CN111587332A - 包括电机和变速箱的组件及车辆 - Google Patents

Abstract

一种组件（1），其包括电机（2）、变速箱（3）、联结电机（2）和变速箱（3）且具有从轴（9）的电机侧端部（19）延伸到变速箱（3）内的轴向盲孔（18）的轴（9）、配置为提供冷却剂到轴向盲孔（18）内的冷却剂添加元件（21）以及在轴向盲孔（18）内从电机侧端部（19）延伸至变速箱（3）并限定用于所添加的冷却剂的流动路径（23）的冷却剂传导元件（22）。

Description

包括电机和变速箱的组件及车辆

本发明涉及包括电机和变速箱的组件。此外，本发明涉及一种车辆。

包括电机和变速箱的组件需满足对功率密度的高要求，特别是在用作电动车辆的集成驱动系统时如此。因此，组件的每个部件都设计为在接近其热限的情况下运行。对于变速箱，累积在油泵中的润滑剂的温度不得超过通常为120℃至140℃的最高额定温度规定的时间范围。否则，变速箱滚动接触产生的热量不能充分散发，这可能导致润滑膜塌陷从而产生更多的磨损。因此，变速箱可能发热并损坏。

不利的是，转子的热损失会加热联结电机和变速箱的轴。轴通过密封件和轴承将热量传导至变速箱中。

WO 2016/050534 A1公开了一种电机，该电机包括转子和轴，该轴具有轴向孔和伸入轴向孔内使得冷却剂可流入轴向孔内的导流元件。导流元件通过冷却剂入口供给冷却剂。

本发明的一个目的是提供一种包括电机和变速箱的改进组件，特别是允许改进变速箱散热的改进组件。

根据本发明，上述目的通过以下组件实现：该组件包括电机、变速箱、联结电机和变速箱的轴且该轴具有从轴的电机侧端部延伸到变速箱内的轴向盲孔、配置为提供冷却剂到轴向盲孔内的冷却剂添加元件以及在轴向盲孔内从电机侧端部延伸至变速箱并限定用于添加的冷却剂的流动路径的冷却剂传导元件。

本发明是基于将轴的流体冷却延伸至变速箱的考虑作出的。由于转子产生的热量通过轴传导至变速箱内，所以冷却电机侧端部和变速箱之间的轴有利于有效地在其进入变速箱的位置进行散热。此外，冷却剂将由变速箱齿轮的滚动接触产生的热量散开。其中，润湿轴的润滑剂膜与变速箱内的所有润滑剂产生热连接，从而通过轴有效地冷却。

通常，电机和变速箱布置在同一外壳内。因此，该组件可实现集成驱动系统，特别是用于车辆的集成驱动系统。优选地，电机配置为在非超载运行范围内提供12000 min^-1、优选为15000 min^-1、更优选为20000 min^-1的转速。上述转速允许实现现代汽车驱动系统所需的高功率密度。特别地，电机是永磁同步电机。轴可看作是组件的主轴。转子和/或齿轮可以抗扭方式连接到轴。通常，冷却剂包括水和/或乙二醇。电机侧端部可视为轴的非驱动端（NDE）。

优选地，轴向盲孔由具有通孔的轴实现，该通孔被封闭元件轴向封闭。封闭元件可包括塞、螺柱或螺母。轴可由管状未加工部件制成，或可通过钻取通孔制成。

其中，封闭元件安装有支撑轴的轴承和/或安装变速箱的齿轮。特别地，可将安装轴承和/或齿轮的螺母拧入位于轴的变速箱侧端部的通孔内。另外，密封装置可用作封闭元件，以免冷却剂与变速箱内的润滑剂接触。

有利地，轴的盲端部分具有配置成使冷却剂涡旋的偏转装置。当冷却剂流向偏转装置时，产生了改善散热的涡流。偏转装置具有不垂直于轴的旋转轴线的孔侧表面。换言之，孔侧表面的法线和旋转轴线可形成大于零的角，优选为至少1°的角，更优选为至少5°的角。

优选地，偏转装置由封闭元件实现。因此，封闭元件朝向电机侧端部的部分可具有非垂直的孔侧表面。

冷却剂传导元件可布置成使得轴绕其旋转。然而，冷却剂传导元件也可配置成与转子一起旋转，例如布置成以抗扭方式与转子一起旋转。其中冷却剂传导元件可相对于冷却剂添加元件旋转。

对于本发明的组件，优选将冷却剂传导元件配置成将轴向盲孔分为内部部分和外部部分，其中一个部分实现流动路径。冷却剂传导元件可具有围绕内部部分的封闭截面。特别地，冷却剂传导元件为管道或导管。因此，冷却剂传导元件可视为冷却喷枪。

优选地，内部部分实现流动路径。因此，冷却剂在冷却剂传导元件内流至盲端部分，在盲端部分渗入内部部分并与轴接触。渗入内部部分后，冷却剂回流至与轴接触的电机侧端部。或者，冷却剂沿着外部部分流入轴向盲孔内并通过内部部分回流至电机侧端部。

