CN112186918B - 在机动车辆中冷却电动机器的组件以及运行该组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于在机动车辆中使用的组件(1)，该组件具有：‑电动机器(2)，该电动机器带有转子(3)和具有定子绕组的定子(4)；‑定子冷却装置，该定子冷却装置具有第一冷却回路(6)，该第一冷却回路用于借助于在该第一冷却回路(6)中流动的第一冷却介质(8)来冷却该定子(4)，其中该第一冷却回路(6)由机动车辆冷却回路构成；‑转子冷却装置，该转子冷却装置具有第二冷却回路(7)，该第二冷却回路用于借助于在该第二冷却回路(7)中流动的第二冷却介质(9)来冷却该转子(3)，其中该第二冷却回路(7)由变速器油冷却回路构成；‑热交换器(10)，该第一冷却回路(6)和该第二冷却回路(7)藉由该热交换器进行热耦合，其特征在于，该定子冷却装置被设计为使得该第一冷却介质(8)与这些定子绕组直接接触。本发明还提出一种用于运行这种组件的方法。

Description

在机动车辆中冷却电动机器的组件以及运行该组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车辆中使用的组件，该组件具有：电动机器，该电动机器带有转子和具有定子绕组的定子；定子冷却装置，该定子冷却装置具有第一冷却回路，该第一冷却回路用于借助于在第一冷却回路中流动的第一冷却介质来冷却该定子，其中该第一冷却回路由机动车辆冷却回路构成；转子冷却装置，该转子冷却装置具有第二冷却回路，该第二冷却回路用于借助于在第二冷却回路中流动的第二冷却介质来冷却该转子，其中该第二冷却回路由变速器油冷却回路构成；还具有热交换器，该第一冷却回路和该第二冷却回路藉由该热交换器热耦合。
背景技术
在电动机器的构件中所产生的损耗功率以热量的形式释放。电动机器的受此影响的构件尤其是其定子和其转子。
在机动车辆中已知的是，借助于电动机器以藉由变速器来输出电动机器的驱动功率。在此，一方面为了排出在转子中产生的热量，使用变速器油(即黏性较高的液体)，而为了导出从定子释放的热量，使用机动车辆冷却介质(即相对于变速器油而言黏性较低的冷却介质，该冷却介质借助于机动车辆的冷却回路的冷却器被冷却)。
也具有专利权利要求1的前序部分的特征的开篇所述类型的组件是从DE 10 2015214 309A1和WO 2017/220296 A1中已知的。所述文本描述了一种用于在机动车辆中使用的电动机器。藉由车辆冷却回路冷却该电动机器的定子，并且藉由变速器油冷却回路冷却该电动机器的转子。该变速器油冷却回路藉由热交换器与机动车辆冷却回路联接。在此，该定子在其径向外侧藉由包围该定子的冷却罩被冷却。最后提及的文献还公开了一种布置在变速器油回路中的、要按需要打开或关闭的旁路管道，经由该旁路管道可以按需要引导流体流围绕热交换器。
在US 2004/0045749 A1中描述了一种藉由变速器油回路进行冷却的电动机器。
US 2010/0012409 A1公开了一种用于在机动车辆中使用的电动机器。冷却剂(其是冷却油)相继流过电动机器的转子和定子，其方式为使得冷却剂直接围绕电动机器的定子绕组流动。
文献US 2010/0264759 A1和WO 2018/137955 A1分别公开了一种用于在机动车辆中使用的电动机器，其中电动机器的转子和定子二者藉由同一变速器油回路被冷却，并且其中变速器油流过电动机器的定子绕组。最后提及的文献还公开了一种布置在变速器油回路中的热交换器。
在US 2013/0269478 A1中描述了一种机动车辆的电动机器，其中电动机器的转子和定子藉由同一变速器油回路被冷却。
在US 2017/0175612 A1中描述了一种具有两条独立的冷却回路的机动车辆的冷却系统，这些冷却回路藉由热交换器相互联接。
发明内容
本发明的目的在于改进一种具有专利权利要求1的前序部分的特征的组件，使得在该组件的结构上紧凑的构型下、尤其电动机器的结构上紧凑的构型下，确保对该电动机器的定子的最佳冷却。本发明的目的还在于，在这个组件中给出有利的用于运行该组件的方法。
该目的通过根据专利权利要求1的特征设计的组件以及通过例如为专利权利要求17和18的主题的方法来实现。
在根据本发明的组件中提出，定子冷却装置被设计为使得第一冷却介质直接接触定子绕组。这种直接接触在定子绕组通常形成限制功率的构件方面是特别有利的。在该定子的区域中所产生的损耗功率可以通过使用第一冷却介质直接接触定子绕组而被最佳地导出。
尤其在这方面，第一冷却介质围绕该定子绕组流动和/或流过该定子绕组。
