CN118235317A - 电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统，该电动车辆车桥动力设备具有电机，在电机的电机壳体(2)中，定子(4)与转子(5)共同作用，其中电机经由传动机构(19)传动到车桥的至少一个车轮。根据本发明，在电机壳体(2)中布置有冷却剂分离器(57)，该冷却剂分离器将电机壳体(2)的内部空间划分为径向外部定子空间(59)以及与该径向外部定子空间尽可能液密地分开的、径向内部转子空间(61)，在径向外部定子空间中布置有定子(4)及其定子绕组(21)，在径向内部转子空间中布置有转子(5)。

Description

电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统。
背景技术
这种车桥动力设备可以具有湿式运行的电机，在该电机中，定子、尤其是定子绕组的绕组头以及转子被主动冷却。
在用于电动车辆车桥动力设备的通用的冷却剂供应系统中，电机具有电机壳体，在电机壳体中定子与转子共同作用。借助冷却剂供应系统进行定子冷却，其中冷却剂至少被引导到电机的绕组头空间中。电机中的绕组头空间在径向方向上在电机壳体的径向内部的转子轴和径向外部的圆柱形壁之间延伸。在轴向方向上，绕组头空间在圆柱形的电机壳体的端壁和定子/转子布置的端面之间延伸。在电机运行期间，冷却剂/空气混合物在电机的绕组头空间中围绕转子轴以涡流运动。
从DE 10 2019 117 893 A1已知了一种用于具有直接冷却的电机的机动车的传动系。由US2019 0199173A1已知了另一种湿式运行的电机。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统，其与现有技术相比构造为结构更简单和/或尤其实现了与现有技术相比对电机-或者说传动机构部件更有效的冷却。
该目的通过权利要求1所述的特征来实现。本发明的优选改进方案在从属权利要求中公开。
本发明基于一种用于电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统，该电动车辆车桥动力设备具有电机，在该电机的电机壳体中，定子与转子共同作用。电机经由传动机构传动到车桥的至少一个车轮。根据权利要求1的特征部分，在电机壳体中布置有冷却剂分离器。该冷却剂分离器将电机壳体的内部空间划分为径向外部定子空间以及与该径向外部定子空间尽可能液密地分开的、径向内部转子空间，在径向外部定子空间中布置有定子及其定子绕组，在径向内部转子空间中布置有转子。通过这种方式，能够更有针对性地向在电机运行期间强烈发热的定子供应冷却剂。此外，将定子空间的冷却剂供应与在转子空间中形成的涡流脱离。因此转子与冷却剂的接触较少。相反，尤其是定子的绕组头优选会完全被冷却剂环流。在这种情况下，定子空间可以基本上完全被冷却剂填充。
冷却剂分离器设计成表面封闭(即没有喷嘴)并且与电机壳体的在轴向方向上彼此对置的端壁密封接触。定子空间与转子空间的流体密封的或流动密封的密封不必一定理解为气密的密封，即完全密闭的密封。相反，在电机运行期间，可以出现通过冷却剂分离器的密封面至转子空间中的轻微的冷却剂泄漏。必要时，冷却剂分离器也可以实现为所谓的密封罐，即由管(例如由塑料)制成，该管被拉入转子和定子之间并且再次轴向相对于壳体密封。
在一种技术实现方式中，冷却剂供应系统具有定子液压回路和转子液压回路，它们在流动技术上至少部分地彼此脱离。在定子液压回路中集成了定子空间，而在转子液压回路中，特别是为了转子内部冷却，集成了转子。
定子空间和转子空间均可以分别具有至少一个排出点，从定子空间和/或转子空间流出的冷却剂可以从该排出点返回到冷却剂储存器。冷却剂返回尤其可以借助于返回泵进行。此外，定子空间可以分别具有进入点，来自冷却剂储存器的冷却剂可以通过该进入点被输入到定子空间中。冷却剂输入尤其可以借助于输入泵来辅助。在此最重要的是，定子空间完全被油充满—为此，需要一个将油泵入到那里的泵，并且排出口必须设计为溢流口，即位于上方。为了防止在高横向加速度下油从定子空间中流出，该排出口必须或者通过节流板或者通过安全阀进行节流。
