DE102024102023A1

DE102024102023A1 - Rotor for an electrical machine, electrical machine and motor vehicle

Info

Publication number: DE102024102023A1
Application number: DE102024102023.7A
Authority: DE
Inventors: Anna Birzle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2024-01-24
Filing date: 2024-01-24
Publication date: 2025-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rotorgrundkörper (14), mit wenigstens einer stirnseitig des Rotorgrundkörpers (14) angeordneten Sternscheibe (18), welche von einer Leitung (22) umwickelt ist, wodurch stirnseitig des Rotorgrundkörpers (14) ein Wickelkopf (24) gebildet ist, mit einem Stützring (28), welcher außenseitig an der Sternscheibe (18) anliegt, die Sternscheibe (18) und den Wickelkopf (24) radial umschließt und dazu eingerichtet ist, den Wickelkopf (24) und die Sternscheibe (18) hinsichtlich im Betrieb wirkender Fliehkräfte radial nach außen abzustützen, und mit einem separat zu dem Stützring (28) ausgebildeten Deckel (30), welcher den Wickelkopf (24) in axialer Richtung (A) zu einer dem Rotorgrundkörper (14) abgewandten Seite des Wickelkopfs (24) nach außen überdeckt und welcher Aluminium umfasst. The invention relates to a rotor (10) for an electrical machine, in particular a traction machine of a motor vehicle, having a rotor base body (14), at least one star disk (18) arranged on the end face of the rotor base body (14) and around which a cable (22) is wound, whereby a winding head (24) is formed on the end face of the rotor base body (14), a support ring (28) which bears against the outside of the star disk (18), radially encloses the star disk (18) and the winding head (24) and is designed to radially outwardly support the winding head (24) and the star disk (18) with respect to centrifugal forces acting during operation, and a cover (30) which is formed separately from the support ring (28), which covers the winding head (24) outwardly in the axial direction (A) towards a side of the winding head (24) facing away from the rotor base body (14) and which comprises aluminum.

Description

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

Aus der DE 10 2022 106 636 A1 ist eine Kühleinrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine zum Anordnen an einer Stirnseite eines Rotorkerns des Rotors und zum Kühlen von an der Stirnseite ausgebildeten Wickelköpfen von Wicklungen des Rotors bekannt. Die Kühleinrichtung ist mehrteilig ausgebildet und umfasst eine aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildete Abdeckung zum axialen Abdecken der Wickelköpfe mit zumindest einem rohrartigen Fluidführungskanal zum Führen eines Kühlfluids innerhalb der Abdeckung entlang der Wickelköpfe. Weiterhin umfasst die Kühleinrichtung einen metallischen Stützring zum radialen Ummanteln der Wickelköpfe und der Abdeckung mit einer Auffangrinne, in welche zum Aufnehmen des aus dem zumindest einen Fluidführungskanal ausgetretenen Kühlfluids der zumindest eine Fluidführungskanal mündet und welche zumindest eine den Stützring radial durchdringende Abscheideöffnung zum Abscheiden des Kühlfluids aus der Auffangrinne in eine Umgebung des Rotors aufweist.From the DE 10 2022 106 636 A1 A cooling device for a rotor of an electrical machine is known for arrangement on an end face of a rotor core of the rotor and for cooling winding overhangs of windings of the rotor formed on the end face. The cooling device is designed in several parts and comprises a cover made of an electrically insulating material for axially covering the winding overhangs, with at least one tubular fluid guide channel for guiding a cooling fluid within the cover along the winding overhangs. Furthermore, the cooling device comprises a metallic support ring for radially enclosing the winding overhangs and the cover, with a collecting channel into which the at least one fluid guide channel opens to receive the cooling fluid emerging from the at least one fluid guide channel, and which has at least one separation opening radially penetrating the support ring for separating the cooling fluid from the collecting channel into an area surrounding the rotor.

Weiterhin ist aus der DE 10 2021 123 673 A1 eine Stützeinrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine bekannt. Diese Stützeinrichtung umfasst eine Sternscheibe zum Anordnen zwischen einer Stirnseite eines Rotorkerns des Rotors und einem Wickelkopf von Wicklungen des Rotors. Weiterhin umfasst die Stützeinrichtung einen mit der Sternscheibe mechanisch verbundenen Stützring mit einem zylindrischen, an Auskragungen des an der Sternscheibe angeordneten Mantels.Furthermore, the DE 10 2021 123 673 A1 A support device for a rotor of an electrical machine is known. This support device comprises a star disk for placement between an end face of a rotor core of the rotor and a winding head of windings of the rotor. Furthermore, the support device comprises a support ring mechanically connected to the star disk with a cylindrical shell arranged on projections of the star disk.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche eine besonders stabile Ausgestaltung eines Rotors bei einer besonders effizienten Kühlung von Wickelköpfen des Rotors ermöglicht.The object of the present invention is to provide a solution which enables a particularly stable design of a rotor with a particularly efficient cooling of the winding heads of the rotor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.This object is achieved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description, and the figures. Features, advantages, and possible embodiments presented in the description for one of the subject matter of the independent claims are to be regarded at least analogously as features, advantages, and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims, as well as any possible combination of the subject matter of the independent claims, optionally in conjunction with one or more of the subclaims.

