CN115280648A - 用于具有转子一体式离合器的电机的组合式油冷却构思、电机、传动系以及用于冷却电机的方法 - Google Patents

用于具有转子一体式离合器的电机的组合式油冷却构思、电机、传动系以及用于冷却电机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的传动系的包括转子一体式离合器(2)的电机(1)，该电机包括定子(3)和与该定子相关联的转子(4)，其中，转子(4)具有承载件(5)，摩擦离合器(7)的准备用于与第二部分(8)力锁定连接的第一部分(6)附接在该承载件上，其中，设置有冷却剂流体管线(9)以便向定子(3)和/或转子(4)供应冷却剂流体以实现散热，其中，冷却剂流体管线(9)布置并穿孔成使得冷却剂流体在重力作用下既滴落到转子(4)的部段上以便产生喷雾并且又流过定子(3)的外表面。本发明还涉及一种包括这种类型的电机(1)的传动系。本发明还涉及一种用于冷却这种类型的电机(1)的方法，其中，来自冷却剂流体管线(9)的油在重力作用下既滴落到转子上并且又流动到定子绕组(11)上。

Description

用于具有转子一体式离合器的电机的组合式油冷却构思、电 机、传动系以及用于冷却电机的方法
技术领域
本发明涉及用于机动车辆、比如(P2)混合动力车辆的传动系的具有转子一体式离合器的电机，该电机具有定子和与该定子(电)相关联的转子，其中，转子具有承载件，摩擦离合器的准备用于与第二部分力锁定连接的第一部分(至少以在旋转方面固定的方式)附接/紧固至该承载件，其中，设置有冷却剂流体管线或者设置有多个冷却剂管线以便向定子和/或转子供应诸如油之类的冷却剂流体从而用于引起散热。
背景技术
具有转子一体式离合器和用于冷却定子和/或转子的冷却剂流体管线的电机在现有技术中是已知的。
文献WO 2012/061439 A2、JP 2009-136070 A、DE 11 2011 102 609 T5和DE 112016 002 202 T5也从现有技术中已知。
WO 2012/061439 A2公开了一种呈电动马达的形式的电机和一种用于冷却的方法。该日本公开还公开了一种具有冷却构思的电机。
DE 11 2011 102 609 T5提出了一种定子冷却装置，该定子冷却装置特别地公开为这样的定子冷却装置，其具有：使用旋转电机的旋转轴线作为中心轴线的筒形定子主体；固定区域，该固定区域形成在定子主体的外周区域上以沿定子主体的径向方向向外突出，并且该固定区域将定子主体固定至容纳旋转电机的壳体并且固定至冷却剂流动通道，冷却剂被供应到该冷却剂流动通道中并且该冷却剂流动通道包括注入孔，冷却剂通过注入孔被引入，其中，固定区域布置在穿过中心轴线的水平面上；以及顶部区域，该顶部区域在沿中心轴线的轴向方向观察时布置在距中心轴线最远的固定区域中、位于相对于作为穿过中心轴线的竖向平面的第一竖向平面偏移的位置处，并且注入孔朝向定子主体的外周区域上方的固定区域敞开并且相对于作为穿过顶点区域的竖向平面的第二竖向平面朝向第一竖向平面的一侧敞开。
DE 11 2016/002 202 T5公开了一种旋转电机，其抑制冷却剂流入磁气隙区域以抑制摩擦热的产生，并且其通过使用其中冷却剂与永磁体接触的结构来增加用于冷却永磁体的冷却能力。其中，冷却剂流动通道具有下述各者：主流动通道，其形成为以便在内周侧上与磁体接纳开口间隔开并且形成轴向延伸穿过转子芯的管状流动通道；磁体冷却流动通道，其沿着接纳在永磁体的内周侧上的磁体接纳开口中的永磁体形成，其中，磁体冷却流动通道轴向延伸穿过转子芯，并且其中，永磁体的内周表面形成磁体冷却流动通道的一部分；以及传输流动通道，其轴向延伸穿过转子芯以将主流动通道与磁体冷却流动通道连接，其中，第一端板打开主流动通道的第一轴向端部并关闭磁体冷却流动通道和传输流动通道的第一轴向端部，其中，第二端板打开主流动通道、磁体冷却流动通道和传输流动通道的第二轴向端部；并且其中，从第一轴向端部供应到磁体冷却流动通道的冷却剂通过旁路流动通道流入磁体冷却流动通道中，并且在流动通过磁体冷却流动通道的同时与永磁体接触。