传动机构具有传动机构壳体，在该传动机构壳体中示例性地布置有车桥差速器。其输入侧可以与电机连接，更确切地说，直接地或间接地连接，例如至少经由设置用于转矩转换的变速级。车桥差速器的输出侧与车桥的至少一个车轮连接。
备选地和/或附加地，本发明涉及下面描述的用于电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统，该电动车辆车桥动力设备具有电机，在该电机的电机壳体中，定子与转子共同作用。电机经由传动机构传动到车桥的至少一个车轮。鉴于减小冷却剂供应系统的安装空间以及减少安装部件优选的是，冷却剂供应系统不具有单独的冷却剂箱，而是具有传动机构壳体且主要是定子壳体还具有起到冷却剂储存器的作用的双重功能。在这种情况下，返回泵和/或输入泵也可以附加地直接定位在传动机构壳体中。
当输入泵和返回泵组合成具有公共的驱动轴的双泵系统时，实现了额外的安装空间减小的且结构简单的设计。公共的驱动轴与电动机驱动连接。
对于紧凑型的车辆车桥动力设备来说，优选的是，电机构造为横向安装，使得其转子轴沿车辆的横向方向延伸，亦即轴向平行于车辆横轴延伸。为了进一步减小安装空间，电机和传动机构可以在车辆横向方向上并排地布置。此外，传动机构壳体可直接法兰连接在电机壳体上。
在如此设计的传动机构壳体中可以布置向上开口的空心体，尤其是外壳。该空心体为无冷却剂的、向上开口的安装空间屏蔽位于传动机构壳体中的冷却剂液柱。在向上开口的安装空间中可以至少部分地布置传动机构部件，尤其是车桥差速器。在正常运行中通过这种方式阻止了，传动机构部件浸入位于传动机构壳体中的冷却剂液柱中。
除了定子液压回路和转子液压回路之外，冷却剂供应系统还可以具有传动机构液压回路。利用传动机构液压回路，可以以干油底壳润滑的方式或以喷溅润滑的方式为布置在传动机构壳体中的至少一个传动机构部件供给冷却剂。在这种情况下，冷却剂在传动机构供应管线中被引导至传动机构部件-润滑点。以干油底壳润滑的方式或以喷溅润滑的方式被供给冷却剂的传动机构部件优选可以伸入由空心体提供的安装空间中。在这种情况下，从传动机构部件滴落的冷却剂可以聚集在空心体的底部，并通过底部上侧的排出点朝冷却剂储存器的方向返回，更确切地说，尤其利用返回泵的辅助。干油底壳润滑可理解为，存在一个空间，即干油底壳，机组中排出的油有效地被返回到该空间中，即通过泵。相反，在湿油底壳中，其由于重力流入因此必然位于下方的区域(油池)中。在湿油底壳中，例如可以通过浸入油中来润滑齿轮(与干油底壳润滑不同)。
如果喷溅润滑不充分，可以额外地对车桥差速器进行内部注油。在此优选实现了用于可能的脱离的内部注油的油输入。
为了确保即使在返回泵和/或输入泵发生泵故障的情况下对传动机构部件的冷却剂-紧急供应，可以提供以下措施：空心体可以具有紧急入口，冷却剂经由该紧急入口可从位于传动机构壳体中的冷却剂液柱流入空心体。因此，在泵故障时，可以保证对传动机构部件的冷却剂-紧急供应。即通过冷却剂经由紧急入口流入空心体中出现了冷却剂液柱，传动机构部件以飞溅润滑的方式浸入该冷却剂液柱中。
如已经提到的，径向外部定子空间和径向内部空间转子空间之间的冷却剂分离器不能提供气密密封，从而出现泄漏损失，其中泄漏-冷却剂从定子空间进入转子空间。泄漏-冷却剂聚集在转子空间的底部，特别是在内侧在冷却剂分离器上。为了从转子空间移除泄漏-冷却剂，在转子空间-底部上形成至少一个转子空间-排出点，泄漏-冷却剂可经由该排出点尤其借助于返回泵返回到冷却剂储存器。
转子液压回路可专门设计用于转子内部冷却，其中转子轴设计为空心轴。其空腔可至少部分地被冷却剂通流。在完成转子内部冷却后，冷却剂可以排放到转子空间中，在那里该冷却剂聚集在转子空间-底部。如已经提到的，可在转子空间-底部上形成至少一个转子空间-排出点，冷却剂可经由该转子空间-排出点返回到冷却剂储存器。
借助于本发明提供了一种具有降低的构件成本但仍不变地具有最佳效率和冷却性能的冷却剂供应系统。
附图说明
下面参考附图描述本发明的实施例。附图示出：
图1和图2分别示出了冷却剂供应系统的第一和第二实施例的示意图；
图3是本发明未涵盖的比较例的示意图。
具体实施方式