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Traktionsmaschine ist dazu eingerichtet, mittels elektrischer Energie aus einer Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug anzutreiben. Hierfür kann die Traktionsmaschine Teil eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs sein. Die elektrische Maschine umfasst zusätzlich zu dem Rotor einen Stator, relativ zu welchem der Rotor um eine Drehachse im Betrieb gedreht wird. Vorliegend handelt es sich bei dem Rotor um einen Rotor für eine Radialflussmaschine. Der Rotor umfasst einen Rotorgrundkörper, mit wenigstens einer stirnseitig des Rotorgrundkörpers angeordneten Sternscheibe. Die Sternscheibe kann insbesondere aus Stahl hergestellt sein. Diese Sternscheibe ist von einer Leitung umwickelt. Bei dieser Leitung handelt es sich um einen Draht, insbesondere einen Kupferdraht, welcher dazu eingerichtet ist, Strom zu führen. Durch das Umwickeln der Sternscheibe mit der wenigstens einen Leitung ist stirnseitig des Rotorgrundkörpers ein Wickelkopf gebildet. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Rotorgrundkörper zwei Stirnseiten aufweist, welche an in axialer Richtung einander gegenüberliegenden Außenseiten des Rotorgrundkörpers angeordnet sind. Die axiale Richtung verläuft insbesondere parallel zur Drehachse des Rotors. Es kann somit an jeder Stirnseite des Rotorgrundkörpers jeweils eine Sternscheibe angeordnet sein, um welche jeweils wenigstens eine Leitung gewickelt ist, wodurch an jeder Stirnseite des Rotorkörpers jeweils ein Wickelkopf gebildet ist. Der Rotor umfasst des Weiteren einen Stützring, welcher außenseitig an der Sternscheibe anliegt, die Sternscheibe und den Wickelkopf radial umschließt und dazu eingerichtet ist, den Wickelkopf und die Sternscheibe hinsichtlich im Betrieb wirkender Fliehkräfte radial nach außen abzustützen. Insbesondere kann für jede Sternscheibe beziehungsweise jeden Wickelkopf jeweils ein Stützring vorgesehen sein, welcher die zugeordnete Sternscheibe sowie den zugeordneten Wickelkopf hinsichtlich im Betrieb auftretender Fliehkräfte radial nach außen abstützt. Dieser Stützring ist insbesondere aus Edelstahl hergestellt. Edelstahl eignet sich besonders gut zum Abstützen der Scheibe sowie des Wickelkopfs, da Edelstahl eine ähnliche Wärmeausdehnung aufweist wie die Sternscheibe und der Rotorgrundkörper, insbesondere wenn der Rotorgrundkörper aus einem Blechpaket gebildet ist beziehungsweise ein Blechpaket umfasst. Mit anderen Worten weist Edelstahl einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf wie das Material, aus welchem Sternscheiben beziehungsweise Rotorgrundkörper üblicherweise hergestellt sind. Infolgedessen kann auch bei Temperaturschwankungen erreicht werden, dass mechanische Spannungen innerhalb des Rotors besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus handelt es sich bei Edelstahl um einen hochfesten Werkstoff, welcher somit besonders gut für das Abstützen geeignet ist.The invention relates to a rotor for an electric machine, in particular a traction machine of a motor vehicle. The traction machine is designed to drive the motor vehicle using electrical energy from a vehicle battery of the motor vehicle. For this purpose, the traction machine can be part of an electric drive train of the motor vehicle. In addition to the rotor, the electric machine comprises a stator, relative to which the rotor is rotated about a rotational axis during operation. In the present case, the rotor is a rotor for a radial flux machine. The rotor comprises a rotor base body with at least one star disk arranged on the end face of the rotor base body. The star disk can be made, in particular, of steel. This star disk is wound with a cable. This cable is a wire, in particular a copper wire, which is designed to carry current. By winding the at least one cable around the star disk, a winding head is formed on the end face of the rotor base body. In particular, it is provided that the rotor base body has two end faces, which are arranged on outer sides of the rotor base body that are opposite one another in the axial direction. The axial direction runs in particular parallel to the axis of rotation of the rotor. Thus, a star disk can be arranged on each end face of the rotor base body, around which at least one line is wound, whereby a winding head is formed on each end face of the rotor body. The rotor further comprises a support ring which bears against the outside of the star disk, radially encloses the star disk and the winding head, and is designed to radially outwardly support the winding head and the star disk with respect to centrifugal forces acting during operation. In particular, a support ring can be provided for each star disk or each winding head, which radially outwardly supports the associated star disk and the associated winding head with respect to centrifugal forces occurring during operation. This support ring is made in particular of stainless steel. Stainless steel is particularly well suited for supporting the disk and the winding head, since stainless steel has a similar thermal expansion to the star disk and the rotor base body, in particular when the rotor base body is formed from a laminated core or comprises a laminated core. In other words, stainless steel has a similar thermal expansion coefficient to the material from which star disks or rotor bodies are usually made. As a result, even with temperature fluctuations, that mechanical stresses within the rotor are kept to a minimum. Furthermore, stainless steel is a high-strength material, making it particularly well-suited for support.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Rotor einen separat zu dem Stützring ausgebildeten Deckel aufweist, welcher den Wickelkopf in axialer Richtung zu einer dem Rotorgrundkörper abgewandten Seite des Wickelkopfs nach außen überdeckt und welcher Aluminium umfasst. Insbesondere kann der Rotor zwei Deckel aufweisen, wobei die beiden Deckel jeweils einem Wickelkopf zugeordnet sind. Das bedeutet, dass jeder der Wickelköpfe von jeweils einem Deckel axial nach außen überdeckt ist. Dieser Deckel ist insbesondere als Aluminium-Druckgussbauteil ausgeführt. Aluminium weist zum einen eine besonders hohe Eigenstabilität auf und zum anderen eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit. Das bedeutet, dass mittels des Aluminium umfassenden, insbesondere aus Aluminium gebildeten, Deckels Wärme besonders schnell und effizient von den Wickelköpfen weggeleitet werden kann. Hierdurch kann eine besonders effiziente Kühlung der Wickelköpfe erreicht werden. Der jeweilige Wickelkopf des Rotors ist radial nach außen von dem Stützring umschlossen, welcher auch als Bandage bezeichnet werden kann. Axial nach außen wird der jeweilige Wickelkopf von dem Deckel überdeckt. Die jeweiligen Leitungen können im Bereich der Wickelköpfe mit einer Vergussmasse, insbesondere Vergussharz, vergossen sein. Hierdurch können zum einen die Leitungen in den jeweiligen Wickelköpfen besonders sicher relativ zueinander positioniert und in ihrer Relativposition zueinander gehalten werden und zum anderen ein besonders effizienter Wärmeabtransport von den Leitungen und infolgedessen ein besonders effizientes Kühlen der Leitungen erreicht werden. Die Sternscheibe kann über eine Presspassung auf einer Rotorwelle der elektrischen Maschine fixiert sein. Zusätzlich kann die Sternscheibe mittels der die Sternscheibe umwickelnden Leitungen an dem Rotorgrundkörper fixiert sein, insbesondere in axialer Richtung.It is further provided that the rotor has a cover formed separately from the support ring, which covers the winding head outwards in the axial direction towards a side of the winding head facing away from the rotor base body and which comprises aluminum. In particular, the rotor can have two covers, wherein the two covers are each assigned to a winding head. This means that each of the winding heads is covered axially outwards by a cover. This cover is designed in particular as an aluminum die-cast component. Aluminum has, on the one hand, particularly high inherent stability and, on the other hand, particularly good thermal conductivity. This means that heat can be dissipated away from the winding heads particularly quickly and efficiently by means of the cover comprising aluminum, in particular made of aluminum. This allows particularly efficient cooling of the winding heads. Each winding head of the rotor is enclosed radially outwards by the support ring, which can also be referred to as a bandage. The respective winding head is covered axially outwards by the cover. The respective lines can be cast in the region of the winding heads with a casting compound, in particular casting resin. This allows, on the one hand, the cables in the respective winding heads to be positioned particularly securely relative to one another and to be held in their relative position, and, on the other hand, particularly efficient heat dissipation from the cables and, consequently, particularly efficient cooling of the cables. The star disk can be fixed to a rotor shaft of the electric machine via a press fit. Additionally, the star disk can be fixed to the rotor base body, particularly in the axial direction, by means of the cables wrapped around the star disk.