特别有利的是，在不同的区域中(在转子和定子中)以不同方式来冷却电动机器。定子藉由第一冷却回路来冷却，而转子藉由第二冷却回路来冷却。该第一冷却回路以不同于该第二冷却回路的介质工作。因此，该第一冷却回路由机动车辆冷却回路构成，而该第二冷却回路由变速器油冷却回路构成。各自的冷却介质具有不同的黏性。该机动车辆冷却回路的冷却介质比变速器油冷却回路的冷却介质具有更低的黏性。因此，变速器油的热容量相对较低。
尤其，为了冷却定子，使用低黏性的、不导电的介质，例如冷却油、制冷剂等。该定子直接被集成在该车辆的冷却回路中。该转子同样被冷却。为了节省结构空间并且为了降低在转子的转子轴的径向轴密封圈上的压力，使用变速器油。为了将该变速器油连接至该机动车辆的冷却回路，设有热交换器(即热传递器)。
在该组件在这两个冷却回路的区域中的有利构型方面被视为有利的是，该第二冷却回路具有连接管道，其中这个连接管道使第二冷却回路的指配给该转子的区段与该第二冷却回路的指配给变速器的区段形成流体连接，其中该第二冷却回路在该连接管道的区域中借助于该热交换器与该第一冷却回路热耦合。由此得到在这两个冷却回路之间热传递性能最佳的情况下结构紧凑的组件。
优选地，该定子具有定子板组，该定子板组具有凹槽和布置在这些凹槽中的绕组组件，其中该第一冷却介质与这些绕组组件接触。这个构型可以在定子的区域中实现特别好的热传递。
优选地，在定子与转子之间布置有密封件。这个密封件尤其是密封套筒。尤其，该密封件与定子在该定子的内周区域中相连接。该密封件优选由不可磁化的和/或不导电的材料制成。
该第一冷却介质尤其为电介质。
根据该组件的有利改进方案提出，该第二冷却回路的指配给该转子的区段是在该转子的转子轴中形成的。优选地，该转子轴具有空腔，其中该第二冷却介质流过该空腔。通过这个构型确保了对转子的特别有效的冷却。
根据本发明的优选改进方案提出，该第二冷却回路具有旁路管道，其中该旁路管道被布置成使得该旁路管道跨接该热交换器。如果打开旁路，那么该第二冷却介质(即该变速器油)不再流过该热交换器。尤其，该第二冷却回路具有旁路阀，以用于控制流过该旁路管道的第二冷却介质的量。在这种情况下，该第二冷却介质的一部分流过该热交换器。
根据该组件的优选变体提出，该第一冷却介质在第一方向上或在与该第一方向相反的第二方向上流过该第一冷却回路的至少一个第一区段，其中该第一冷却回路包括用于切换流动方向的装置。由此，可以改变在该机动车辆冷却回路中的流过顺序。该第一冷却介质因此首先流过定子，并且然后流过该热交换器；然而或者在切换后首先流过该热交换器，然后流过该定子。
被视为有利的是，用于切换流动方向的装置被设计为阀，优选被设计为4/2阀，其中在该阀的第一切换位置中，该第一冷却介质在该第一方向上流过该第一冷却回路的区段，并且在该阀的第二切换位置中，该第一冷却介质在与该第一方向相反的第二方向上流过该第一冷却回路的区段。这个构型可以实现特别简单地交换定子和热交换器的流过顺序。尤其，该组件不仅具有带有两个冷却回路和该热交换器的电动机器，而且具有变速器。尤其，该电动机器的输出轴(在此该转子的转子轴)同时构成该变速器的输入轴。
关于运行根据本发明的组件或根据本发明的组件的改进方案，被视为有利的是：该第一冷却介质围绕该第一冷却回路流动，其方式为使得该第一冷却介质在冷却该定子时被加热，并且该经加热的第一冷却介质借助于该热交换器与该第二冷却回路热耦合，使得该第二冷却介质被加热。替代性地，尤其提出，该第一冷却介质流过该第一冷却回路，其方式为使得该第一冷却介质借助于该热交换器与该第二冷却回路热耦合，使得该第一冷却介质被加热。
将在从属权利要求、附图以及对附图中所展示的实施例的说明中得出本发明的进一步的特征，而本发明并不局限于此。
附图说明
在附图中以示意性图示：
图1示出关于电动机器和变速器及其冷却装置的组件的第一实施例，
图2示出关于电动机器和变速器及其冷却装置的组件的第二实施例，
图3示出关于电动机器和变速器及其冷却装置的组件的第三实施例，
图4示出关于电动机器和变速器及其冷却装置的组件的第四实施例，
图5示出针对第二切换状态的第四实施例。
具体实施方式
图1示出用于在机动车辆中使用的组件1。组件1具有带有转子3和定子4的电动机器2。此外，组件1具有变速器5。组件1还具有第一冷却回路6，该第一冷却回路用于借助于在第一冷却回路6中流动的第一冷却介质来冷却定子4。这种冷却介质是低黏性的、介电的(即不导电的)介质，例如冷却油、制冷剂。第一冷却回路6由机动车辆冷却回路构成，即由机动车辆的如下冷却回路构成，该冷却回路用于冷却该机动车辆的不同部件并且该冷却回路指配有单独的冷却器，该冷却器暴露于作用在行驶的机动车辆上的行驶风或基本上暴露于鼓风机。
