DE102008001607A1 - Electrical machine i.e. axle drive unit, for vehicle i.e. motor vehicle, has rotor shaft connected with inner wall of hollow shaft, and cooling agent conveying element rotating with hollow shaft - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, die einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist und eine Kühlmittel aufweisende Kühleinrichtung besitzt.The The invention relates to an electric machine for a vehicle, in particular Motor vehicle having a rotor with a rotor shaft and a coolant having cooling device has.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Maschinen, die auf kompaktem Raum hohe Leistungen und damit Abwärme entwickeln, bedürfen der Kühlung. Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen bekannt, in denen beispielsweise eine Spritzölkühlung Verwendung findet. Hierfür ist ein eigener Ölkreislauf vorgesehen, der mit einer Ölpumpe Spritzöl über Spritzdüsen in die zu kühlenden Bereiche der elektrischen Maschine einbringt.electrical Machines that develop high outputs and thus waste heat in a compact space need the cooling. In the prior art, various embodiments are known in which, for example a spray oil cooling use place. Therefor is a separate oil circuit provided with an oil pump Spray oil over spray nozzles in the to be cooled Inserting areas of the electrical machine.
Hieran ist nachteilig, dass ein eigener Kühlmittelkreislauf vorgesehen werden muss, der eine anzutreibende Ölpumpe, eine entsprechende Verrohrung sowie in die elektrische Maschine einzubringende Spritzdüsen und Auffangvorrichtungen zur Rückführung des Spritzöls vorsieht.thereto is disadvantageous that a separate coolant circuit provided must be, the one to be driven oil pump, a corresponding Piping as well as in the electrical machine to be introduced spray nozzles and Collection devices for the return of the spray oil provides.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlung für eine gattungsgemäße elektrische Maschine bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet und mit wenig Bauteilaufwand und ohne wesentliche Baurauminanspruchnahme eine Kühlung der elektrischen Maschine bewirkt und weitere zusätzliche Funktionen bietet.task The invention is a cooling for a generic electrical To provide a machine which avoids the disadvantages mentioned and with little component expenditure and without significant space utilization a cooling the electrical machine causes and other additional functions offers.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Hierzu wird eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, die einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist und eine Kühlmittel aufweisende Kühleinrichtung besitzt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Rotorwelle als eine eine Innenwand aufweisende, von Kühlmittel durchströmte Hohlwelle ausgebildet ist, die in ihrem Inneren mindestens ein, mit der Innenwand der Hohlwelle verbundenes, durch seine mit der Hohlwelle erfolgende Rotation förderndes Kühlmittelförderelement aufweist. Insbesondere für gattungsgemäße elektrische Maschinen, wie sie in elektrischen Antriebseinheiten von Fahrzeugen, beispielsweise Hybridfahrzeugen, nämlich insbesondere nachträglich hybridisierten Fahrzeugen, die zusätzlich zu dem serienmäßigen Antrieb über eine Brennkraftmaschine einen in kompakter Form ausgeführten elektrischen Antrieb erhalten, ist die vorgeschlagene Variante sinnvoll. Hierbei ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine als Hohlwelle ausgebildet, die in ihrer Innenwand ein Kühlmittelförderelement aufweist. Das Kühlmittelförderelement ist als rein mechanisches Element fest mit der Innenwand der Hohlwelle verbunden und rotiert somit mit der Hohlwelle. Das Kühlmittelförderelement ist hierbei so ausgebildet, dass eine Kühlmittelförderung durch die Rotation des Kühlmittelförderelements mit der Hohlwelle bewirkt wird. Das Kühlmittelförderelement ist demzufolge derart ausgebildet, dass es sich mit der es umgebenden Hohlwelle dreht, es dreht sich also nicht relativ zur Hohlwelle. Durch die Drehung der Hohlwelle und die dadurch erfolgende Rotation des Kühlmittelförderelements wird das in der Hohlwelle befindliche Schmiermittel gefördert, also in Bewegung in Axialrichtung der Hohlwelle gesetzt.For this will be an electric machine for a vehicle, in particular motor vehicle, proposed, the one Rotor having a rotor shaft and a cooling means having cooling means has. It is provided that the rotor shaft as a one Inner wall having, through-flow of coolant hollow shaft is formed, in its interior at least one, with the inner wall the hollow shaft connected, taking place by its with the hollow shaft Promoting rotation Coolant delivery