DE 10 2013 215 790 A1公开了一种布置结构，在该布置结构中，来自转子一体式离合器的油似乎用于冷却电动马达。其中，公开了一种用于机动车辆的驱动装置，该驱动装置具有电机和离合器装置，其中，电机在径向上布置在离合器装置外侧并且具有优选地以在旋转方面固定的方式连接至离合器装置的转子，其中，还设置有冷却剂引导元件，该冷却剂引导元件至少部分地基本上径向延伸并且轴向地布置在离合器装置旁边，使得冷却剂能够至少部分地在离合器装置外侧被从转子的径向内侧轴向导引至转子的径向外侧。
然而，从现有技术中已知的解决方案总是具有缺点。
应该消除或者至少减少这些缺点。
发明内容
在这种类型的电机的情况下，该目的根据本发明通过以下方式实现：一个或更多个管线被布置并设置成具有一个或更多个开口，所述一个或更多个开口穿孔成使得冷却剂流体主要/仅以重力驱动的方式既滴落到一个部段上、优选地滴落到转子的支承件上以便由此产生喷雾并且又流过定子的外表面。这种重力驱动的流动和/或滴落与压力无关。管道中的开口特征与喷嘴不同。相应的开口在其长度上具有恒定的横截面。
因此重要的是，管线在径向上布置在电机的旋转轴线外侧并且在重力方向上布置在电机的旋转轴线上方，和/或在沿重力方向观察时布置在位于顶部处的定子的外表面的上方。
有利的实施方式在从属权利要求中要求保护并且在下面说明。
如果流体管线沿重力方向观察布置在定子的上方和径向外侧，则是有利的。无需依靠泵的动力，就可以均匀地实现初级冷却和次级冷却；例如，即使在一个泵的动力故障的情况下，情况也是如此。
在下述情况下可以实现特别好的冷却效果：冷却流体管线具有至少一个通孔，所述至少一个通孔在沿定子的纵向方向观察时(大致/恰好)居中地布置，并且在重力方向上布置在附接至定子的绕组/线圈的上方(即、至少高于最高十分之一)，以便产生次级流体流，并且/或者冷却剂流体管线具有在沿重力方向观察时位于转子上方的至少一个流体出口，以便产生初级冷却剂流体流。这意味着油被喷到牢固地连接至转子的转子承载件上，并且油再次被甩出。初级冷却剂流体流和次级冷却剂流体流的组合带来了高冷却效率。
如果在转子的每个端面上存在(至少/正好)一个流体出口孔，则可以通过廉价的装置来实现如此高的效率。
为了避免过多的雾化，如果非喷嘴状的流体出口孔定尺寸且布置成例如以钻孔的方式用于绕组头部的基本上重力驱动的润湿/滴落，则是有利的。然后可以巧妙地实现在重力的唯一作用或主要作用下向转子/定子供应冷却液。在非喷嘴状的流体出口孔的情况下，特别重要的是压力损失较低、即所需的泵动力较小。
也已经证明是有用的是，至少两个通孔布置在冷却剂流体管线的纵向轴线的两侧，并且优选地成对布置的多个这样的通孔分布在冷却剂流体管线的长度上。然后，出现特别快速的冷却效果。
为了实现转子和定子两者的优化冷却效果，如果通孔和流体出口孔具有相同的横截面或者如果通孔比流体出口孔大至少10％到3％或者小10％到2％，则是有利的。
例如，为了便于连接至离合器冷却系统，如果冷却剂流体管线连接至供应管线，则是有利的。此处应当补充的是，供应管线通常连接至传动装置的冷却油流入处。
本发明最终还涉及一种具有根据本发明的类型的电机的机动车辆的传动系。
本发明还涉及一种用于冷却根据本发明的类型的电机的方法，其中，来自冷却剂流体管线的油既在重力作用下滴落到转子上并且又在重力作用下流到定子绕组上。
因此，提出了用于具有转子一体式离合器的电机/电动马达的冷却构思。这种构思带来成本节约。这种冷却构思的可靠性也比现有技术中已知的更高。两种冷却构思以这样的方式组合，使得所述两种冷却构思以有意义的方式相互补充。永久使用的初级冷却构思以及在其中所使用的次级冷却构思也以特别成本有效的方式实现。现在消除了先前的冷却构思中的众所周知的缺点。喷雾油用于初级冷却构思。因此，油被滴到旋转元件上，如果旋转速度高到足以使绕组头部雾化，则旋转元件在其旋转时会喷出油。用于冷却的油润湿端部绕组并且将那里产生的热量耗散。
次级冷却构思依赖于夹套冷却，其中，两股冷却油流从定子上方被引导到定子夹套上，使得油沿着缸体的两侧流动。由于油的相对较高的表面粘附力，油甚至会流到定子夹套的下侧部上。在定子外侧流动的油将在定子外侧产生的热带走。
现在消除了以前经由转子一体式离合器仅提供非常小的油体积流量以便保持低阻力矩的缺点。通过选择性的供应优化了在电动马达上方的初级冷却油体积流量的供应。
本发明的构思还具有转子一体式离合器，该转子一体式离合器的油流也用于冷却电动马达。然而，由于与外部油供应相结合，因此可以根据需要来改变油流。从而可以减少阻力损失。