组件1还具有第二冷却回路7，该第二冷却回路用于借助于在第二冷却回路7中流动的第二冷却介质来冷却转子3。第二冷却回路7由变速器油冷却回路构成。第二冷却介质9因此是变速器油，该变速器油具有比第一冷却介质8更高的黏性。
组件1还具有热交换器10。第一冷却回路6和第二冷却回路7藉由这个热交换器热耦合。
定子4具有定子板组11和绕组头12。在径向内部，该定子设有朝向转子3密封该定子的密封套筒13。该定子在一侧在定子4的端部区域中具有一个用于第一冷却介质8的接口14，并且在背离的一侧在相反端侧的区域中具有另一个用于第一冷却介质8的接口15。
转子3具有转子轴16和转子板组17。在转子板组17与定子4的密封套筒13之间形成气隙18。
转子轴16在子区域中被设计为中空轴，因此，为了冷却转子3，第二冷却介质9可以流入转子轴16中并且可以在很大程度上流过这个转子轴，并且第二冷却介质9在其转向为相反方向后可以流过转子轴16并且可以从这个转子轴流出。转子轴16同时构成变速器5的输入轴。第二冷却介质在变速器5的壳体19内离开转子轴16。变速器5是正齿轮变速器。展示了变速级的两个齿轮20、21。
第二冷却介质9从变速器油底壳22开始借助于变速器泵23被泵送经过连接管道24，其中这个连接管道24指配有热交换器10。变速器油经过连接管道24的子区域从热交换器10到达转子轴16中，以借助于变速器油来冷却该转子轴。
第一冷却回路6的管道25与接口14相连接，该管道指配有热交换器10。第一冷却介质8(从管道25的第一区段出发)到达热交换器10并且从那到达接口14。第一冷却介质8经由接口14到达在定子4中构成的空腔。尤其，该定子具有定子芯，该定子芯具有凹槽和布置在凹槽中的绕组组件，其中第一冷却介质8与这些绕组组件接触。第一冷却介质8经由接口15从定子4被引导或从电动机器2被导出，并且到达第一冷却回路6的冷却器并且从那再次经由管道25被供应给热交换器10。相反，经由转子轴16被导回变速器5中的变速器油到达变速器油底壳22，并且借助于变速器泵23再次被供应给连接管道24以及由此供应给热交换器10。
根据图2的第二实施例与根据图1的第一实施例的不同之处仅在于：连接管道24在热交换器10的上游区域和下游区域中与旁路管道26相连接，其中旁路管道26跨接热交换器10，然而可以借助于闭合件27闭合。如果打开旁路管道26，那么变速器油由于与旁路相比更高的压力损耗而不再流过热交换器10。
根据图1的实施例展示了最简单的变体，其中在车辆中流体首先流过热交换器10并且然后流过定子4；而根据图2的第二实施例展示了这样的变体，其中在打开旁路时，经过热交换器10的第一冷却剂8很少被加热并且由此确保特别好地冷却定子4。旁路管道26的闭合件27可以被设计为旁路阀，以用于控制流过旁路管道26的第二冷却介质/变速器油的量。
根据图3中的图示的第三实施例与根据图1的第一实施例的不同之处仅在于，在第一冷却回路6中流过的顺序改变了。第一冷却介质8首先流过定子4并且然后流过热交换器10。这个变体在追求对变速器油的快速加热时使用。
在根据图4中的图示的第四实施例中，第一冷却回路6指配有可切换的阀28。这个阀被设计为4/2通阀。在图4中示出的阀28的第一切换位置中，相对较冷的第一冷却介质8经由接口14流入定子4中并且从定子4经由接口15并且从那经由热交换器10返回至阀28。接口14和15布置在该定子的同一侧。
相反，在图5中展示的阀28的第二位置中，相对较冷的第一冷却介质8从阀28经过热交换器10到达接口15并且从那进入定子4并且从定子4经由接口14返回至阀28。
阀28因此用于如下目的：可以按需要交换定子4和热交换器10的流过顺序。在图4中示出的切换位置实现用从定子4流出的热介质来加热变速器油。在冷态行驶时可以提高变速器5的效率。在阀28的在图5中示出的切换位置中，流体首先流过热交换器10并且然后流过定子4。在此，理想地冷却转子3，这是因为冷的变速器油流过该转子。变速器油在转子轴16中变热并且然后被引导返回至变速器5中。相应地，为了在冷的车辆中进行加热，将第一冷却介质8首先供应给定子4并且然后供应给热交换器；相反，为了在热的车辆中进行冷却，将第一冷却介质8首先供应给热交换器10并且然后供应给定子4。这个实施方式具有最佳的功能。

Claims (16)

1.一种用于在机动车辆中使用的组件(1)，该组件具有：
-电动机器(2)，该电动机器带有转子(3)和具有定子绕组的定子(4)；
-定子冷却装置，该定子冷却装置具有第一冷却回路(6)，该第一冷却回路用于借助于在该第一冷却回路(6)中流动的第一冷却介质(8)来冷却该定子(4)，其中该第一冷却回路(6)由机动车辆冷却回路构成；
-转子冷却装置，该转子冷却装置具有第二冷却回路(7)，该第二冷却回路用于借助于在该第二冷却回路(7)中流动的第二冷却介质(9)来冷却该转子(3)，其中该第二冷却回路(7)由变速器油冷却回路构成；
