem in Vertikalrichtung untersten Punkt oder unteren Teilabschnitt einen Ableitungsdurchbruch (38) für angesammelte Kühlflüssigkeit aufweist, welcher Ableitungsdurchbruch (38) zur fluidischen Verbindung des Kühlflüssigkeits-Sammelkanals (35) mit einem Kühlflüssigkeits-Speicher (39) vorgesehen ist, insbesondere zur fluidischen Verbindung mit einem Ölsumpf (40) in einem der elektrischen Maschine (1) nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe (27) vorgese-

hen ist.

16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet dass die Kühlflüssigkeitskanäle (22) im Lamellenpaket (8) achspa-

rallel zur Rotordrehachse (2) verlaufen.

17. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet dass die Kühlflüssigkeitskanäle (22) im Lamellenpaket (8) durch fluidisch miteinander kommunizierende Durchbrüche (41) in einer Mehrzahl von einzelnen Lamellen-Teilpaketen (11) gebildet sind, welche Lamellen-Teilpakete (11)

entlang der Rotordrehachse (2) unmittelbar aneinandergereiht sind.

18. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass das erste Andrückelement (20) am ersten axialen Stirnende (6) und das zweite Andrückelement (30) am zweiten axialen Stirnende (7) des Lamel-

lenpakets (8) baulich und geometrisch identisch ausgebildet sind.

19. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet dass das erste und/oder das zweite Andrückelement (20, 30) zum Anbringen von Materialabtragungen (42) zum Auswuchten des Rotors (3) vorgesehen ist, insbesondere zum Anbringen von Auswuchtungsbohrungen (43) vorge-

sehen ist.

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20. Antriebseinheit (28) für ein Elektrofahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (1) und ein der elektrischen Maschine nachgeschaltes Untersetzungsgetriebe (27), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) nach ei-

nem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

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