element having. Especially for generic electrical Machines, as used in electric drive units of vehicles, For example, hybrid vehicles, namely in particular subsequently hybridized Vehicles in addition to the standard drive via a Internal combustion engine designed in a compact form electric drive received, the proposed variant makes sense. Here is the rotor shaft of the electric machine is designed as a hollow shaft, in its inner wall, a coolant conveying element having. The coolant delivery element is as a purely mechanical element fixed to the inner wall of the hollow shaft connected and thus rotates with the hollow shaft. The coolant delivery element is here designed so that a coolant delivery through the rotation the coolant conveying element is effected with the hollow shaft. The coolant conveying element is accordingly such designed to rotate with the hollow shaft surrounding it, So it does not rotate relative to the hollow shaft. By the rotation the hollow shaft and thereby taking place rotation of the coolant conveying element the lubricant contained in the hollow shaft is conveyed, ie set in motion in the axial direction of the hollow shaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine eine Antriebseinheit, insbesondere Achsantriebseinheit. Derartige Antriebseinheiten werden in vorteilhafter Weise zur Hybridisierung von konventionell aufgebauten Kraftfahrzeugen verwendet, als von solchen, die serienmäßig über eine Brennkraftmaschine verfügen und nunmehr zusätzlich mit einer elektrischen Antriebseinheit ausgerüstet werden sollen. Sie können in sehr vorteilhafter Weise auch zur Neukonstruktion von Hybridfahrzeugen oder von rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen verwendet werden. Bevorzugt sind solche Antriebseinheiten als Achsantriebseinheiten ausgebildet, also als solche Antriebseinheiten, die jeweils einer Achse oder jeweils einem Rad zugeordnet sind. Bei Zuordnung jeweils zu einem Rad erübrigt sich in vorteilhafter Weise die Anbringung oder Ausbildung von Differentialgetrieben. Vielmehr können die einzelnen elektrischen Antriebseinheiten durch ein Steuergerät separat angesteuert und betrieben werden, abhängig von den fahrtechnischen Gegebenheiten und der gewünschten Bewegungsdynamik des Fahrzeugs.In a preferred embodiment the electric machine is a drive unit, in particular Final drive. Such drive units are in an advantageous Way for the hybridization of conventionally constructed motor vehicles used, as of those that are standard on an internal combustion engine feature and now in addition to be equipped with an electric drive unit. You can in very advantageous also for the redesign of hybrid vehicles or used by purely electrically operated vehicles. Such drive units are preferred as axle drive units trained, so as such drive units, each one Axis or each associated with a wheel. When assigning each to a wheel unnecessary Advantageously, the attachment or training of differential gears. Rather, you can the individual electric drive units by a control unit separately be controlled and operated, depending on the driving technique Circumstances and the desired Movement dynamics of the vehicle.
In einer Ausführungsform ist das Kühlmittelförderelement eine Förderschaufel. Förderschaufel bedeutet hierbei, dass eine von der Innenwand der Hohlwelle ausgehende Struktur vorgesehen ist, die sich in Richtung einer Hohlwellenlängsachse erstreckt und hierbei im Wesentlichen, im Zuge der Rotation, querverlaufend ausgebildet ist, so dass sich eine Förderwirkung bezüglich eines sie umgebenden Mediums einstellt.In an embodiment is the coolant delivery element a bucket. Shovel means Here, that is an outgoing from the inner wall of the hollow shaft structure is provided, extending in the direction of a hollow shaft axis extends and in this case essentially, in the course of rotation, transversely is formed so that a conveying effect with respect to a setting them surrounding medium.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere Kühlmittelförderelemente vorhanden sind, die ein Propellerrad bilden. Propellerräder als solche sind bekannt und im Stand der Technik geläufig, wobei in Abhängigkeit von Blattgröße und Blattsteigung solcher Propellerräder die in Abhängigkeit der Drehzahl des Propellerrades zu fördernde Kühlmittelmenge konstruktiv eingestellt werden kann.In a further embodiment It is envisaged that several coolant conveying elements are present, which form a propeller wheel. Propeller wheels as such are known and well known in the art, depending on of leaf size and leaf pitch such propeller wheels the dependent The amount of coolant to be delivered to the speed of the propeller wheel is set constructively can be.