In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine radiale Lastübertragung von dem Wickelkopf und der Sternscheibe auf den Deckel unterbleibt. Das bedeutet, dass der Deckel so konzipiert ist, dass er sich nicht in einem Kraftfluss der Lastabtragung der auf die Wickelköpfe wirkenden Fliehkräfte befindet. Damit sich der Deckel nicht im Kraftfluss befindet, ist dessen Innengeometrie derart gestaltet, dass sich weder die Wickelköpfe noch der die Wickelköpfe umgebende Verguss unmittelbar in radialer Richtung nach außen am Deckel abstützen. Es unterbleibt somit eine Übertragung der Fliehkräfte auf den Deckel, wodurch eine Beschädigungsgefahr für den Deckel besonders gering gehalten werden kann. Stattdessen werden die Fliehkräfte mittels des Stützrings, welcher insbesondere aus dem hochfesten Edelstahl gebildet ist, abgestützt.In a possible further development of the invention, it is provided that a radial load transfer from the winding head and the star disk to the cover is avoided. This means that the cover is designed in such a way that it is not located in a force flow of the load transfer of the centrifugal forces acting on the winding heads. To ensure that the cover is not in the force flow, its internal geometry is designed such that neither the winding heads nor the potting surrounding the winding heads are supported directly in a radial direction outwards on the cover. This prevents the centrifugal forces from being transferred to the cover, whereby the risk of damage to the cover can be kept particularly low. Instead, the centrifugal forces are supported by means of the support ring, which is made in particular from high-strength stainless steel.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Stützring den Deckel zumindest bereichsweise radial nach außen überdeckt, wobei ein radiales Spiel zwischen dem Deckel und dem Stützring besteht. Dadurch, dass der Stützring den Deckel zumindest bereichsweise radial nach außen überdeckt, ist der Wickelkopf von dem Stützring, dem Deckel, dem Rotorgrundkörper und gegebenenfalls zusätzlich der Rotorwelle zumindest im Wesentlichen vollständig umschlossen. Hierdurch ist es möglich, dass der Wickelkopf durch Umströmen mit einem Kühlfluid, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, direkt gekühlt wird, wobei ein Austreten des Kühlfluids beziehungsweise der Kühlflüssigkeit aus dem Rotor besonders gut vermieden werden kann. Weiterhin kann durch das Umschließen des Wickelkopfs mittels des Stützrings, des Deckels, des Rotorgrundkörpers und gegebenenfalls zusätzlich der Rotorwelle und/oder der Vergussmasse erreicht werden, dass ein Eindringen von Verschmutzungen zu dem Wickelkopf besonders gut vermieden werden kann. Um ein Eindringen von Kühlmittel und Verschmutzung zu dem Wickelkopf trotz Spielpassung zwischen Deckel und Stützring zu verhindern kann eine Dichtung zwischen dem Deckel und dem Stützring vorgesehen sein. Der Stützring lässt somit ein radiales Spiel des Deckels zu beziehungsweise stützt den Deckel nicht radial nach außen ab. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei temperaturbedingten Volumenänderungen des Stützrings beziehungsweise des Deckels keine bzw. zumindest kaum mechanische Spannungen in den Deckel und/oder den Stützring eingebracht werden infolge eines radialen Anpressens des Stützrings und des Deckels aneinander.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the support ring covers the cover radially outwards at least in some areas, with radial play existing between the cover and the support ring. Because the support ring covers the cover radially outwards at least in some areas, the winding head is at least substantially completely enclosed by the support ring, the cover, the rotor base body and, if appropriate, also the rotor shaft. This makes it possible for the winding head to be directly cooled by a cooling fluid, in particular a cooling liquid, flowing around it, whereby leakage of the cooling fluid or cooling liquid from the rotor can be particularly effectively prevented. Furthermore, by enclosing the winding head by means of the support ring, the cover, the rotor base body and, if appropriate, also the rotor shaft and/or the potting compound, it is particularly easy to prevent contaminants from penetrating the winding head. To prevent coolant and contaminants from penetrating the winding head despite the clearance fit between the cover and the support ring, a seal can be provided between the cover and the support ring. The support ring thus allows for radial play in the cover and does not support the cover radially outward. This ensures that temperature-related volume changes in the support ring or cover result in no, or at least minimal, mechanical stresses being introduced into the cover and/or support ring due to radial pressure between the support ring and the cover.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Stützring und der Deckel gemeinsam einen Rotorabschluss bilden, mittels welchem ein Volumen, in welchem der Wickelkopf angeordnet ist, nach außen abgedichtet wird. Beispielsweise kann mittels des Stützrings, des Deckels, des Rotorgrundkörpers und gegebenenfalls zusätzlich der Rotorwelle der Wickelkopf derart umschlossen werden, dass ein Eindringen von Öl in das Volumen zu dem Wickelkopf beziehungsweise zu dem Verguss vermieden werden kann. Weiterhin kann durch dieses abgeschlossene Volumen erreicht werden, dass beim Vergießen des Wickelkopfs mit der Vergussmasse ein Austreten von Vergussmasse aus dem Rotor zumindest im Wesentlichen unterbleibt.In a further possible embodiment of the invention, the support ring and the cover together form a rotor closure, by means of which a volume in which the winding head is arranged is sealed off from the outside. For example, the winding head can be enclosed by means of the support ring, the cover, the rotor base body and, if appropriate, also the rotor shaft in such a way that the penetration of oil into the volume to the winding head or to the potting compound can be prevented. Furthermore, this enclosed volume can ensure that, when the winding head is potted with the potting compound, any leakage of potting compound from the rotor is at least substantially prevented.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Passung zwischen der Sternscheibe und dem Stützring so ausgelegt ist, dass innerhalb eines gesamten vorgegebenen Betriebsdrehzahlbereichs des Rotors sowie innerhalb eines gesamten vorgegebenen Betriebstemperaturbereichs des Rotors der Stützring über den gesamten Umfang der Sternscheibe außenseitig an der Sternscheibe anliegt. Mit anderen Worten herrscht in allen vorgegebenen Betriebszuständen des Rotors, insbesondere bei sämtlichen Drehzahlen von null Umdrehungen bis zu einer Nenndrehzahl, sowie in Kombination mit allen für den Betrieb vorgegebenen Temperaturzuständen, insbesondere von -40 Grad bis 160 Grad Celsius, Kontakt des Stützrings mit der Sternscheibe. In diesen Bereichen herrscht der Kontakt zwischen der Sternscheibe und dem Stützring unabhängig von der Drehzahl des Rotors und unabhängig von einer Temperatur des Rotors, wodurch ein sicheres Abstützen der Sternscheibe mittels des Stützrings über einen gesamten Betriebsbereich des Rotors gewährleistet werden kann.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that a fit between the star disk and the support ring is designed in such a way that, within an entire specified operating speed range of the rotor and within a entire specified operating temperature range of the rotor, the support ring rests against the outside of the star disk over the entire circumference of the star disk. In other words, there is contact between the support ring and the star disk in all specified operating states of the rotor, in particular at all speeds from zero revolutions up to a nominal speed, as well as in combination with all temperature states specified for operation, in particular from -40 degrees to 160 degrees Celsius. In these ranges, the contact between the star disk and the support ring exists regardless of the rotor speed and regardless of the rotor temperature, whereby secure support of the star disk by means of the support ring can be guaranteed across the entire operating range of the rotor.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Deckel mittels wenigstens einer Schraubverbindung mit der Sternscheibe verschraubt ist, wodurch der Deckel in axialer Richtung gesichert ist. Insbesondere kann der Deckel mittels mehrerer Schraubverbindungen an der Sternscheibe gehalten sein, wobei diese Schraubverbindungen insbesondere in gleichmäßigen Abständen um die Drehachse des Rotors verteilt an dem Deckel angeordnet sein können. Über diese wenigstens eine Schraubverbindung kann der Deckel besonders sicher in axialer Richtung fixiert werden. Darüber hinaus kann durch ein jeweiliges Anziehen der wenigstens einen Schraubverbindung sichergestellt werden, dass der Deckel in einer vorgegebenen Endposition in Bezug auf die axiale Richtung zu dem Wickelkopf befestigt ist. Durch ein Einstellen einer Einschraubtiefe einer Schraube der wenigstens einen Schraubverbindung können Toleranzen innerhalb des Rotors in Bezug auf die axiale Richtung besonders gut ausgeglichen werden.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the cover is screwed to the star disk by means of at least one screw connection, whereby the cover is secured in the axial direction. In particular, the cover can be held to the star disk by means of several screw connections, wherein these screw connections can be arranged on the cover in particular at equal intervals around the axis of rotation of the rotor. The cover can be fixed particularly securely in the axial direction by means of this at least one screw connection. Furthermore, by tightening the at least one screw connection in each case, it can be ensured that the cover is fastened in a predetermined end position with respect to the axial direction to the winding head. By adjusting the screw-in depth of a screw of the at least one screw connection, tolerances within the rotor with respect to the axial direction can be compensated particularly well.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Deckel einen axialen Anschlag aufweist, an welchem der Stützring in axialer Richtung anliegt, wodurch der Stützring von dem Deckel in axialer Richtung gesichert ist. Insbesondere kann der Stützring in Bezug auf die axiale Richtung mit einer ersten Seitenfläche an dem Anschlag des Deckels anliegen und mit einer der ersten Seite in axialer Richtung gegenüberliegenden zweiten Seite an dem Rotorgrundkörper anliegen. Das bedeutet, dass der Stützring in Bezug auf die axiale Richtung zwischen dem Deckel und dem Rotorgrundkörper fixiert sein kann. Infolgedessen kann die axiale Sicherung des Stützrings und des Deckels mittels der wenigstens einen Schraubverbindung erfolgen, über welche der Deckel mit der Sternscheibe verschraubt ist. Die axiale Sicherung des Stützrings erfolgt mittels des axialen Anschlags des Deckels, welcher beispielsweise als umlaufender Bund ausgebildet sein kann, an welchem der Stützring anliegt, sowie der axialen Sicherung des Deckels. Der Stützring kann insbesondere in axialer Richtung zwischen dem Deckel und dem Rotorgrundkörper eingeklemmt und hierdurch in seiner Position axial fixiert sein. Durch das Verschrauben des Deckels mit der Sternscheibe kann erreicht werden, dass immer axialer Kontakt zwischen dem Deckel und dem Stützring herrscht. Dies ist zum einen wichtig für einen Kühlfluss vom Wickelkopf zur Sternscheibe, von der Sternscheibe zum Stützring und von diesem zum Deckel. Ein weiterer Kühlweg kann vom Wickelkopf zur Vergussmasse und von dieser zum Deckel verlaufen. Zum anderen dient die Verschraubung der axialen Sicherung des Stützrings: Infolgedessen ist keine axiale Bewegung des Stützrings mehr möglichIn a further possible embodiment of the invention, the cover has an axial stop against which the support ring rests in the axial direction, whereby the support ring is secured by the cover in the axial direction. In particular, the support ring can rest against the cover stop with a first side surface in the axial direction and against the rotor base body with a second side opposite the first side in the axial direction. This means that the support ring can be fixed between the cover and the rotor base body with respect to the axial direction. Consequently, the axial securing of the support ring and the cover can be achieved by means of the at least one screw connection via which the cover is screwed to the star disk. The axial securing of the support ring is achieved by means of the cover's axial stop, which can be designed, for example, as a circumferential collar against which the support ring rests, and the axial securing of the cover. The support ring can in particular be clamped in the axial direction between the cover and the rotor base body and thereby be axially fixed in its position. By screwing the cover to the star disk, it is possible to ensure constant axial contact between the cover and the support ring. This is important for the cooling flow from the winding head to the star disk, from the star disk to the support ring, and from there to the cover. Another cooling path can run from the winding head to the potting compound and from there to the cover. Second, the screw connection serves to axially secure the support ring: As a result, axial movement of the support ring is no longer possible.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Deckel eine Innengeometrie aufweist, welche mit der Außengeometrie des Wickelkopfs korrespondiert. Das bedeutet, dass der Deckel für Auswölbungen des Wickelkopfs mit diesen Auswölbungen korrespondierende Einbuchtungen aufweisen kann. Infolgedessen liegt der Deckel in Bezug auf die axiale Richtung möglichst nah an dem Wickelkopf an für einen besonders effizienten Wärmeabtransport. Es ist möglich, dass die Innengeometrie des Deckels die Außengeometrie des Wickelkopfs zumindest im Wesentlichen im Negativ abbildet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Deckel mit seiner in axialer Richtung dem Wickelkopf zugewandten Seitenfläche einen möglichst gleichmäßigen axialen Abstand zu dem Wickelkopf aufweist. Insbesondere korrespondiert die Innengeometrie des Deckels mit der Außengeometrie des vergossenen Wickelkopfs. Hierbei kann der Deckel derart ausgestaltet sein, dass dieser in axialer Richtung an dem Wickelkopf oder der Vergussmasse anliegt, insbesondere großflächig anliegt. Für einen besonders guten Wärmeübergang kann es vorgesehen sein, dass der Deckel mit seiner dem Wickelkopf zugewandten Seitenfläche in axialer Richtung vollständig an dem Wickelkopf anliegt, zumindest in einem Bereich, in welchem der Wickelkopf den Deckel in axialer Richtung zum Rotorgrundkörper hin überdeckt. Aufgrund dieses besonders geringen Abstands des Deckels in axialer Richtung zu dem Wickelkopf beziehungsweise des großflächigen Anliegens des Deckels an dem Wickelkopf kann Wärme von dem Wickelkopf besonders effizient mittels des Deckels weggeleitet werden, wodurch wiederum der Wickelkopf besonders effizient gekühlt werden kann. Infolgedessen kann die den Rotor umfassende elektrische Maschine besonders effizient betrieben werden.In a further possible embodiment, it is provided that the cover has an internal geometry that corresponds to the external geometry of the winding overhang. This means that the cover can have indentations for bulges in the winding overhang that correspond to these bulges. As a result, the cover lies as close as possible to the winding overhang in the axial direction for particularly efficient heat dissipation. It is possible for the internal geometry of the cover to at least substantially mirror the external geometry of the winding overhang. In particular, it is provided that the cover, with its side surface facing the winding overhang in the axial direction, has as uniform an axial distance from the winding overhang as possible. In particular, the internal geometry of the cover corresponds to the external geometry of the potted winding overhang. In this case, the cover can be designed such that it lies against the winding overhang or the potting compound in the axial direction, in particular over a large area. For particularly good heat transfer, it can be provided that the cover, with its side surface facing the winding overhang, lies completely against the winding overhang in the axial direction, at least in a region in which the winding overhang covers the cover in the axial direction towards the rotor base body. Due to this particularly small distance of the cover in the axial direction from the winding overhang or the large-area contact of the cover against the winding overhang, heat can be conducted away from the winding overhang particularly efficiently by means of the cover, which in turn allows the winding overhang to be cooled particularly efficiently. As a result, the electrical machine comprising the rotor can be operated particularly efficiently.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine, insbesondere eine Traktionsmaschine, für ein Kraftfahrzeug, welche einen Rotor umfasst, wie er bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor beschrieben worden ist. Die elektrische Maschine umfasst zusätzlich zu dem Rotor einen Stator, relativ zu welchem der Rotor im Betrieb um eine Drehachse gedreht werden kann.The invention further relates to an electric machine, in particular a traction machine, for a motor vehicle, which comprises a rotor as already described in connection with the rotor according to the invention. In addition to the rotor, the electric machine comprises a stator, relative to which the rotor can be rotated about a rotational axis during operation.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine, wie sie bereits im Zusammenhang mit der elektrischen Maschine beschrieben worden ist. Die elektrische Maschine umfasst somit den Rotor mit dem beschriebenen Deckel, welcher eine Kühlfunktion erfüllt, indem dieser Wärme von einem zugeordneten Wickelkopf des Rotors besonders effizient wegführt. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Kraftwagen, insbesondere um einen Personenkraftwagen. Alternativ kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Kraftrad wie ein Motorrad handeln. Die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, Teil eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs zu sein, wodurch das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann.The invention further relates to a motor vehicle with an electric machine, as already described in connection with the electric machine. The electric machine thus comprises the rotor with the described cover, which fulfills a cooling function by particularly efficiently conducting heat away from an associated winding head of the rotor. The motor vehicle is, in particular, a motor vehicle, in particular a passenger car. Alternatively, the motor vehicle can be a motor cycle such as a motorcycle. The electric machine is designed to be part of an electric drive train of the motor vehicle, whereby the motor vehicle can be driven by means of the electric machine.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention may emerge from the claims, the figures, and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone, can be used not only in the respective combinations specified, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematischen Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotors für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Perspektivansicht des Rotors; und
3 eine schematische Perspektivansicht eines Deckels des Rotors.

