CN102738961A - 电动驱动单元 - Google Patents

Abstract

用于机动车辆的电动驱动单元，具有电机和润滑冷却回路。润滑冷却回路包括水基润滑剂，其至少经由电机内部区域经过，以便在内部区域冷却电机的部件。

Description

电动驱动单元

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的电动驱动单元，尤其涉及一种电动轴驱动单元，具有电机且具有用于电机的润滑冷却回路。

本发明涉及德国优先权DE102011015623.2，其在此作为参考并入。

背景技术

这样的电动驱动单元可以用作机动车辆的自动驱动源(在一个轴上的纯电动驱动)。可替换地，这样的驱动单元可以试图辅助主驱动单元，特别是辅助内燃机(混合驱动)。典型地，例如，电机以多相异步电机或永磁同步机的形式存在。作为例子，电机的转子可驱动轴差动齿轮箱(differential gearbox)的输入元件，其中，如果有需要，可额外在电机和轴差动齿轮箱之间提供变速齿轮箱，以便降低电机转子的旋转速度。

高动力密度对于这样的电动驱动单元是理想的，以便允许在给定物理区域产生尽可能高的驱动动力。在操作中，电机产生越来越多的热，其应尽可能有效地被散开。在这种情况下，电机的有效冷却是极其重要的，因为有效的冷却可以使得有效地增加电机的动力输出成为可能(也就是效率)。相反，这意味着电动部件需要较小的物理空间来达到特定的驱动动力。

如果电机后接着是齿轮箱，例如在具有轴差动齿轮箱的轴驱动单元的情况下，这也需要冷却。然而，特别地，齿轮箱必须被润滑，其中用于齿轮箱的润滑回路与用于电机的冷却回路承受不同的需求。在这种情形中，不可否认地可能通过共用的润滑油回路来润滑并冷却电机和齿轮箱，其中电机配有特定线圈，例如为了扩大表面面积并以这种方式改善散热。然而，这种设计复杂不合需要，且最后润滑油的低热容量仍然限制了可完成的散热。

本发明的一个目标是提供一种用于所述类型电动驱动单元的改进的润滑冷却系统，其允许电机具有较高的动力密度，特别是相对于轴驱动单元所能获得的小的物理空间。

这一目标通过具有权利要求1的特征的电动驱动单元来实现，并且特别地，其中润滑冷却回路包括水基润滑剂(aqueous lubricant)，其至少穿过电机的内部区域，以便在内部区域冷却电机的部件。

因此，电动驱动单元包括具有水基润滑剂(即水和至少一种其它物质(例如酒精)的混合物)的润滑冷却回路。特别地，水基润滑剂可具有水-乙二醇混合物。润滑剂的水成分用于电机内部区域的特定有效的冷却。为了这个目的，水基润滑剂在电机内部区域沿着内部区域的部件经过。来自电机的废热因此可以被特定有效地吸收和扩散-特别是与电机外表面的冷却结合-，因为废热主要在电机内部区域内产生。此外，水基润滑剂可以润滑电机的内部区域(例如电机的轴承)。

与典型的润滑剂比较，水具有高的热容量、高的热传导率和相应高的热传递系数。水基润滑剂因此可以吸收和扩散相当大量的来自电机的热动力。为了这个目的对于热传递表面没有特定的需求，因此利用简单和紧凑设计的电动驱动单元在电机内达到高动力密度(即高效率)是可能的。

发明内容

本发明的有利实施例在从属权利要求中论及，并将在下文中进行说明。

为了电机内部区域特定有效地冷却，优选水基润滑剂沿电机定子的内层表面经过。特别地，水基润滑剂可以经过电机线圈端部，以便吸收和扩散大量的热动力。

可选地或另外，水基润滑剂可以沿电机转子的外层表面经过，该电机转子贮藏在定子内。可选地或另外，水基润滑剂还可以经由转子内轴向和/或径向冷却通道穿过(相对于电机的转轴)以便在废热的吸收和扩散方面达到尽可能高的效率。