现在许多电机拓扑结构是可能的，其中，各个定子齿部/定子头部/绕组头部之间的热传递不再如此受限，这是因为所提供的油被巧妙地分配。所有的或者尽可能所有的定子齿部与油均匀接触。最终，关于如何尽可能均匀地冷却具有选择性冷却油供应的电机，发现了一种具有成本效益的解决方案。使在旋转部件通过油/在油中拍打时产生的阻力损失保持尽可能低。避免了喷嘴，这意味着没有增加背压，现在也不再需要增加泵送能力。这降低了成本并避免了功率损耗。现在还以特别经济的方式设计了冷却夹套。避免了密封和复杂的处理步骤。
最终，两个非常简单的冷却构思非常适宜地结合在一起，其中，众所周知的各个缺点被抵消。现在，各个冷却构思的实施非常具有成本效益。弱点通过所述冷却构思的组合被弥补。换句话说，提出了一种基于喷雾油冷却的初级冷却构思。在这个过程中，油被滴到旋转元件上，旋转元件又以足够的速度将油甩出，并且因此将油输送到端部绕组。在端部绕组处，油润湿了绕组头部并且因此有效地将在绕组头部处产生的热耗散。没有使用喷嘴来提供油，仅使用了供油从其滴落的一个孔，这是因为油的实际分配发生在油被甩出旋转部件时。这节省了喷嘴的成本，并且可以使用更便宜的泵。
由于该构思仅在特定的最小速度下有效，因此使用了第二冷却路径。该第二冷却路径以夹套冷却的方式实现了二次冷却的构思。两股冷却油流从上方、例如从12点钟位置被引导到定子夹套上，使得该定子夹套被缸两侧的油流覆盖。由于油的相对较高的表面张力，油流也在定子夹套的下侧部上流动。流过定子外侧的油也会带走热。没有使用专门的冷却通道以便保持较低的制造成本。没有沿着定子夹套的周向流动而是轴向“损失”的油又有助于上面提及的喷雾油冷却。
用于电机冷却的冷却油在电机的12点钟位置处或附近提供；例如，经由壳体中的管或孔围绕电机流动。这确保了一个供应管线或多个供应管线。在该管线中，在至少三个、四个、五个或六个位置中存在有孔，即在电机的两个端面上和定子夹套的中央上方存在有孔，其中，在电机的两个端面上和定子夹套的中央上方优选地具有两个孔。冷却油流的分配可以通过选择孔的尺寸来确定。
关于喷雾冷却应该补充的是，孔在电机的端面上定位成使得逸出的油通过定子承载件中的孔滴落，所述孔分布在圆周的上部区域上。从电机的端面滴下的油然后撞击旋转部件、比如转子承载件，转子承载件又将油径向甩出，从而使得油喷到定子的端部绕组上，油在端部绕组处冷却端部绕组。另外，旋转部件、例如电机转子和转子一体式离合器被冷却，这是因为冷却油首先沿着该部件输送。由于这种类型的冷却仅在特定速度以上起作用，因此将其连接至另一个冷却路径是有意义的。
夹套冷却用于此目的。将通常居中地位于定子夹套上方的两个孔引入到供应管线中，使得产生的两个油流不会恰好在其最高点处撞击定子套管，而是在两侧稍微偏移，使得冷却油流沿着定子夹套在两侧出现。这些就是所谓的夹套流。也有可能使用多个孔、即以有针对性的方式使用多于两个的孔。
由于孔在轴向方向上居中地位于定子上方，因此大部分沿着其外侧延伸，并且只有小部分沿着自由端面延伸。由于表面张力，即使远低于3点钟位置或9点钟位置，油流也附着至定子夹套，这也冷却了电机的下半部分。只有在接近6点钟位置时，流才会脱离定子夹套。然而，该区域通过喷雾油冷却得到了很好的冷却，这是因为由于重力和油排放部在电机的下部区域中的位置，整个油体积流最终围绕这些区域流动。夹套冷却与速度无关，并且因此即使在最低速度下也能提供一定的基本冷却，这弥补了喷雾冷却的弱点。由于用于夹套冷却的油不与旋转部件接触，因此这也减少了在纯喷雾油冷却的情况下将出现的阻力损失。这两个构思的组合还在于运行期间出现的不同进油温度方面提供了整体冷却的稳健性。例如，当进油温度升高时，由于粘度和表面张力降低，导致油流过早地脱离定子套，从而降低了夹套冷却的有效性。同时，这两个影响因素确保油通过喷雾冷却更好地分布，并且即使在较低的速度下也能起作用。这部分地是由于较小的液滴尺寸。
这两种冷却构思的组合也可以提高冷却效率。此处，模拟表明，在总体积流量相同的情况下，出现的最高部件温度显著低于仅使用两个冷却构思中的一者的情况。因此可以降低冷却剂泵的泵容量，这又有助于整个系统的效率。
附图说明
下面借助附图进一步解释本发明。示出了第一实施方式，下面将对其进行描述。