The drawing shows:

1 a schematic sectional view of a section of a rotor for an electric machine of a motor vehicle;
2 a schematic perspective view of the rotor; and
3 a schematic perspective view of a rotor cover.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

Die Zeichnung zeigt in 1 in einer schematischen Schnittansicht ausschnittsweise einen Rotor 10 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst zusätzlich zu dem Rotor 10 einen Stator, relativ zu welchem der Rotor 10 um eine Drehachse 12 im Betrieb gedreht werden kann. Die elektrische Maschine kann weiterhin eine Rotorwelle 13 umfassen, auf welcher der Rotor 10 drehfest sitzt und welche somit gemeinsam mit dem Rotor 10 um die Drehachse 12 im Betrieb gedreht werden kann. Diese Drehachse 12 verläuft in axialer Richtung A des Rotors 10. Eine radiale Richtung R des Rotors 10 steht senkrecht auf der axialen Richtung A. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um eine Traktionsmaschine, welche dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug mittels elektrischer Energie anzutreiben. Der Rotor 10 ist in 2 in einer schematischen Perspektivansicht dargestellt. Der Rotor 10 umfasst einen Rotorgrundkörper 14, welcher vorliegend aus einem Blechpaket gebildet ist. Der Rotorgrundkörper 14 weist zwei Stirnseiten 16 auf, welche sich in Bezug auf die axiale Richtung A einander gegenüber liegen.The drawing shows 1 in a schematic sectional view, a detail of a rotor 10 for an electric machine of a motor vehicle. The electric machine comprises, in addition to the rotor 10, a stator, relative to which the rotor 10 can be rotated about an axis of rotation 12 during operation. The electric machine can further comprise a rotor shaft 13, on which the rotor 10 is seated in a rotationally fixed manner and which can thus be rotated together with the rotor 10 about the axis of rotation 12 during operation. This axis of rotation 12 runs in the axial direction A of the rotor 10. A radial direction R of the rotor 10 is perpendicular to the axial direction A. The electric machine is, in particular, a traction machine, which is designed to drive the motor vehicle using electrical energy. The rotor 10 is in 2 shown in a schematic perspective view. The rotor 10 comprises a rotor base body 14, which in this case is formed from a laminated core. The rotor base body 14 has two end faces 16, which are opposite one another with respect to the axial direction A.