根据一个优选实施例，驱动单元还包括电连接到电机上游的逆变器和用于该逆变器的专用冷却回路。在这个实施例中，一方面用于电机的润滑冷却回路和另一方面用于逆变器的冷却回路通过热交换器彼此热连接。这允许电动部件冷却到两个不同的温度级别，即在用于逆变器的冷却回路中具有比在用于电机的润滑冷却回路中较低的温度级别。这允许电机高效运转，而相关联的逆变器仍然可靠地避免过热。由于它们之间的热交换连接，该冷却回路还可以用来冷却润滑冷却回路中的水基润滑剂。

用于逆变器的所述冷却回路优选包括冷却水，其沿逆变器的部件经过。由于高热容量和热传导率，冷却水的使用导致逆变器特别有效的冷却-通过所述热交换器-在润滑冷却回路中的水基润滑剂同样如此。

在用于逆变器的所述冷却回路中的冷却水可能在一个有利的实施例中还沿电机部件经过，以便辅助冷却那里，特别是电机的外表面，例如沿电机定子的外层表面。所述冷却回路可以以这种方式额外地形成用于电机的外部冷却套管。

根据一个替换实施例，驱动单元包括电连接到电机上游的逆变器，其中在润滑冷却回路中的水基润滑剂还沿逆变器的部件经过，以便对其进行冷却。因此，在这个实施例中，没有另外的冷却回路具有与水基润滑剂的热交换连接，因此简化了电动驱动单元的设计并使得其可能达到恰好较小的物理尺寸。

还是在这个替换实施例中，在润滑冷却回路中的水基润滑剂的优势还在于沿电机的外表面经过，以便额外吸收和扩散来自电机的废热，例如沿定子的外层表面。

对于所有上述实施例，驱动单元优选地还包括机械连接到电机输出(例如转子)的齿轮箱，其中在润滑冷却回路中的水基润滑剂不仅冷却电机的内部区域还沿齿轮箱的部件经过，以便冷却并润滑齿轮箱。因此这达到了对于具有电机紧接着齿轮箱的电动驱动单元特定需求的最佳折衷点，通过使用水基润滑剂，以便允许电机具有高动力密度。所述齿轮箱优选为轴差动齿轮箱，其随意地经由另外的变速齿轮箱连接到电机的输入侧。通常，连接到电机的齿轮箱可以是转动齿轮箱或固定齿轮箱。

水基润滑剂优选具有低导电率，从而这允许连续电流流经电机的至少一个轴承。换句话说，水基润滑剂的低导电率允许电流(由电机设计结构产生)连续流动，经由电机的轴承(相应于轴承本身减少的内阻)流动。这防止在轴承内放电及因此轴承表面的破坏。

在所有上述实施例中，电动驱动单元的润滑冷却回路还可具有热交换器，水基润滑剂经其向周围区域释放热。通过例子，热交换器可包括在机架外表面上的冷却肋状物以便通过热传导连接向周围区域释放来自水基润滑剂的废热。

附图说明

本发明将在下文中参考附图通过例子进行说明。在这些图中相同的部件或相同类型的部件使用相同的附图标记表示。

图1示出了具有润滑冷却回路和额外冷却回路的电动驱动单元的示意图。

图2至4均示出了具有单个润滑冷却回路的电动驱动单元的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于机动车辆的电动驱动单元的第一实施例，该电动驱动单元包括润滑冷却回路11，其包含水基润滑剂，即基于水的润滑剂。此外，电动驱动单元包括冷却回路13，其包含冷却水并在比润滑冷却回路11较低的温度级别下操作。电动驱动单元优选为轴驱动单元，并且它包括电机(例如多相异步电机或永磁同步电机)和连接到电机输出的齿轮箱。具有水基冷却剂的润滑冷却回路11用来冷却并润滑电机和齿轮箱的部件，而冷却回路13额外用来冷却电机和相关联的电转换装置的部件。这将在下文中详细说明。