冷却剂传导元件可进一步包括沿轴的轴向延伸并突入外部部分中的开放式圆周轮廓，特别是螺旋形轮廓。因此，当回流至电机侧端部时，通过轮廓产生涡流。此外，由于轮廓不随轴旋转，所以轴的旋转使冷却剂沿轴向运动。

尽管冷却剂传导元件和轮廓可以单独形成，但是优选的是轮廓由围绕冷却剂传导元件布置的轮廓元件实现。轮廓元件可以是金属丝或带状物，和/或可以由聚合物和/或金属制成。优选地，轮廓元件是压靠或包裹在冷却剂传导元件周围的模制件。轮廓元件可通过压入配合来固定。或者，轮廓元件可通过将其模制在冷却剂传导元件上来实现。

此外，该组件可包括径向轴密封件，该径向轴密封件布置在转子与连接到轴的齿轮之间，其中径向轴密封件可由冷却剂冷却。通常，径向轴密封件防止润滑剂进入电机的气隙。因此，优选将其布置在电机驱动端罩（DE罩）中的轴承与转子之间。由于过热时径向轴密封件可遭受高磨损，因此本发明的冷却方法允许径向轴密封件具有更长的使用寿命。

此外，本发明涉及一种包括本发明组件的车辆，其中该组件配置为驱动该车辆。

有关本发明组件的所有表述类似地适用于本发明车辆，从而本发明组件的上述优点也可实现。

下面参考附图对本发明的优点作进一步的详细说明：

图1是本发明一个实施例中包括电机和变速箱的组件的透视图；

图2是沿如图1所示截面II的组件截面图；

图3是冷却剂传导元件的截面图；以及

图4是本发明车辆的一个实施例的框图。

图1是组件1的一个实施例的透视图，所述组件1包括电机2和变速箱3。组件1是具有高功率密度的用于车辆的集成驱动系统，其中电机2能够在非超载运行范围内提供高达22000 min^-1的转速。

组件1还包括配置为向电机2供电的逆变器4。电机2、变速箱3以及逆变器4具有一个包括电机外壳6和变速箱外壳7的共用外壳5。该共用外壳5可实施为单体式外壳，其中电机外壳6和变速器外壳7为对应的外壳段，或者共用外壳5可实施为两部分或多部分式外壳。

变速箱3包括两个侧轴8，其中图1隐藏了一个侧轴。两个侧轴8通过变速箱3的差速齿轮相联结且可附接至车辆的轮毂上。

图2是沿如图1所示截面II截取的组件1截面图。组件1包括附接至电机2的转子10以及附接至变速箱3的齿轮11的轴9。因此，轴9直接联结转子9和齿轮11，可认为是组件1的主轴。

组件1还包括布置在电机外壳6的驱动端罩13（DE罩）内位于转子10和齿轮11之间的第一轴承12、布置在变速箱外壳7的外壳结构15内的第二轴承14以及布置在电机外壳6的非驱动端罩17（NDE罩）内的第三轴承16。

轴9包括轴向盲孔18，该轴向盲孔18从轴9的电机侧端部19延伸到变速箱3内直至轴9中布置有第二轴承14的部分。轴向盲孔18通过具有通孔的轴9实现，该通孔由封闭元件20轴向封闭。封闭元件20为螺母，其也安装有第二轴承14和变速箱3的齿轮11。或者，封闭元件为塞或螺柱。轴可以由具有通孔的管状未加工部件制成。或者，可以在轴9中钻有通孔。

另外，组件1包括冷却剂添加元件21，其布置在电机侧端部19上且配置成向轴向盲孔18中添加和供应冷却剂，如水和乙二醇的混合物。该冷却剂添加元件21可根据文件WO2016/050534 A1所描述的元件进行配置。当进入轴向盲孔18时，冷却剂由组件1的冷却剂传导元件22进行传导。冷却剂传导元件22布置成使得轴9绕其旋转。换言之，冷却剂传导元件22和轴9以抗扭方式彼此未连接。

冷却剂传导元件22沿着冷却剂从电机侧端部19进入变速箱3的流动路径23伸入轴向盲孔18内。冷却剂传导元件22伸入轴向盲孔18内直至盲端部分24。冷却剂传导元件22为管状且与轴向盲孔18同轴布置。因此，冷却剂传导元件22将轴向盲孔18分为内部部分25和外部部分26，其中内部部分25实现流动路径23。