为了更容易理解本发明，首先参考图3，其中以粗略示意图示出了用于双辙车辆的车桥的动力设备。该动力设备具有电机，该电机例如以横向安装方式轴线平行于法兰轴3布置，该法兰轴延伸至车轮。在电机的壳体2中布置有定子4以及与其共同作用的转子5。在中间布置有转动轴承13、15的情况下，转子轴6旋转支承在电极壳体2的轴向彼此对置的壳体壁8、9上轴承开口中。
电机的转子轴6以不可旋转的方式与传动机构19的传动机构输入轴17连接，该传动机构传动到两个法兰轴3。在图3中，传动机构19由传动级18和车桥差速器20构成。
在图3中，定子4具有多个的定子绕组，其中图1中仅示出了两个定子绕组21。每个定子绕组21在轴向两侧分别具有绕组头23、25，该绕组头伸入绕组头空间27中。每个绕组头空间27结合到稍后描述的(润滑/冷却)油液压回路中，借助于油液压回路，可以向相应的绕组头空间27加载油，以便冷却定子4的绕组头23、25。在每个电机空间27中，油/空气混合物以涡流形式围绕高速旋转的转子轴5运动。
在图3中右侧的支承结构中，转子轴6的轴端部经由转动轴承15旋转支承在毂部分31中。
油压回路具有油箱35，该油箱通过抽吸管线与输入泵37连接。压力管线从输入泵37通至油供应管线41、43。油借助于供应管线41供给到径向外部环绕的环形间隙45中。油从那里经由径向外部定子通道47被引导至右侧绕组头空间27中的另一个环形间隙49。两个环形间隙45、49通过喷油环44与相应的绕组头空间27隔开。每个喷油环44具有沿圆周方向分布的喷嘴46，通过该喷嘴46可以将油喷射到相应的绕组头空间27中。借助于供应管线43，油被引导通过转子轴6并且经由径向内部转子通道53中的流动连接部51被引导直至右侧的绕组头空间27中。在图3中，电机壳体的壳体底部有抽吸口54，聚集在壳体底部的油经由抽吸口可借助返回泵56返回油箱35。
与图3不同，在图1或图2中，根据本发明，定子4及其绕组头23、25不再借助于空气/油涡流来冷却。相反，电机壳体2的内部空间借助于冷却剂分离器57被分成径向外部环形定子空间59和径向内部转子空间61。定子4及其定子绕组21定位在定子空间59中，而转子5以与其液密地分开的方式布置在径向内部转子空间61中。因此根据本发明，定子4不再与转子空间61中形成的涡流进行冷却接触。相反，在图1中，定子空间59在电机运行期间完全充满冷却剂，使得特别是绕组头23、25完全被冷却剂环流，由此得到了与涡流冷却相比更好的效率。而本发明的核心首先在于，在设备中将冷却剂置于本就需要该冷却剂的部位(也就是说在定子空间59中)。其次，利用本发明使冷却剂尽可能避开转子空间61。当使用现有技术中已知的图3所示的喷油冷却时存在的问题是，根据冷却剂的温度，冷却剂以极其不同的量附着在绕组上。因此，为了给压力泵提供足够量的冷却剂，必须填充相对大量的冷却剂。
从图1中得知，与图3类似地，电机构造为在车辆中横向安装，更确切地说，具有在车辆横向方向y上——也就是说轴线平行于车桥——延伸的转子轴6。此外，在图1中，电机和传动机构19在车辆横向方向y上并排布置。传动机构19的传动机构壳体63还直接法兰连接在电机壳体2上。传动机构19定位在传动机构壳体63中，根据图3，该传动机构具有传动级18以及车桥差速器20。
本发明的核心在于，省去了单独的油箱(图3中的附图标记35)且取而代之传动机构壳体63附加地也起到油箱或者说冷却剂储存器的作用而具有双重功能，在该传动机构壳体中形成了油柱65。另外，图3所示的输入泵37和返回泵56组合形成共用的双泵系统64。在双泵系统双泵系统64中，输入泵37和返回泵56由电动机的公共的(未示出的)驱动轴驱动。
像从图1中还得知的，向上开口的外壳67作为空心体定位在传动机构壳体63中并且定位在其底部，该外壳为无冷却剂的、向上开口的安装空间69屏蔽油柱65。车桥差速器20部分地突出到安装空间69中。在正常情况下进行喷溅润滑，其中油经由传动机构供应管线42通向车桥差速器20的方向。从车桥差速器20滴下的冷却剂聚集在外壳67的底部，并从那里经由排出点68被引导到返回管线73中，该返回管线73连接到双泵系统64的抽吸侧。