具有水基润滑剂的润滑冷却回路11包括润滑剂输入装置15，其使得水基润滑剂在润滑冷却回路11内连续流通。最初，水基润滑剂沿电机中的内部区域17的部件经过，优选经过至少线圈端部。通常，在电机内部区域17中的水基润滑剂可以沿电机定子的内层表面和/或沿转子的外层表面和/或经由电机转子内的轴向和/或径向冷却通道经过。

在电机的内部区域17内，水基润滑剂吸收来自电机的大多数废热。在这种情况下，特别有利地是水基润滑剂的水基导致获得较大的热扩散率，因为水成分具有高的热容量和高的热传导率。

以这种方式加热的水基润滑剂输入润滑剂/冷却水热交换器，精确到热交换器的高温一侧19。来自电机内部区域17被吸收的废热经由热交换器释放到冷却回路13。以这种方式冷却的水基润滑剂然后输入到电动驱动单元的齿轮箱21的部件，例如轴差动齿轮箱的摩擦接触表面和轴承。水基润滑剂然后再次经过润滑输入单元15，在这种情况下，例如在齿轮箱21和润滑剂输入装置15之间可提供润滑剂箱(未示出)。

冷却回路13包括冷却水包含其中的专用冷却水输入装置23。其将冷却水首先输入到冷却水/周围空气热交换器25，该冷却水/周围空气热交换器25例如通过冷却薄片或冷却板将包含在冷却水中的废热释放到周围空气27中。以这种方式被冷却的冷却水然后沿着电动驱动单元的电转换装置(例如沿着逆变器29)经过。在逆变器29之后，冷却水沿已经提及的润滑/冷却水热交换器的低温侧31经过，以便吸收来自润滑冷却回路11的废热。最后，在冷却回路13中的冷却水还用来冷却电机的外表面33，例如冷却套管，其围绕或形成电机定子的外层表面。最后，冷却水可能经过箱再次经过冷却水输入装置23。

润滑冷却回路11中的各种部件和冷却回路13中的各种部件的各自顺序也可以互换。

用于电机内部区域17的在润滑冷却回路11中水基润滑剂的使用实现了从内部区域17的特定有效的热扩散。这导致电机具有有利的高动力密度。图1所示实施例的另一个优点是润滑冷却回路11中的水基润滑剂同时用来润滑齿轮箱21的部件，其结果是为了此目的不再需要额外的润滑回路。独立的冷却回路13的使用保证低温级别可靠地保持用于与电机相关联的转换装置(逆变器29)，以便保护电转换装置避免过热。此外，由于电机的(较冷的)外表面33被额外冷却，因此电机的热扩散动力甚至进一步增加。

图2示出了比图1所示更简单的电动驱动单元的实施例，其仅仅包括具有水基润滑剂的润滑冷却回路11，即没有额外的具有纯冷却水的冷却回路13。这里还提供润滑剂输入装置15。其首先将水基润滑剂输入润滑剂/周围空气热交换器35，包含在水基润滑剂中的废热从中释放到周围空气27。以这种方式冷却的水基润滑剂(即在最低温度级别)随后沿以逆变器29形式的电转换装置经过，以便将其冷却。水基润滑剂然后沿电机的外表面33(例如在定子外层表面上的冷却套管)经过。

在冷却电机的外表面33之后，水基润滑剂用来冷却电机的内部区域17。为了这一目的，例如，水基润滑剂沿定子的内层表面经过，沿转子的外层表面和/或经由电机转子内的轴向/径向冷却通道经过。在这一过程中，来自电机的相当大一部分废热被吸收，即水基润滑剂目前在润滑冷却回路11内采用最高温度级别。

最后，水基润滑剂还被输入到电动驱动单元内的齿轮箱21，以便润滑齿轮箱。从那里，水基润滑剂被抽取到润滑输入装置15内，并再次在热交换器35的方向上抽出。润滑剂箱可设置在齿轮箱21和润滑剂输入装置15之间，特别地，也可被用作额外的用于将热释放到周围空气27的热交换器。