当冷却剂通过冷却剂添加元件21供应并添加到冷却剂传导元件22中时，冷却剂渗入冷却剂传导元件22的盲端部分24。其与布置在盲端部分24的偏转装置27接触。偏转装置27配置成使冷却剂涡旋，从而产生涡流以改善冷却效果。由此，偏转装置27的孔侧表面28不垂直于轴的旋转轴线29。偏转装置27由封闭元件20实现。因此，形成封闭元件的螺母在其孔侧具有倾斜面28。在涡旋之后，冷却剂流回电机侧端部19。由此，冷却剂添加元件21具有出口。另外，组件1包括泵（未示出），该泵配置为沿着闭合的冷却回路泵送冷却剂。

另外，冷却剂传导元件22包括沿轴9的轴向延伸并突出到外部部分26中的开放式周向（即螺旋形）轮廓30。轮廓30由布置在冷却剂传导元件22周围的轮廓元件31实现。因此，当轴9旋转时，冷却剂传导元件22静止不动，并且由于轮廓具有类似于轴向泵的作用，轮廓30增强了冷却剂的回流。

图3是冷却剂传导元件22的截面图。可以看出，轮廓元件31是压靠或包裹冷却剂传导元件22的带状物。轮廓元件31由作为模制部件的聚合物制成。或者，轮廓元件31由金属或聚合物与金属的组合制成。轮廓元件31压入配合在冷却剂传导元件22的两端。虽然在图3中描述为带状物，但是作为替代方案冷却剂传导元件22可以为金属丝。

因此，组件1允许将冷却剂沿着流动路径23输送至轴向盲孔18内。当在盲端部分24处离开流动路径23时，冷却剂回流并冷却被转子10加热的轴9。另外，由于在变速箱3内轴9周围的润滑剂膜将热量从变速箱3内部传导至轴9，所以冷却剂使变速箱3散热。此外，冷却剂冷却轴承12、14、16和布置在第一轴承12与转子11之间用于防止润滑剂进入电机2气隙的径向轴密封件32。因此，径向轴密封件32在“湿”变速箱3和“干”电机2之间形成系统屏障33。

根据组件1的另一实施例，冷却剂的流动方向与前述实施例相反。因此，冷却剂从冷却剂添加元件21通过外部部分26流向盲端部分24，并通过内部部分25回流。

根据组件1的另一实施例，冷却剂传导元件22配置成随转子10旋转。由此，冷却剂传导元件22以抗扭方式连接到转子10，并且相对于冷却剂添加元件21旋转。

图4是车辆34的一个实施例的框图，该车辆34包括根据前述实施例之一的组件1，其中组件1配置为驱动该车辆34。

Claims (13)

1.一种组件（1），其包括电机（2）、变速箱（3）、联结所述电机（2）和所述变速箱（3）且具有从轴（9）的电机侧端部（19）延伸到变速箱（3）内的轴向盲孔（18）的轴（9）、配置为提供冷却剂到所述轴向盲孔（18）内的冷却剂添加元件（21）以及在所述轴向盲孔（18）内从所述电机侧端部（19）延伸至所述变速箱（3）并限定用于所添加的所述冷却剂的流动路径（23）的冷却剂传导元件（22）。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述轴向盲孔（18）由具有通孔的所述轴（9）实现，所述通孔被封闭元件（20）轴向封闭，特别地，所述封闭元件（20）包括塞、螺柱或螺母。

3.根据权利要求2所述的组件，其中所述封闭元件（20）安装有支撑所述轴（9）的轴承（14）和/或安装有所述变速箱（3）的齿轮（11）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述轴（9）的盲端部分（24）具有配置为使所述冷却剂涡旋的偏转装置（27）。

5.根据权利要求2和4或权利要求3和4所述的组件，其中所述偏转装置（27）由所述封闭元件（20）实现。

6.根据权利要求4或5所述的组件，其中所述偏转装置（27）具有不垂直于所述轴（9）的旋转轴线（29）的孔侧表面（28）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述冷却剂传导元件（22）布置成使得所述轴（9）绕其旋转。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述冷却剂传导元件（22）配置成将所述轴向盲孔（18）分为内部部分（25）和外部部分（26），其中一个部分（25，26）实现所述流动路径（23），特别地，所述一个部分（25，26）是所述内部部分（25）。

9.根据权利要求8所述的组件，其中所述冷却剂传导元件（22）包括沿所述轴（9）的轴向延伸并突入所述外部部分（26）中的开放式圆周轮廓（30），特别是螺旋形轮廓。

10.根据权利要求9所述的组件，其中所述轮廓（30）由围绕所述冷却剂传导元件（22）布置的轮廓元件（31）实现。

11.根据权利要求10所述的组件，其中所述轮廓元件（31）为金属丝或带状物和/或由聚合物和/或金属制成，特别地，通过模制聚合物制成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述组件包括径向轴密封件（32），所述径向轴密封件（32）布置在转子（10）与附接至所述轴（9）的齿轮（11）之间，其中所述径向轴密封件（32）由所述冷却剂冷却。

13.一种车辆（34），其包括根据前述权利要求中任一项所述的组件（1），其中所述组件（1）配置为驱动所述车辆（34）。

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