DE102005032204A1

DE102005032204A1 - Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine

Info

Publication number: DE102005032204A1
Application number: DE102005032204A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Reisch; Wolfgang Dipl.-Ing. Schön
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-07-09
Filing date: 2005-07-09
Publication date: 2007-01-25
Also published as: JP2007037396A; US20070007830A1

Abstract

Es wird eine Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Statorblechpaket (4), vorgeschlagen, welche an das Getriebegehäuse (5) anbindbar ist, wobei die Kühlung der Elektromaschine durch das Getriebegehäuse (5) und/oder das Getriebeöl erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und eine Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Elektromaschinen werden üblicherweise bei Kurbelwellen-Starter-Generatoren in Hybridfahrzeugen eingesetzt.

Beispielsweise ist aus der DE 199 23 315 A1 der Anmelderin ein Antriebssystem für ein von einem Antriebsaggregat angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeinheit und wenigstens einer als Motor und/oder Generator betreibbaren Elektromaschine bekannt. Hierbei umfasst die wenigstens eine Elektromaschine zumindest einen Stator und einen Rotor mit Aktivteilen auf, welche ohne eigenes Gehäuse rotationssymmetrisch und/oder koaxial zu einer Antriebsstrangwelle oder einem hierzu parallel angeordneten rotierenden Bauteil innerhalb eines Gehäuses des Antriebsaggregates und/oder der Getriebeeinheit angeordnet sind und mit Bauteilen des Antriebsaggregates und/oder der Getriebeeinheit eine strukturelle Einheit bilden.

Zudem ist aus der DE 44 04 791 C1 eine Baueinheit aus einem Verbrennungsmotor, umfassend eine Kurbelwelle und einen elektrischen Generator/Motor bekannt, dessen Generatorgehäuse fest mit dem Motorgehäuse und dessen Rotor koaxial drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Hierbei ist eine elastisch verformbare Drehmomentübertragungsscheibe vorgesehen, die fest an das Abtriebsende der Kurbelwelle angeflanscht und umfangsseitig mit dem Rotor fest verbunden ist; des weiteren ist der Rotor im Generatorgehäuse drehbar gelagert.

Um eine effektive Wärmeabfuhr zu gewährleisten ist bei derartigen Elektromaschinen eine Kühleinrichtung erforderlich.

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Kühlung derartiger Elektromaschinen, die üblicherweise ein Eisenblechpaket und eine Drehstromwicklung umfassen und in einen Statorträger eingepresst oder geschrumpft werden, über einen im Statorträger vorgesehenen Wasserkühlmantel mit Anschlüssen für Ein- und Auslauf des Wassers bzw. der Kühlflüssigkeit. Hierbei muss in nachteiliger Weise der Wasserkühlmantel abgedichtet werden; des weiteren muss bei Montage und Demontage darauf geachtet werden, dass kein Wasser über die Wicklungen der Elektromaschine läuft, da die Rückstände des Wassers elektrisch leitfähig sind und Kriechströme auf der Oberfläche der Elektromaschine hervorrufen, welche die Isolationswiderstände negativ beeinflussen können. Außerdem ist ein erheblicher Aufwand für Verschlauchung, Abdichtung und Kühlanbindung zu einem Wärmetauscher oder vorhandenen Kühlkreislauf erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs anzugeben, deren Kühlung auf einfache und kostengünstige Weise realisierbar ist. Zudem soll eine Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird eine Elektromaschine vorgeschlagen, deren Kühlung durch bereits vorhandene Medien bzw. Einrichtungen des Getriebes erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung durch das Getriebegehäuse und/oder das Getriebeöl.

Gemäß der Erfindung wird eine Elektromaschine vorgeschlagen, welche einfach und kostengünstig an das Getriebegehäuse anbindbar ist. Hierbei kann die Elektromaschineneinheit vorgefertigt werden und dann in das Getriebe eingebaut werden. In vorteilhafter Weise ist kein Statorträger erforderlich, weit das Statorblechpaket selbsttragend ausgeführt ist; beispielsweise kann das Statorblechpaket vernietet, verschraubt und/oder verschweißt sein.

Im Rahmen einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kühlung durch Kontaktierung des Statorblechpakets der Elektromaschine mit dem Getriebegehäuse, wodurch ein Wärmeübergang vom Blechpaket zum Gehäuse erzielbar ist. Hierbei ist das Getriebegehäuse derart dimensioniert, dass es die mittlere anfallende Verlustwärme der Elektromaschine transportieren kann.