Im Folgenden wird insbesondere im Zusammenhang mit 1 eine Ausgestaltung des Rotors 10 im Bereich einer der Stirnseiten 16 des Rotorgrundkörpers 14 beschrieben, wobei die andere der Stirnseiten 16 des Rotorgrundkörpers 14 analog ausgebildet sein kann. An der Stirnseite 16 des Rotorgrundkörpers 14 ist in axialer Richtung A anliegend eine Sternscheibe 18 angeordnet, welche vorliegend aus Stahl ausgebildet ist. Die Sternscheibe 18 ist in axialer Richtung A zu einer dem Rotorgrundkörper 14 abgewandten Seite mit einer Sternscheibenisolation 20 zumindest bereichsweise überdeckt. Diese Sternscheibenisolation 20 ist insbesondere elektrisch isolierend ausgebildet. Vorliegend ist die Sternscheibenisolation 20 aus einem Kunststoff gebildet. Um die Sternscheibe 18 herum ist wenigstens eine Leitung 22 gewickelt, welche vorliegend aus einem Kupferdraht gebildet ist. Diese um die Sternscheibe 18 beziehungsweise um die Sternscheibenisolation 20, herum gewickelte wenigstens eine Leitung 22 ist Teil eines Wickelkopfs 24, welcher stirnseitig des Rotorgrundkörpers 14 angeordnet ist. Der Wickelkopf 24 umfasst insbesondere die wenigstens einen Leitung 22, welche mit einer Vergussmasse 26 vergossen ist. Wird der Rotor 10 im Betrieb um die Drehachse 12 gedreht, dann treten im Wickelkopf 24 und somit in der wenigstens einen Leitung 22 und in der Vergussmasse 26 radial nach außen wirkende Fliehkräfte auf. Vorliegend ist der Wickelkopf 24 zu einem größten Teil radial nach außen von der Sternscheibe 18 mit der Sternscheibenisolation 20 überdeckt, wodurch der Wickelkopf 24 in radial nach außen wirkender Richtung auf die Sternscheibe 18 beziehungsweise die Sternscheibenisolation 20 drückt. Um eine Beschädigung der Sternscheibe 18 zu vermeiden, umfasst der Rotor 10 vorliegend einen Stützring 28. Dieser Stützring 28 ist vorliegend aus Edelstahl hergestellt. Vorliegend überdeckt der Stützring 28 die Sternscheibe 18 sowie die Sternscheibenisolation 20 vollständig in radialer Richtung R nach außen. Vorliegend überdeckt der Stützring 28 zusätzlich den Wickelkopf 24 vollständig radial nach außen.In the following, in particular in connection with 1 a configuration of the rotor 10 in the region of one of the end faces 16 of the rotor base body 14 is described, wherein the other of the end faces 16 of the rotor base body 14 can be configured analogously. A star disk 18, which in the present case is made of steel, is arranged in axial direction A adjacent to the end face 16 of the rotor base body 14. The star disk 18 is covered at least partially in the axial direction A towards a side facing away from the rotor base body 14 with a star disk insulation 20. This star disk insulation 20 is designed to be electrically insulating. In the present case, the star disk insulation 20 is made of a plastic. At least one line 22, which in the present case is made of a copper wire, is wound around the star disk 18. This at least one cable 22 wound around the star disk 18 or around the star disk insulation 20 is part of a winding head 24, which is arranged on the end face of the rotor base body 14. The winding head 24 comprises, in particular, the at least one cable 22, which is potted with a potting compound 26. If the rotor 10 is rotated about the axis of rotation 12 during operation, centrifugal forces acting radially outward occur in the winding head 24 and thus in the at least one cable 22 and in the potting compound 26. In the present case, the winding head 24 is largely covered radially outward by the star disk 18 with the star disk insulation 20, whereby the winding head 24 presses against the star disk 18 or the star disk insulation 20 in a radially outward direction. To prevent damage to the star disk 18, the rotor 10 in this case comprises a support ring 28. This support ring 28 is made of stainless steel. In this case, the support ring 28 completely covers the star disk 18 and the star disk insulation 20 in the radial direction R. In this case, the support ring 28 covers additionally the winding head 24 completely radially outwards.

Der Rotor 10 umfasst des Weiteren einen Deckel 30, welcher vorliegend als Aluminiumdruckgussbauteil ausgeführt ist. Der Deckel 30 überdeckt den Wickelkopf 24 in axialer Richtung A nach außen. Vorliegend bilden der Stützring 28 und der Deckel 30 gemeinsam einen Rotorabschluss. Mittels des Rotorabschlusses kann ein Volumen, in welchem der Wickelkopf 24 angeordnet ist, nach außen abgedichtet werden. The rotor 10 further comprises a cover 30, which in this case is designed as a die-cast aluminum component. The cover 30 covers the winding head 24 outwardly in the axial direction A. In this case, the support ring 28 and the cover 30 together form a rotor closure. By means of the rotor closure, a volume in which the winding head 24 is arranged can be sealed from the outside.

Der Deckel 30 überdeckt den Wickelkopf 24 in axialer Richtung A zu einer dem Rotorgrundkörper 14 abgewandten Seite des Wickelkopfs 24 nach außen. Um eine Überlastung des Deckels 30 im Betrieb besonders gering zu halten und infolgedessen eine Beschädigungsgefahr für den Deckel 30 besonders gering zu halten, kann es vorgesehen sein, dass eine radiale Lastübertragung der Fliehkräfte von dem Wickelkopf 24 und der Sternscheibe 18 auf den Deckel 30 zumindest im Wesentlichen unterbleibt. In 1 kann besonders gut erkannt werden, dass der Wickelkopf 24 mittels des Stützrings 28 und des Deckels 30 sowohl in axialer Richtung A als auch in radialer Richtung R nach außen überdeckt ist.The cover 30 covers the winding head 24 in the axial direction A towards a side of the winding head 24 facing away from the rotor base body 14. In order to minimize overloading of the cover 30 during operation and consequently to minimize the risk of damage to the cover 30, it can be provided that a radial load transfer of the centrifugal forces from the winding head 24 and the star disk 18 to the cover 30 is at least substantially prevented. 1 It can be seen particularly well that the winding head 24 is covered outwards by means of the support ring 28 and the cover 30 both in the axial direction A and in the radial direction R.

Wie in 1 erkannt werden kann, weist der Deckel 30 einen umlaufenden Bund 32 auf, welcher sowohl einen axialen Anschlag 34 als auch einen radialen Anschlag 36 für den Stützring 28 bereitstellt. An dem radialen Anschlag 36 kann der Stützring 28 radial von außen und somit in Richtung der Drehachse 12 an dem Deckel 30 anliegen. Hierbei ist vorgesehen, dass der Stützring 28 und der Deckel 30 im Bereich des radialen Anschlags 36 ein radiales Spiel zueinander aufweisen. Aufgrund der radialen Spielpassung zwischen dem Stützring 28 und dem Deckel 30 kann der Rotor 10 besonders einfach hergestellt werden, da keine Doppelpassung besteht. An dem axialen Anschlag 34 des Deckels 30 liegt der Stützring 28 in axialer Richtung A an. Vorliegend ist der Stützring 28 in axialer Richtung A zwischen dem Rotorgrundkörper 14 und dem Deckel 30 angeordnet, wobei der Stützring 28 mit einer in axialer Richtung A vorderen Seitenfläche an dem axialen Anschlag 34 anliegt und mit einer der vorderen Seitenfläche in axialer Richtung A gegenüberliegenden hinteren Seitenfläche an dem Rotorgrundkörper 14 anliegt. Hierbei ist es vorgesehen, dass der Stützring 28 in Bezug auf die axiale Richtung A spielfrei zwischen dem Rotorgrundkörper 14 und dem Deckel 30 eingeklemmt ist. Der Deckel 30 wird mittels wenigstens einer Schraubverbindung 38 an der Sternscheibe 18 fixiert. Für das Herstellen der wenigstens einen Schraubverbindung 38 ist eine Schraube 40 vorgesehen, welche durch eine Öffnung des Deckels 30 hindurch gesteckt wird, mit ihrem Schraubkopf an einer der Sternscheibe 18 abgewandten Außenseite des Deckels 30 anliegt und in eine Öffnung der Sternscheibe 18 eingeschraubt ist. Das bedeutet, dass ein Außengewinde der Schraube 40 in Eingriff steht mit einem Innengewinde der Sternscheibe 18. Durch Anziehen der Schraube 40 kann somit der Deckel 30 in axialer Richtung an die Sternscheibe 18 heran bewegt und somit an den Stützring 28 in axialer Richtung A angepresst werden. Die Schraube 40 wird für das Herstellen der Schraubverbindung 38 insbesondere in einer zumindest im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung A verlaufenden Einschraubrichtung in die Sternscheibe 18 eingeschraubt. Durch das Anziehen der Schraube 40 wird der Deckel 30 in axialer Richtung auf den Wickelkopf 24 zubewegt.As in 1 As can be seen, the cover 30 has a circumferential collar 32 which provides both an axial stop 34 and a radial stop 36 for the support ring 28. The support ring 28 can rest radially from the outside and thus in the direction of the axis of rotation 12 on the cover 30 against the radial stop 36. It is provided that the support ring 28 and the cover 30 have a radial play with respect to one another in the region of the radial stop 36. Due to the radial play fit between the support ring 28 and the cover 30, the rotor 10 can be manufactured particularly easily since there is no double fit. The support ring 28 rests against the axial stop 34 of the cover 30 in the axial direction A. In the present case, the support ring 28 is arranged in the axial direction A between the rotor base body 14 and the cover 30, wherein the support ring 28 bears against the axial stop 34 with a front side surface in the axial direction A and bears against the rotor base body 14 with a rear side surface opposite the front side surface in the axial direction A. In this case, it is provided that the support ring 28 is clamped between the rotor base body 14 and the cover 30 without play with respect to the axial direction A. The cover 30 is fixed to the star disk 18 by means of at least one screw connection 38. To produce the at least one screw connection 38, a screw 40 is provided which is inserted through an opening in the cover 30, bears with its screw head against an outer side of the cover 30 facing away from the star disk 18 and is screwed into an opening in the star disk 18. This means that an external thread of the screw 40 engages with an internal thread of the star disk 18. By tightening the screw 40, the cover 30 can thus be moved in the axial direction towards the star disk 18 and thus pressed against the support ring 28 in the axial direction A. To establish the screw connection 38, the screw 40 is screwed into the star disk 18 in particular in a screwing direction that runs at least substantially parallel to the axial direction A. By tightening the screw 40, the cover 30 is moved in the axial direction towards the winding head 24.