-热交换器(10)，该第一冷却回路(6)和该第二冷却回路(7)藉由该热交换器进行热耦合，
其特征在于，该定子冷却装置被设计为使得该第一冷却介质(8)与这些定子绕组直接接触；其中在该定子(4)与该转子(3)之间布置有密封件(13)以用于朝向该转子(3)密封该定子(4)；
其中该组件(1)具有变速器(5)；并且
其中该第二冷却介质(9)流入该转子(3)的转子轴(16)中并且流过该转子轴(16)；该第二冷却介质(9)在其转向为相反方向后流过该转子轴(16)并且从该转子轴(16)流出；并且该第二冷却介质(9)在该变速器(5)的壳体(19)内离开该转子轴(16)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，该第一冷却介质围绕这些定子绕组流动和/或流过这些定子绕组。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，该第二冷却回路(7)具有连接管道(24)，其中所述连接管道(24)使该第二冷却回路(7)的指配给该转子(3)的区段与该第二冷却回路(7)的指配给该变速器(5)的区段形成流体连接，其中该第二冷却回路(7)在该连接管道(24)的区域中借助于该热交换器(10)与该第一冷却回路(6)热耦合。
4.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，该定子(4)具有定子芯，该定子芯具有凹槽和布置在这些凹槽中的绕组组件(12)，其中该第一冷却介质(8)与该绕组组件(12)接触。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，该密封件(13)被设计为密封套筒。
6.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，该第一冷却介质(8)是电介质。
7.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，该第二冷却回路(7)的指配给该转子(3)的区段是在该转子(3)的转子轴(16)中形成的。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，该转子轴(16)具有空腔，其中该第二冷却介质(9)流过该空腔。
9.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，该第二冷却回路(7)具有旁路管道(26)，其中该旁路管道(26)被布置成使得该旁路管道(26)跨接该热交换器(10)。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，该第二冷却回路(7)具有闭合件(27)。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，该闭合件(27)被设计为旁路阀，以用于控制流过该旁路管道(26)的该第二冷却介质(9)的量。
12.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，该第一冷却介质(8)在第一方向上或在与该第一方向相反的第二方向上流过该第一冷却回路(6)的至少一个区段，其中该第一冷却回路(6)包括用于切换流动方向的装置(28)。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，该装置(28)被设计为阀，其中在该阀的第一切换位置中，该第一冷却介质(8)在该第一方向上流过该第一冷却回路(6)的所述区段，并且在该阀的第二切换位置中，该第一冷却介质(8)在与该第一方向相反的第二方向上流过该第一冷却回路(6)的所述区段。
14.根据权利要求13所述的组件，其特征在于，该阀被设计为4/2阀。
15.一种用于运行根据权利要求1至14之一所述的组件(1)的方法，其特征在于，该第一冷却介质(8)流过该第一冷却回路(6)，其方式为使得该第一冷却介质(8)在冷却该定子(4)时被加热，并且该经加热的第一冷却介质(8)借助于该热交换器(10)与该第二冷却回路(7)热耦合，使得该第二冷却介质(9)被加热。
16.一种用于运行根据权利要求1至14之一所述的组件的方法，其中该第一冷却介质(8)流过该第一冷却回路(6)，其方式为使得该第一冷却介质(8)借助于该热交换器(10)与该第二冷却回路(7)热耦合，使得该第一冷却介质(8)被加热。
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