图1示出了穿过根据本发明的电机的部分表示的纵向截面，以及
图2示出了沿着图1的线II截取的部分表示的横截面。
附图本质上只是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电机。该电机具有转子一体式离合器2。电机具有定子3和在径向上布置在该定子内侧的转子4。转子4具有承载件5。承载件5保持摩擦离合器7的第一部分6。第二部分8准备用于与第一部分6摩擦接合。第一部分6由压力片和摩擦片构成。第二部分8也具有摩擦片，即在两侧具有摩擦衬片的承载盘。
存在用作供应管线的冷却剂流体管线9。冷却剂流体管线9在径向上布置在定子和定子绕组11外侧，并且沿重力方向10观察位于定子和定子绕组上方。
冷却剂流体管线9具有两个通孔12。此外，设置有两个流体出口孔13。
从通孔12流出的油实现了次级冷却剂流体流14。在通过流体出口孔13实现的两个流体出口16处出现有初级冷却剂流体流。
遇到承载件5的油然后再次被甩出并产生喷雾17。
图2示出了油的出口以及次级冷却剂流体流14和初级冷却剂流体流15的到达。
目标为每分钟约3升、4升、5升、6升、7升、8升、9升或10升的总油体积流量，其被分成一方面沿着定子套的流体流以及另一方面的喷雾油部分。考虑1:3或1:4或1:5到5:1或4:1或3:1的分配。
附图标记列表
1 电机
2 转子一体式离合器
3 定子
4 转子
5 承载件
6 第一部分
7 摩擦离合器
8 第二部分
9 冷却剂流体管线
10 重力方向
11 定子绕组
12 通孔
13 流体出口孔
14 次级冷却剂流体流
15 初级冷却剂流体流
16 流体出口
17 喷雾。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的传动系的具有转子一体式离合器(2)的电机(1)，所述电机包括定子(3)和与所述定子相关联的转子(4)，其中，所述转子(4)具有承载件(5)，摩擦离合器(7)的准备用于与第二部分(8)力锁定连接的第一部分(6)附接在所述承载件上，其中，设置有冷却剂流体管线(9)以便向所述定子(3)和/或所述转子(4)供应冷却剂流体以实现散热，其特征在于，所述冷却剂流体管线(9)布置并穿孔成使得所述冷却剂流体在重力作用下既滴落到所述转子(4)的部段上以便产生喷雾并且又流过所述定子(3)的外表面。
2.根据权利要求1所述的电机(1)，其特征在于，沿重力方向(10)观察，所述冷却剂流体管线(9)布置在所述定子(3)的上方并且在径向上布置在所述定子外侧。
3.根据权利要求1或2所述的电机(1)，其特征在于，所述冷却剂流体管线(9)具有至少一个通孔(12)，所述至少一个通孔在沿所述定子(3)的纵向方向观察时居中地布置，并且在所述重力方向(10)上布置于装配至所述定子(3)的绕组(11)上方，以便产生次级冷却剂流体流(14)，并且/或者所述冷却剂流体管线(9)具有在沿所述重力方向(10)观察时位于所述转子(4)上方的至少一个流体出口(16)，以便产生初级冷却剂流体流(15)。
4.根据权利要求3所述的电机(1)，其特征在于，在所述转子(4)的每个端面上设置有流体出口孔(13)。
5.根据权利要求4所述的电机(1)，其特征在于，非喷嘴状的所述流体出口孔(13)定尺寸并布置成用于绕组头部的基本上重力驱动的润湿。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的电机(1)，其特征在于，至少两个通孔(12)布置在所述冷却剂流体管线(9)的纵向轴线的两侧。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述通孔(12)和流体出口孔(13)具有相同尺寸的横截面。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述冷却剂流体管线(9)连接至供给管线。
9.一种机动车辆的传动系，所述传动系具有根据前述权利要求中的任一项所述的电机(1)。
10.一种用于冷却电机(1)的方法，其中，来自冷却剂流体管线(9)的油在重力作用下既滴落到转子上并且又流到定子绕组(11)上。
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