Durch das in axialer Richtung Heranbewegen des Deckels 30 an den Wickelkopf 24 kann ein besonders geringer Abstand zwischen dem Deckel 30 und dem Wickelkopf 24 erreicht werden. Der aus Aluminium hergestellte Deckel 30 weist eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch Wärme besonders schnell und effizient von dem Wickelkopf 24 abtransportiert werden kann. Je geringer ein Abstand zwischen dem Deckel 30 und dem Wickelkopf 24 ist, desto effizienter und schneller kann die Wärme von dem Wickelkopf 24 mittels des Deckels 30 abtransportiert werden. Um ein besonders nahes Heranbewegen, insbesondere ein Anlegen des Deckels 30 in axialer Richtung A an den Wickelkopf 24 zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass der Deckel 30 an seiner dem Wickelkopf 24 zugewandten Seite eine Innengeometrie 42 aufweist, welche mit der dem Deckel 30 zugewandten Außengeometrie 44 des Wickelkopfs 24 korrespondiert. Hierbei kann die Innengeometrie 42 des Deckels 30 die Außengeometrie 44 des Wickelkopfs 24 zumindest bereichsweise, insbesondere über einen besonders großen Bereich, im Negativ abbilden. Aufgrund des Wickelns der Leitungen 22 um die Sternscheibe 18 kann der Wickelkopf 24 in Bezug auf seine Außengeometrie 44 im Bereich jeweiliger Umbiegungen der Leitungen 22 jeweilige Auswölbungen aufweisen. Vorliegend ist es vorgesehen, dass der Deckel 30, wie in 3 besonders gut erkannt werden kann, als korrespondierende Innengeometrie 42 für die jeweiligen Auswölbungen des Wickelkopfs 24 jeweilige mit den Auswölbungen korrespondierende Einbuchtungen 46 aufweist. Um zu ermöglichen, dass der Deckel 30 möglichst nah an dem Wickelkopf 24 angeordnet werden kann, insbesondere an diesem anliegend, kann eine elektrisch isolierende Schicht auf dem Deckel notwendig sein. Diese elektrisch isolierende Schicht kann sich auf der Innenseite des Deckels befinden und kann auch als Kühlkörperisolation 48 bezeichnet werden. Die Kühlkörperisolation 48 ist in 1 dargestellt.By moving the cover 30 closer to the winding head 24 in the axial direction, a particularly small distance between the cover 30 and the winding head 24 can be achieved. The cover 30, made of aluminum, has a particularly high thermal conductivity, whereby heat can be transported away from the winding head 24 particularly quickly and efficiently. The smaller the distance between the cover 30 and the winding head 24, the more efficiently and quickly the heat can be transported away from the winding head 24 by means of the cover 30. In order to enable a particularly close movement, in particular a placement of the cover 30 in the axial direction A, against the winding head 24, it is provided that the cover 30 has an inner geometry 42 on its side facing the winding head 24, which corresponds to the outer geometry 44 of the winding head 24 facing the cover 30. In this case, the inner geometry 42 of the cover 30 can negatively reproduce the outer geometry 44 of the winding head 24, at least in some areas, in particular over a particularly large area. Due to the winding of the lines 22 around the star disk 18, the winding head 24 can have respective bulges with respect to its outer geometry 44 in the area of respective bends of the lines 22. In the present case, it is provided that the cover 30, as in 3 can be seen particularly well, has, as a corresponding inner geometry 42 for the respective bulges of the winding head 24, respective indentations 46 corresponding to the bulges. In order to enable the cover 30 to be arranged as close as possible to the winding head 24, in particular adjacent thereto, an electrically insulating layer on the cover may be necessary. This electrically insulating layer can be located on the inside of the cover and can also be referred to as heat sink insulation 48. The heat sink insulation 48 is in 1 shown.

Denkbar ist alternativ ein gerade so ausreichender Abstand zwischen Deckel 30 und Wickelkopf 24, dass eine elektrische Isolation des Deckels 30 zum Wickelkopf 24 über eine ausreichend große Luft- und Kriechstrecke erreicht wird und daher kein zusätzliches Bauteil notwendig ist.Alternatively, a just sufficient distance between cover 30 and winding head is conceivable 24, that an electrical insulation of the cover 30 to the winding head 24 is achieved via a sufficiently large air and creepage distance and therefore no additional component is necessary.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass eine Passung zwischen der Sternscheibe 18 und dem Stützring 28, insbesondere in radialer Richtung R, so ausgelegt ist, dass innerhalb eines gesamten vorgegebenen Betriebsdrehzahlbereichs des Rotors 10 sowie innerhalb eines gesamten vorgegebenen Betriebstemperaturbereichs des Rotors 10 der Stützring 28 über den gesamten Umfang der Sternscheibe 18 radial außenseitig an der Sternscheibe 18 anliegt. Hierdurch wird gewährleistet, dass über den gesamten Betriebstemperaturbereich mittels des Stützrings 28 die Sternscheibe 18 radial nach außen abgestützt wird. Hierdurch kann eine Beschädigungsgefahr der Sternscheibe 18 aufgrund von im Betrieb beim Drehen des Rotors 10 um die Drehachse 12 auf die Sternscheibe 18 wirkenden Fliehkräfte besonders gering gehalten werden.It is further provided that a fit between the star disk 18 and the support ring 28, in particular in the radial direction R, is designed such that, within an entire predetermined operating speed range of the rotor 10 and within an entire predetermined operating temperature range of the rotor 10, the support ring 28 bears radially outwardly against the star disk 18 over the entire circumference of the star disk 18. This ensures that, over the entire operating temperature range, the star disk 18 is supported radially outwardly by means of the support ring 28. This makes it possible to keep the risk of damage to the star disk 18 due to centrifugal forces acting on the star disk 18 during operation when the rotor 10 rotates about the axis of rotation 12 particularly low.

Vorliegend ist es vorgesehen, dass der Deckel 30 keine Kühlkanäle umfasst. Stattdessen kann der Deckel 30 im Betrieb von außen mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere mit Kühlöl, angeströmt werden, um die von dem Wickelkopf 24 weg transportierte Wärme wegzuführen. Wärme kann vom Wickelkopf 24 über die Sternscheibe 18 an den Stützring 28 und über diesen in axialer Richtung A an den Deckel 30 abgegeben werden.In the present case, the cover 30 is not provided with any cooling channels. Instead, during operation, the cover 30 can be exposed to a cooling fluid, particularly cooling oil, from the outside to dissipate the heat transported away from the winding head 24. Heat can be transferred from the winding head 24 via the star disk 18 to the support ring 28 and, via the latter, in the axial direction A to the cover 30.

Dem beschriebenen Rotor 10 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Stirnseite des Rotors 10 hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Diese hohen Lasten entstehen durch Fliehkräfte, welche auf alle Bauteile des Wickelkopfs 24 und auf alle abstützenden Bauteile - wie die Sternscheibe 18 - selbst wirken. Insbesondere ist die Last der Drähte der Wicklung des Rotors 10 und somit die Last der Leitungen 22 abzustützen. Diese hohen Lasten werden über den Rotorabschluss abgetragen. Insbesondere ist der Rotor 10 dazu eingerichtet, in einer stromerregten Synchronmaschine eingesetzt zu werden. Basis jeder stromerregten Synchronmaschine sind Kupferdrähte als Leitungen 22, welche zwischen Blechpaketen verlaufen. Diese Kupferdrähte werden an den Stirnseiten 16 des Blechpakets um jeweilige Sternscheiben 18 gewickelt. Hierdurch entstehen die sogenannten Wickelköpfe 24. Unter Drehzahl geht von diesen Wickelköpfen 24 eine starke Fliehkraft aus, welche mechanisch abzutragen ist. Ist der Rotorabschluss nicht in der Lage, diese Fliehkräfte abzutragen, kann es zu unzulässigen bleibenden Deformationen an einer Außenseite des Rotorabschlusses kommen. Darüber hinaus können im Inneren des Rotors 10 starke Deformationen auftreten, welche einen Anschlussdraht beziehungsweise einen Poldraht stark belasten können.The rotor 10 described is based on the knowledge that the end face of the rotor 10 is subject to high mechanical loads. These high loads arise from centrifugal forces acting on all components of the winding overhang 24 and on all supporting components – such as the star disk 18 itself. In particular, the load of the wires of the winding of the rotor 10 and thus the load of the cables 22 must be supported. These high loads are transferred via the rotor termination. In particular, the rotor 10 is designed for use in a current-excited synchronous machine. The basis of every current-excited synchronous machine are copper wires as cables 22, which run between laminated cores. These copper wires are wound around respective star disks 18 on the end faces 16 of the laminated core. This creates the so-called winding overhangs 24. At speed, these winding overhangs 24 generate a strong centrifugal force, which must be transferred mechanically. If the rotor termination is unable to absorb these centrifugal forces, unacceptable permanent deformations may occur on the outer side of the rotor termination. Furthermore, severe deformations may occur inside the rotor, which can place significant stress on a connecting wire or pole wire.