In einer anderen Ausführungsform ist das Kühlmittelförderelement eine Förderschnecke. Eine Förderschnecke ist hierbei eine solche, wie sie im Wesentlichen als Archimedische Schnecke bekannt ist, mit der Maßgabe, dass die Förderschnecke nicht relativ zu einem diese umgebenden Förderkanal rotiert, sondern dass die Förderschnecke an dem sie umgebenden Kanal drehfest ausgebildet ist, wobei der Kanal von der Hohlwelle der elektrischen Maschine gebildet wird.In another embodiment, the coolant conveying element is a screw conveyor. In this case, a screw conveyor is one that is essentially known as an Archimedean screw, with the proviso that the screw conveyor does not rotates relative to a surrounding conveyor channel, but that the screw conveyor is rotatably formed on the surrounding channel, wherein the channel is formed by the hollow shaft of the electric machine.
Bevorzugt ist das Kühlmittel auch ein Schmiermittel. Insbesondere kommt hierbei ein solches kombiniertes Kühl-/Schmieröl in Betracht, wie es im Stand der Technik zur Ölspritzkühlung von elektrischen Maschinen Verwendung findet.Prefers is the coolant also a lubricant. In particular, here is such a combined Cooling / lubricating oil into consideration, as in the prior art for oil-jet cooling of electric Machines use finds.
In einer weiteren Ausführungsform ist mit der Hohlwelle ein Getriebe verbunden, das über die Hohlwelle mit Kühl- und/oder Schmiermittel beaufschlagt ist. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen, ganz besonders bei solchen, die nachträglich hybridisiert sind, also nachträglich mit einer zusätzlich zur regulären Antriebseinheit über eine Brennkraftmaschine vorhandene elektrische Antriebseinheit verfügen, ist diese elektrische Antriebseinheit über ein Getriebe mit den anzutreibenden Rädern gekoppelt. Es ist beispielsweise möglich, ein bislang nicht hybridisiertes Fahrzeug in konventioneller Bauweise dadurch zu hybridisieren, dass die bislang nicht angetriebene Achse (beispielsweise die Hinterachse) mit einer elektrischen Antriebseinheit versehen wird, wobei mindestens eine elektrische Maschine und mindestens ein Getriebe, gegebenenfalls über ein Differential, die bislang nicht angetriebenen Hinterräder dieses Fahrzeugs antreibt. Der Antrieb kann dann entweder über die konventionelle Brennkraftmaschine über die bereits bislang angetriebene Vorderachse oder über die elektrische Antriebseinheit über die Hinterachse erfolgen. Um stets günstige Drehmomentverläufe zu erhalten, werden solche elektrische Antriebseinheiten mit Getrieben versehen, die ein- oder mehrgängig sind. Aufgrund der gerade bei Nachrüstlösungen erforderlichen, sehr kompakten Bauformen muss auf effektive Art und Weise nicht nur die Schmierung des Getriebes bewirkt, sondern insbesondere auch Abwärme abtransportiert werden. Hierfür bietet sich die vorgeschlagene elektrische Antriebseinheit an, da sie das Kühlmittel zur Kühlung sowohl der elektrischen Maschine als auch des Getriebes bereitstellt und überdies eine Schmierung des Getriebes durch das Kühlmittel/Schmiermittel erfolgen kann, wenn dieses eine hierfür geeignete Substanz ist, insbesondere ein Schmieröl. Die Verwendung von zusätzlichen Ölpumpen oder Ausbildung von zusätzlichen Ölkreisläufen erübrigt sich hierbei. Die vorgeschlagene Konstruktion kommt insbesondere in solchen Anwendungsfällen in Betracht, in denen zur Schmierung kein bestimmter, spezifischer Schmiermitteldruck erforderlich ist, sondern dem bloße Schmiermittelzirkulation ausreicht. Die Verwendung kann hierbei erfolgen, wenn die elektrische Maschine als Motor fungiert, also ihrerseits das Fahrzeug antreibt, sowie auch dann, wenn die elektrische Maschine, beispielsweise im Schubbetrieb, nicht als Motor, sondern als Generator geschaltet ist und elektrische Energie erzeugt. Selbst eine Laufrichtungsumkehr der Hohlwelle wäre bei entsprechender Ausbildung der jeweils angeschlossenen Fortführungen der Hohlwelle für die Wirksamkeit unproblematisch, da die Umkehrung der Fließrichtung als solche die Wirksamkeit der Schmierung und Kühlung nicht beeinträchtigt; es muss lediglich sichergestellt werden, dass ein hinreichend großer Kühlmittel-/Schmiermittelvorrat vorhanden ist und dass hinreichend als Wärmetauscher fungierende Flächen vorhanden sind, an denen aus dem Kühlmittel/Schmiermittel die zuvor eingetragene Wärme wieder ausgetragen werden kann. Auf diese Weise lässt sich ohne besonderen Aufwand eine sehr kompakte, beispielsweise in einem einzigen Gehäuse angeordnete, elektrische Antriebseinheit mit einem entsprechenden Getriebe verwirklichen, wobei ein eigener, interner Schmiermittel- und Kühlkreislauf realisiert werden kann, so dass die Einheit als solche funktional abgeschlossen und modular verwendet werden kann.In a further embodiment is