在电机运行中，借助于双泵系统64将油经由供应管线41在靠近传动机构的进入点69处供给到定子空间59中。在轴向彼此对置的、远离传动机构的排出点71处，油从定子空间59排出。远离传动机构的定子空间排出点71可以被实现为节流板/板阀，也可能被实现为过压阀。定子空间排出点71还经由第一返回管线72与位于传动机构壳体63中的油柱65流体连接，第一返回管线72通入该油柱。另外，油可积聚在远离传动机构的转动轴承15的毂部分31内，该油也可经由另一排出点80被引导至第一返回管线73中。
在图1中，借助于冷却剂供应系统进行转子内部冷却，其中得到图1中简略绘出的油路S。转子轴6中的油路S设计成使得靠近传动机构的轴承13和远离传动机构的轴承15都从内部空间被冷却。油路S的目的是实现相应轴承13、15的内环和外环之间尽可能小的温差。
根据油路S，油经由供应管线43被供给到实施为空心轴的转子轴6的空腔中，更确切地说，直至远离传动机构的转动轴承15的轴向高度。在那里，油在远离传动机构的流动连接部76处被引导到转子通道53中。在转子通道53中，油在进一步的进程中沿相反方向流动直至靠近传动机构的流动连接部77，在该流动连接部处，油再次返回至转子轴6的空腔。返回的油从转子轴6经由排出点78被引导到转子空间61中。在那里，油聚集在转子空间底部上，油从那里经由形成在电机壳体2两侧的转子空间排出点79被引导到第二返回管线73中。该第二返回管线连接到双泵系统64的抽吸侧。
在图1中，双泵系统64在其压力侧具有上升管线66，返回的油经由上升管线66被馈送到传动机构壳体63中。另外，抽吸管线74连接至双泵系统64的抽吸侧，该抽吸管线在流动技术上与油柱65连接。
如从图1进一步得知的，外壳67的壁上设计有紧急入口81，来自位于传动机构63内的冷却剂液柱65的油可经由该紧急入口流入外壳67中。因此，在泵故障时，保证了车桥差速器20的冷却剂紧急供应，其中在外壳67中形成冷却剂液柱，像在浸渍润滑/浸油润滑中一样，车桥差速器20可以浸入到该冷却剂液柱中。在图1中，紧急入口81是外壳67中底部侧的开口。替代地，紧急入口81也可以实现为外壳67的上部溢流边缘。
图2中示出了本发明的第二实施例，其结构以及功能基本上对应于第一实施例的结构和功能。在图2中，定子液压回路中的油流动方向是反转的。也就是说，返回管线连接到靠近传动机构的定子空间排出点71。该返回管线连接到双泵系统64的抽吸侧。相反，抽吸管线74连接到远离传动机构的定子空间进入点69，经由该抽吸管线，从位于传动机构壳体63中的油柱65抽吸油。
传动机构壳体63可以在车辆横向方向y上构造为狭窄的，使得在车辆的横向加速度下，抽吸管线74始终浸入冷却剂液柱65中，并由此保证油吸入。在此，冷却剂供应系统设计成使得双泵系统64仅经由单个吸入点(也就是说抽吸管线74)将油从传动机构壳体63吸出。吸出点应在车辆纵向方向x上设置为，使得油在正或负的纵向加速度时可靠地被抽吸并且在加速度符号相反时溢出到差速器空间下方的外壳67中。
在图1和图2中，电机附加地集成在冷却水回路K中，其中冷却水围绕电机壳体2的外周流动。
附图标记列表：
2 电机壳体
3 法兰轴
4 定子
5 转子
6 转子轴
8、9 壳体壁
11 轴承开口
13、15 转动轴承
17 传动机构输入轴
18 传动级
19 传动机构
20 车桥差速器
21 定子绕组
23、25 绕组头
27 电机空间
31毂部分
33 密封元件
35 冷却剂箱
37 输入泵
41、42、43供应管线
44 喷油环
45 环形间隙
46 喷嘴
47 径向外部的定子通道
49 环形间隙
51 流动连接部
53 径向内部的定子通道
54 抽吸口
56 返回泵
57 冷却剂分离器
59 定子空间
61 转子空间
63 传动机构壳体
64 双泵系统
65 冷却剂液柱
66 上升管线
67 空心体
68 空心体排出点
69 定子空间进入点
71 定子空间排出点
72 另外的返回管线
73 返回管线
74 抽吸管线
76远离传动机构的流动连接部
77靠近传动机构的流动连接部
78 排出点
79 转子空间排出点
80 毂部分排出点
81 紧急入口
S对于转子内部冷却单元的油路
K冷却水回路

Claims (10)