Der im Zusammenhang mit den Fig. beschriebene Rotorabschluss ermöglicht eine mechanische Lastabtragung der an Stirnseiten des Rotors 10 auftretenden Fliehkräfte und ermöglicht einen Abschluss des Rotors 10 der hochdrehenden stromerregten Synchronmaschine. Bei diesem Rotorabschluss sind eine Funktion der Kühlung und eine Funktion der Lastabtragung getrennt, indem diese beiden Funktionen von zwei getrennten Bauteilen umgesetzt werden. Die Kühlung des Wickelkopfs 24 erfolgt hauptsächlich über den Deckel 30, welcher aus einem thermisch gut leitenden Material, vorliegend Aluminium, besteht. Die Lastabtragung erfolgt hauptsächlich über den Stützring 28, welcher auch als Bandage bezeichnet werden kann und vorliegend aus einem hochfesten Material, insbesondere Edelstahl, besteht. Der Stützring 28 hat die Aufgabe, die Last, welche durch die Fliehkraft des Wickelkopfs 24 - und somit der Leitungen 22 - sowie der Vergussmasse 26 und der Sternscheibe 18 wirkt, sowie die Fliehkräfte aufgrund von dessen Eigengewicht abzutragen. Der Stützring 28 ist derart auszulegen, dass die Festigkeit des Stützrings 28 über ein gesamtes Produktleben des Rotors 10 sichergestellt ist. Mittels des Rotorabschlusses, welcher von dem Stützring 28 und dem Deckel 30 gebildet ist, ist ein Abschlussdeckel für den Rotor 10 bereitgestellt. Dieser Abschlussdeckel dient einem Abschließen des begrenzten Volumens sowohl bei der Herstellung des Rotors 10 für das Vergießen der Leitungen 22 mittels der Vergussmasse 26, wodurch ein Austreten der Vergussmasse 26 aus dem Rotor 10 vermieden werden kann, und ermöglicht darüber hinaus ein Abdichten des Wickelkopfs 24 im Betrieb gegen Öl, insbesondere den Deckel 30 außenseitig anströmendes Kühlöl. Eine weitere Aufgabe des Abschlussdeckels ist es, effizient in der Kühlleistung zu sein. Um einen besonders effizienten Betrieb der elektrischen Maschine zu gewährleisten, sollte der Stützring 28 aus einem nicht-ferromagnetischen Material bestehen. Der zweiteilige Rotorabschluss besteht vorliegend aus dem Stützring 28 aus Edelstahl, welcher für die Lastabtragung verantwortlich ist. Zum anderen besteht der Rotorabschluss aus dem Deckel 30, bei welchem es sich um einen Aluminiumkühlkörper handelt, welcher nicht in eine mechanische Stützfunktion eingebunden ist, aber für eine effiziente Kühlung des Wickelkopfs 24 sorgt. Die Grundidee des zweiteiligen Rotorabschlusses ist die Trennung der mechanischen Funktion von der Kühlungsfunktion. Bei dem Stützring 28 handelt es sich vorliegend um ein Tiefziehbauteil, welches direkt auf die Sternscheibe 18 gepresst wird. Der Stützring 28 ist so konzipiert, dass er zusammen mit der Sternscheibe 18, welche ebenfalls aus einem hochfesten Material hergestellt sein kann, wie beispielsweise Stahl, in der Lage ist, die Fliehkraftbelastung, welche durch den Wickelkopf 24 wirkt, abzutragen. Hierdurch können bleibende Deformationen an der Rotoraußenseite vermieden werden. Darüber hinaus können im Inneren des Rotors 10 Deformationen verringert oder ganz vermieden werden, wodurch der Anschlussdraht beziehungsweise der Poldraht lediglich besonders gering belastet ist. Darüber hinaus ermöglicht das Ausbilden des Stützrings 28 aus Edelstahl, dass Temperaturausdehnungen des Blechpakets, welches vorliegend aus Stahl hergestellt ist, der Leitungen 22, welche vorliegend aus Kupfer hergestellt sind, und des Stützrings 28 sowie der Sternscheibe 18 aus Stahl angeglichen sind. Angeglichene thermische Ausdehnungen haben den Vorteil, dass Deformationen im Inneren des Rotors 10 besonders gering gehalten werden können, beziehungsweise besonders gut vermieden werden können. Die Passung zwischen der Sternscheibe 18 aus Stahl und dem Stützring 28 aus Edelstahl ist so ausgelegt, dass in allen Betriebszuständen von null Umdrehungen bis zur Nenndrehzahl in Kombinationen mit allen vorgegebenen Temperaturzuständen von -40 Grad bis 160 Grad Celsius Kontakt zwischen der Sternscheibe 18 und dem Stützring 28 in radialer Richtung R besteht. Die Ausgestaltung des Deckels 30 als Aluminiumdruckgussbauteil ermöglicht eine besonders gute Kühlleistung und darüber hinaus ein besonders geringes Gewicht des Deckels 30, insbesondere im Vergleich zu einer Ausgestaltung des Deckels 30 aus Stahl. Des Weiteren ermöglicht die Herstellung des Deckels 30 aus Druckguss besonders feine Geometrien des Deckels 30, welche für eine Dichtung und Kühlung relevant sind. Darüber hinaus kann der Deckel 30 aus Aluminium kostengünstiger hergestellt werden als aus Edelstahl und der Deckel 30 aus Aluminium weist eine höhere thermische Leitfähigkeit auf als ein Bauteil aus Kunststoff. Der Deckel 30 ist so konzipiert, dass er sich insbesondere nicht im Kraftfluss der Lastabtragung des Wickelkopfs 24 befindet. Hierdurch ist es möglich, dass der Deckel 30 aus Aluminium hergestellt ist. Würde sich der Deckel 30 im Kraftfluss der Lastabtragung des Wickelkopfs 24 befinden, dann könnte der aus Aluminium hergestellte Deckel 30 im Betrieb aufgrund der Lastabtragung beschädigt werden. Damit sich der Deckel 30 nicht im Kraftfluss befindet, ist zum einen dessen Innengeometrie 42 so gestaltet, dass der Wickelkopf 24 sich nicht über die Vergussmasse 26 am Deckel 30 radial abstützt. Hierzu sind Flächen, an denen sich die Vergussmasse 26 in radialer Richtung R an dem Deckel 30 abstützen könnte, reduziert beziehungsweise vermieden. Dennoch ist der Deckel 30 derart gestaltet, dass der Deckel 30 für eine Optimierung der Kühlleistung möglichst nah an den Leitungen 22 angeordnet ist. Insbesondere werden keine Flächen des Deckels 30 verwendet beziehungsweise nur stark verrundete Flächen des Deckels 30 verwendet, an welchen sich die Vergussmasse 26 in radialer Richtung R nach außen hin abstützt. Die Lastabtragung aus der Sternscheibe 18 erfolgt direkt in den Stützring 28, wodurch der Deckel 30 nicht im Kraftfluss der Sternscheibe 18 ist. Darüber hinaus ist die Spielpassung zwischen dem Deckel 30 und dem Stützring 28 in radialer Richtung R vorgesehen. Diese Spielpassung zwischen Stützring 28 und Deckel 30 ermöglicht eine besonders einfache Montage des Deckels 30 bei der Herstellung des Rotors 10, insbesondere ohne thermische Prozesse. Eine axiale Sicherung des Stützrings 28 und des Deckels 30 erfolgt mittels Schrauben 40, mittels welchen der Deckel 30 an der Sternscheibe 18 verschraubt ist. Die Sternscheibe 18 ist über eine Presspassung auf der Rotorwelle 13 fixiert und über die Leitungen 22 an das Blechpaket fixiert. Die axiale Sicherung des Stützrings 28 erfolgt mittels des Bunds 32 über die axiale Sicherung des Deckels 30 mittels der wenigstens einen Schraubverbindung 38. Der beschriebene zweiteilige Rotorabschluss ist auf beiden Stirnseiten des Rotors 10 verbaut.The rotor termination described in connection with the figures enables mechanical load transfer of the centrifugal forces occurring at the end faces of the rotor 10 and enables the termination of the rotor 10 of the high-speed current-excited synchronous machine. In this rotor termination, a cooling function and a load transfer function are separated by these two functions being implemented by two separate components. The cooling of the winding overhang 24 is primarily achieved via the cover 30, which is made of a thermally highly conductive material, in this case aluminum. The load transfer is primarily achieved via the support ring 28, which can also be referred to as a bandage and is in this case made of a high-strength material, in particular stainless steel. The support ring 28 has the task of transferring the load caused by the centrifugal force of the winding overhang 24 - and thus the cables 22 - as well as the potting compound 26 and the star disk 18, as well as the centrifugal forces due to its own weight. The support ring 28 is to be designed such that its strength is ensured throughout the entire product life of the rotor 10. The rotor closure, formed by the support ring 28 and the cover 30, provides an end cover for the rotor 10. This end cover serves to close off the limited volume during the manufacture of the rotor 10 for the casting of the lines 22 using the casting compound 26, thereby preventing the casting compound 26 from escaping from the rotor 10. It also enables the winding head 24 to be sealed during operation against oil, in particular cooling oil flowing onto the cover 30 from the outside. A further function of the end cover is to be efficient in its cooling performance. To ensure particularly efficient operation of the electrical machine, the support ring 28 should be made of a non-ferromagnetic material. In this case, the two-part rotor closure consists of the support ring 28 made of stainless steel, which is responsible for load transfer. Secondly, the rotor end consists of the cover 30, which is an aluminum heat sink that is not integrated into a mechanical support function, but ensures efficient cooling of the winding head 24. The basic idea of the two-part rotor end is to separate the mechanical function from the cooling function. The support ring 28 is a deep-drawn component that is pressed directly onto the star disk 18. The support ring 28 is designed such that, together with the star disk 18, which can also be made of a high-strength material such as steel, it is able to absorb the centrifugal force exerted by the winding head 24. This can prevent permanent deformations on the outside of the rotor. be avoided. In addition, deformations inside the rotor 10 can be reduced or completely avoided, whereby the connecting wire or the pole wire is subjected to only very low stress. In addition, the design of the support ring 28 from stainless steel enables the temperature expansions of the laminated core, which in this case is made of steel, the lines 22, which in this case are made of copper, and the support ring 28 as well as the star disk 18 made of steel to be adjusted. Adjusted thermal expansions have the advantage that deformations inside the rotor 10 can be kept particularly low or can be particularly well avoided. The fit between the star disk 18 made of steel and the support ring 28 made of stainless steel is designed such that contact exists between the star disk 18 and the support ring 28 in the radial direction R in all operating conditions from zero revolutions up to the rated speed in combination with all specified temperature conditions from -40 degrees to 160 degrees Celsius. The design of the cover 30 as a die-cast aluminum component enables particularly good cooling performance and, moreover, a particularly low weight of the cover 30, especially compared to a design of the cover 30 made of steel. Furthermore, the production of the cover 30 from die-casting enables particularly fine geometries of the cover 30, which are relevant for sealing and cooling. Furthermore, the cover 30 can be manufactured more cost-effectively from aluminum than from stainless steel, and the cover 30 made of aluminum has a higher thermal conductivity than a component made of plastic. The cover 30 is designed in such a way that it is not located in the force flow of the load transfer of the winding overhang 24. This makes it possible for the cover 30 to be made of aluminum. If the cover 30 were located in the force flow of the load transfer of the winding overhang 24, the cover 30 made of aluminum could be damaged during operation due to the load transfer. To ensure that the cover 30 is not in the force flow, its internal geometry 42 is designed such that the winding head 24 is not radially supported on the cover 30 via the potting compound 26. To this end, surfaces on which the potting compound 26 could be supported on the cover 30 in the radial direction R are reduced or avoided. Nevertheless, the cover 30 is designed such that the cover 30 is arranged as close as possible to the lines 22 to optimize the cooling performance. In particular, no surfaces of the cover 30 are used, or only heavily rounded surfaces of the cover 30 are used, on which the potting compound 26 is supported outwards in the radial direction R. The load is transferred from the star disk 18 directly into the support ring 28, whereby the cover 30 is not in the force flow of the star disk 18. In addition, the clearance fit between the cover 30 and the support ring 28 in the radial direction R is provided. This clearance fit between support ring 28 and cover 30 enables particularly simple assembly of cover 30 during manufacture of rotor 10, in particular without thermal processes. Axial securing of support ring 28 and cover 30 is achieved by means of screws 40, by means of which cover 30 is screwed to star disk 18. Star disk 18 is fixed to rotor shaft 13 via a press fit and to the laminated core via leads 22. Axial securing of support ring 28 is achieved by means of collar 32 via the axial securing of cover 30 by means of at least one screw connection 38. The described two-part rotor closure is installed on both end faces of rotor 10.

Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein mechanisch stabiler und für eine Kühlung optimierter Abschluss der Stirnseite des Rotors 10 einer elektrischen Maschine umgesetzt werden kann.Overall, the invention shows how a mechanically stable closure of the front side of the rotor 10 of an electrical machine, which is optimized for cooling, can be implemented.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Rotorrotor
1212: Drehachseaxis of rotation
1313: Rotorwellerotor shaft
1414: RotorgrundkörperRotor base body
1616: Stirnseite des RotorgrundkörpersFront side of the rotor body
1818: SternscheibeStar disc
2020: SternscheibenisolationStar disc insulation
2222: LeitungLine
2424: Wickelkopfwinding head
2626: VergussmassePotting compound
2828: StützringSupport ring
3030: DeckelLid
3232: BundFederal
3434: axialer Anschlagaxial stop
3636: radialer Anschlagradial stop
3838: Schraubverbindungscrew connection
4040: Schraubescrew
4242: InnengeometrieInternal geometry
4444: AußengeometrieExternal geometry
4646: Einbuchtungenindentations
4848: KühlkörperisolationHeat sink insulation
AA: axiale Richtungaxial direction
RR: radiale Richtungradial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2022 106 636 A1 [0002]
DE 10 2021 123 673 A1 [0003]

Claims

Rotor (10) for an electrical machine, in particular a traction machine of a motor vehicle, with a rotor base body (14), with at least one star disk (18) arranged on the end face of the rotor base body (14), which star disk is wound with a cable (22), whereby a winding head (24) is formed on the end face of the rotor base body (14), with a support ring (28) which bears on the outside of the star disk (18), radially encloses the star disk (18) and the winding head (24) and is designed to radially outwardly support the winding head (24) and the star disk (18) with respect to centrifugal forces acting during operation, and with a cover (30) which is formed separately from the support ring (28), which covers the winding head (24) outwards in the axial direction (A) towards a side of the winding head (24) facing away from the rotor base body (14) and which comprises aluminum.

Rotor (10) after Claim 1 , characterized in that a radial load transfer from the winding head (24) and the star disk (18) to the cover (30) is omitted.

Rotor (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the support ring (28) covers the cover (30) radially outwards at least in some areas, wherein there is a radial play between the cover (30) and the support ring (28).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the support ring (28) and the cover (30) together form a rotor closure, by means of which a volume in which the winding head (24) is arranged is sealed to the outside.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a fit between the star disk (18) and the support ring (28) is designed such that within an entire predetermined operating speed range of the rotor (10) and within an entire predetermined operating temperature range of the rotor (10), the support ring (28) bears against the outside of the star disk (18) over the entire circumference of the star disk (18).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover (30) is screwed to the star disk (18) by means of at least one screw connection (38), whereby the cover (30) is secured in the axial direction (A).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover (30) has an axial stop (34) against which the support ring (28) bears in the axial direction (A), whereby the support ring (28) is secured by the cover (30) in the axial direction (A).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover (30) has an inner geometry (42) which corresponds to the outer geometry (44) of the winding head (24).

Electrical machine with a rotor (10) according to one of the preceding claims and with a stator, relative to which the rotor (10) can be rotated about an axis of rotation (12) during operation.

Motor vehicle with an electric machine according to Claim 9 .