connected to the hollow shaft of a transmission, which via the hollow shaft with cooling and / or lubricant is applied. Especially in hybrid vehicles, especially for those who are subsequently hybridized, so later with an additional to the regular Drive unit via an internal combustion engine have existing electric drive unit, this is electric drive unit via a gear coupled to the wheels to be driven. It is for example possible, a so far not hybridized vehicle in conventional construction thereby hybridize that the previously non-driven axis (For example, the rear axle) with an electric drive unit is provided, wherein at least one electric machine and at least a gear, if necessary over a differential, the previously non-driven rear wheels of this vehicle drives. The drive can then either over the conventional internal combustion engine over the already previously driven front axle or via the electric drive unit via the Rear axle done. To always cheap torque curves to get such electric drive units with gears provided that are one or more continuous. Due to the need for retrofit solutions, very compact designs does not have to be effective only the lubrication of the transmission causes, but in particular also waste heat be transported away. Therefor lends itself to the proposed electric drive unit, since they the coolant for cooling provides both the electric machine and the transmission and moreover lubrication of the transmission by the coolant / lubricant done if this one can do this suitable substance is, in particular a lubricating oil. The use of additional oil pumps or training of additional oil circuits is unnecessary here. The proposed construction is particularly in such applications in consideration, where for lubrication no specific, more specific Lubricant pressure is required, but the mere lubricant circulation sufficient. The use can take place here, if the electric Engine acts as an engine, so in turn drives the vehicle, as well even if the electric machine, for example in overrun mode, not connected as a motor but as a generator and electric Energy generated. Even a direction reversal of the hollow shaft would be at appropriate Training the respectively connected continuations of the hollow shaft for the effectiveness unproblematic, since the reversal of the flow direction as such, the effectiveness of Lubrication and cooling not impaired; it only has to be ensured that a sufficiently large supply of coolant / lubricant is available is present and that sufficiently functioning as a heat exchanger surfaces available are where those from the coolant / lubricant the previously registered heat can be discharged again. That way you can without any special effort a very compact, for example, in one single case arranged, electric drive unit with a corresponding Realize gearboxes with their own internal lubricant and cooling circuit realized can be so that the unit is functionally completed as such and modular.
Weiter wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Kühlen und/oder Schmieren einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, die einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist und eine Kühlmittel aufweisende Kühleinrichtung besitzt. Es ist vorgesehen, dass mittels der Rotation der Rotorwelle das Kühlmittel durch das Innere der Rotorwelle mittels eines dort angeordneten Kühlmittelförderelements gefördert wird. Es kommt folglich nicht ein Kühlmittelkreislauf und/oder Schmiermittelkreislauf der herkömmlichen Art zur Verwendung, sondern ein solcher, bei dem die Kühlmittelförderung durch die Rotation der Rotorwelle selbst bewirkt wird, vorzugsweise unter Verwendung einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.Further a method is proposed for cooling and / or lubricating a electric machine of a vehicle, in particular motor vehicle, which has a rotor with a rotor shaft and a coolant having cooling device has. It is envisaged that by means of the rotation of the rotor shaft the coolant through the interior of the rotor shaft by means of a arranged there Coolant delivery element promoted becomes. Consequently, there is no coolant circulation and / or Lubricant circuit of the conventional Type of use, but one in which the coolant through the rotation of the rotor shaft itself is effected, preferably below Use of one of the embodiments described above.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims and combinations thereof.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.The The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, without but limited to this to be.
Es zeigenIt demonstrate
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) the invention
Das
Getriebegehäuse
Claims (8)
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