此外，图2所示实施例的一个特别优势是经由电机内部区域17经过的水基润滑剂的使用导致废热特别有效的扩散，因此使得电机具有高动力密度。而且，仅仅提供单个回路11。特别地，水基润滑剂输入各个理想温度级别的顺序中不同的冷却点是可能的，即从逆变器29开始(最低温度级别)，经由电机的外表面33，到电机的内部区域17(最高温度级别)。

图3示出了电动驱动单元的实施例，与图2相比其进一步简化。与图2所示实施例的不同在于水基润滑剂不仅经由电机的外表面33，而且经由电机的内部区域17。这导致润滑冷却回路11，特别是水基润滑剂的行程的更简单的物理设计。然而，这保证了电机的有效冷却，因此大部分废热从电机内部区域17抽出。

最后，图4示出了最简单的情形，具有水基润滑剂的润滑冷却回路11仅仅用来冷却电机的活动部件，即内部区域17，以便有效地冷却电机并因此使电机操作达到高效。为了这个目的，需要润滑剂输入装置15和润滑剂/周围空气热交换器35。然而，在图4所示的实施例中，没有额外的冷却提供给电转换装置(逆变器29)，并且也没有额外的润滑提供给齿轮箱21。

附图标记列表

11具有水基润滑剂的润滑冷却回路

13具有冷却水的冷却回路

15润滑剂输入装置

17电机内部区域

19润滑剂/冷却水热交换器的高温侧

21齿轮箱

23冷却水输入装置

25冷却水/周围空气热交换器

27周围空气

29逆变器

31润滑剂/冷却水热交换器的低温侧

33电机外部表面

35润滑剂/周围空气热交换器

Claims (11)

1.用于机动车辆的电动驱动单元，特别是电动轴驱动单元，

具有电机和用于电机的润滑冷却回路(11)，

其特征在于，润滑冷却回路(11)包括水基润滑剂，其至少经由电机的内部区域(17)经过，以便在内部区域(17)冷却电机的部件。

2.根据权利要求1的电动驱动单元，其中水基润滑剂沿电机定子的内层表面经过。

3.根据权利要求1的电动驱动单元，其中水基润滑剂沿转子的外层表面和/或经由电机转子内的轴向和/或径向冷却通道经过。

4.根据权利要求1的电动驱动单元，其中驱动单元进一步具有连接到电机上游的逆变器(29)、和用于逆变器的冷却回路(13)，其中用于电机的润滑冷却回路(11)和用于逆变器(29)的冷却回路(13)彼此经由热交换器(19，31)热连接。

5.根据权利要求4的电动驱动单元，其中用于逆变器(29)的冷却回路(13)包括冷却水，其沿逆变器的部件经过。

6.根据权利要求4的电动驱动单元，其中冷却水还沿电机的外表面(33)经过，特别沿电机定子的外层表面经过。

7.根据权利要求1的电动驱动单元，其中驱动单元还具有连接到电机上游的逆变器(29)，其中润滑冷却回路(11)中的水基润滑剂也沿逆变器的部件经过。

8.根据权利要求7的电动驱动单元，其中润滑冷却回路(11)中的水基润滑剂也沿电机外表面(33)经过，特别沿电机定子的外层表面经过。

9.根据权利要求1的电动驱动单元，其中驱动单元还包括齿轮箱(21)，其连接到电机的输出，其中润滑冷却回路(11)中的水基润滑剂还沿齿轮箱(21)的部件经过，以便润滑齿轮箱。

10.根据权利要求1的电动驱动单元，其中水基润滑剂具有低导电率以至于使得连续电流经由电机的至少一个轴承流过。

11.根据权利要求1的电动驱动单元，其中润滑冷却回路(11)还包括热交换器(35)，水基润滑剂经由该热交换器向周围区域释放热。

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