1.一种电动车辆车桥动力设备的冷却剂供应系统，该电动车辆车桥动力设备具有电机，在电机的电机壳体(2)中，定子(4)与转子(5)共同作用，其中电机经由传动机构机构(19)传动到车桥的至少一个车轮，其特征在于，在电机壳体(2)中布置有冷却剂分离器(57)，该冷却剂分离器将电机壳体(2)的内部空间划分为径向外部的定子空间(59)以及与该径向外部的定子空间尽可能液密地分开的、径向内部的转子空间(61)，在径向外部的定子空间中布置有定子(4)及其定子绕组(21)，在径向内部的转子空间中布置有转子(5)。
2.根据权利要求1所述的冷却剂供应系统，其特征在于，所述定子空间(59)是定子液压回路的组成部分，所述转子空间(61)是转子液压回路的组成部分，特别是，所述定子液压回路至少部分地在流动技术上与转子液压回路分离。
3.根据权利要求1或2所述的冷却剂供应系统，其特征在于，
所述定子空间(59)具有排出点(71)，从所述定子空间(59)流出的冷却剂能从所述排出点返回到冷却剂储存器，
特别是，该冷却剂返回借助于返回泵(56)进行，和/或
定子空间(59)具有进入点(69)，冷却剂能从冷却剂储存器经过所述进入点输入到定子空间(59)中，
特别是，该冷却剂输入借助于输入泵(37)进行。
4.特别是根据权利要求1至3中任一项所述的冷却剂供应系统，其特征在于，所述传动机构机构(19)具有传动机构壳体(63)，特别是，所述传动机构(63)形成冷却剂储存器，在所述冷却剂储存器中存在有冷却剂液柱(65)，和/或
在传动机构壳体(63)中布置有车桥差速器(20)，所述车桥差速器的输入侧与电机连接，具体地，直接或间接地——例如经由用于转矩变换的传动级(18)——与电机连接，所述车桥差速器的输出侧与车桥的至少一个车轮连接。
5.根据权利要求4所述的冷却剂供给系统，其特征在于，所述返回泵(56)和/或所述输入泵(37)布置在传动机构壳体(63)中，和/或所述输入泵(37)和所述返回泵(56)组合成共用的双泵系统(64)。
6.根据权利要求4或5所述的冷却剂供应系统，其特征在于，在所述传动机构壳体(63)中布置有向上开口的空心体(67)、特别是外壳，所述空心体为无冷却剂的、向上开口的安装空间(69)屏蔽位于传动机构壳体(63)中的冷却剂液柱(65)，
特别是，传动机构部件——例如车桥差速器(20)——伸入安装空间(69)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却剂供应系统，其特征在于，所述冷却剂供应系统具有传动机构液压回路，在所述传动机构液压回路中至少一个布置在传动机构壳体(63)中的传动机构部件(20)能以干式油底壳润滑的方式或者说以喷溅润滑的方式特别是借助于输入泵(37)被供给冷却剂，
特别是，在喷溅润滑时，冷却剂从传动机构供应管线(42)被引导至传动机构部件润滑点，
特别是，从传动机构部件(20)滴落的冷却剂聚集在空心体(67)的底部，
特别是，在空心体(67)的底部形成排出点(68)，冷却剂经过该排出点能朝向冷却剂储存器的方向返回，更确切地说，特别是，借助于返回泵(56)返回。
8.根据权利要求6或7所述的冷却剂供应系统，其特征在于，所述空心体(67)具有紧急入口(81)，冷却剂通过所述紧急入口从位于传动机构壳体(63)中的冷却剂液柱(65)流入到空心体(67)中，从而尤其在泵故障时保证对传动机构部件(20)的冷却剂紧急供应，其中在空心体(67)中形成冷却剂液柱，传动机构部件(20)浸入所述冷却剂液柱中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却剂供应系统，其特征在于，从所述定子空间(59)流出的泄漏冷却剂和/或从转子内部冷却单元排出的冷却剂聚集在所述转子空间(61)的底部，特别是在冷却剂分离器(57)上，
特别是，在转子空间(61)的底部形成至少一个转子空间排出点(79)，尤其借助于返回泵(56)能使冷却剂经由该至少一个转子空间排出点返回到冷却剂储存器中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却剂供应系统，其特征在于，定子空间(59)基本上完全被冷却剂填满，和/或
转子液压回路用作转子内部冷却单元，其中转子轴(6)设计为空心轴，该空心轴的空腔至少部分地被冷却剂通流。
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