Für Elektromaschinen mit großer abzuführender Wärmeleistung am Stator wird im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, zusätzlich oder alternativ zur Kühlung über das Getriebegehäuse das Getriebeöl als Kühlmedium zu nutzen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass in das Gehäuse durch Gießen oder spanabhebend Kühlkanäle eingebracht werden, durch die das Getriebeöl zur Kühlung des Stators der Elektromaschine leitbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung sind Kühlkanäle vorgesehen, weiche im Stator oder Statorträger ausgebildet sind.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird der konstruktive Zusatzaufwand für die Kühlung der Elektromaschine minimiert, da der aus dem Stand der Technik bekannte Kühlwasserkreislauf entfällt. Neben der Kostenminimierung entsteht zudem der Vorteil, dass der erforderliche Bauraum sowie die Schnittstellenkomplexität reduziert werden. Eine weitere Reduzierung des erforderlichen Bauraums sowie der Kosten wird durch die Einfachstausführung des Stators bzw. des Statorblechpakets der Elektromaschine erzielt. Zudem wird ein sehr guter Wärmeübergang von der Elektromaschine zum Gehäuse bzw. Getriebeöl realisiert, was in einer hohen möglichen Einschaltdauer resultiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Elektromaschine ist, beispielhaft näher erläutert.
Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kühlung der Elektromaschine zum einen durch Kontaktierung des Statorblechpakets 4 der Elektromaschine mit dem üblicherweise aus gut wärmeleitenden Aluminium- oder Magnesium-Guss bestehenden Getriebegehäuse 5. Hierbei wird ein Wärmeübergang vom Statorblechpaket 4 zum Getriebegehäuse 5 sichergestellt. Wie bereits erläutert, ist das Getriebegehäuse 5 so dimensioniert, dass es die mittlere anfallende Verlustwärme der Elektromaschine transportieren kann; üblicherweise liegt diese Leistung in der Größenordnung von 1 Kilowatt.
Die Befestigung des Stators bzw. des Statorblechpakets 4 am Getriebegehäuse 5 ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen, wobei zur Befestigung des Statorblechpakets 4 ein Blechring 2 vorgesehen ist. In der Figur ist eine Statorwicklung mit 7 bezeichnet. Das Statorblechpaket 4 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel über Nieten 6 mit dem Blechring 2 bzw. mit dem Getriebegehäuse 5 verbunden.
Um eine einfache Demontierbarkeit zu gewährleisten, wird vorzugsweise zur Anbindung der Elektromaschine an das Getriebegehäuse 5 eine Spielpassung vorgesehen. Da das Getriebegehäuse 5 üblicherweise aus einer Alumi nium- oder Magnesiumlegierung besteht und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der des Weicheisenstators der Elektromaschine, nimmt das Spiel (zumindest bei der Ausführung als Innenläufer) mit zunehmender Temperatur zu, was sich negativ auf den Wärmeübergang auswirken kann.
Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß für Elektromaschinen mit großer abzuführender Wärmeleistung am Stator vorgeschlagen, zusätzlich oder alternativ zur Kühlung über das Getriebegehäuse 5 das Getriebeöl als Kühlmedium zu nutzen, wobei hierfür am Getriebegehäuse 5 Kühlkanäle vorgesehen sind.
Zu diesem Zweck sind durch Gießen oder spanabhebend Kühlkanäle 3 in das Getriebegehäuse 5 eingebracht. Durch die Kühlkanäle 3 wird zum Kühlen des Stators das Getriebeöl geleitet. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle 3 als Einzelteil eingefügt werden; dies wird in der Figur durch die gestrichelte Linie veranschaulicht. Die Ausführung der Kühlkanäle 3 als Einzelteil resultiert in einer kostengünstigeren Fertigung sowie in einer besseren Abdichtung benachbarter Kühlkanäle untereinander über das gesamte Temperaturspektrum. Die Kühlkanäle 3 können aus einem Elastomer bzw. Kunststoff gefertigt sein und angeformte bzw. angespritzte Dichtungen aufweisen.
Der Wärmetransport erfolgt dann über die bestehende Getriebeölkühl-Infrastruktur, wobei die Kühlleistung eine Funktion der Ölmenge und der Temperatur ist. Hierbei müssen für den Fall, dass die Elektromaschine im Feuchtraum untergebracht ist, die Kühlkanäle 3 nach außen hin nicht hochwertig abgedichtet werden.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile der erfindungsgemäßen Elektromaschine, insbesondere der Bauteile zur Kühlung der Elektromaschine, an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion der Elektromaschine, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in der Figur oder in der Beschreibung dargestellt sind.

1: Befestigung Stator-Getriebegehäuse
2: Blechring für die Statorblechpaket-Befestigung
3: Kühlkanal
4: Statorblechpaket
5: Getriebegehäuse
6: Blechpaket-Niete
7: Statorwicklung

Claims

Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Statorblechpaket, und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine an das Getriebegehäuse (5) anbindbar ist, wobei die Kühlung der Elektromaschine durch das Getriebegehäuse (5) und/oder das Getriebeöl erfolgt.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als vorgefertigte Elektromaschineneinheit in das Getriebe einbaubar ist, wobei das Statorblechpaket (4) selbsttragend ausgeführt ist.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung der Elektromaschine an das Getriebegehäuse (5) über eine Spielpassung erfolgt.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Statorblechpakets (4) am Getriebegehäuse (5) ein Blechring (2) vorgesehen ist.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Elektromaschine durch Kontaktierung des Statorblechpakets (4) der Elektromaschine mit dem Getriebege häuse (5) erfolgt, wobei das Getriebegehäuse (5) so dimensioniert ist, dass es die mittlere anfallende Verlustwärme der Elektromaschine transportieren kann.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Kühlung zusätzlich oder alternativ zur Kühlung über das Getriebegehäuse (5) über das Getriebeöl mittels am oder im Getriebegehäuse (5) vorgesehener Kühlkanäle (3) erfolgt.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass deren Kühlung zusätzlich oder alternativ zur Kühlung über das Getriebegehäuse (5) über das Getriebeöl mittels den im Stator oder Statorträger vorgesehenen Kühlkanälen erfolgt.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (3) durch Gießen oder spanabhebend in das Getriebegehäuse (5) eingebracht sind.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (3) als Einzelteil eingefügt werden.
Elektromaschine für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und Einrichtung zur Kühlung der Elektromaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (3) aus einem Elastomer bzw. Kunststoff gefertigt sind und angeformte bzw. angespritzte Dichtungen aufweisen.