DE102011084038A1

DE102011084038A1 - Elektroachse mit optimierter Wasserkühlung des Elektromotors sowie Leistungsübertragungsseinheit

Info

Publication number: DE102011084038A1
Application number: DE102011084038A
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromotorische Antriebseinheit (1) mit einem Elektromotor (2), wobei ein Wärmetauschfluid (5) durch ein Gehäuse (7) des Elektromotors (2) leitbar ist, wobei ein Wärmetauscher (11) von dem Wärmetauschfluid (5) durchfließbar angeschlossen ist. (1). Sie betrifft auch eine Leistungsübertragungseinheit mit einem Getriebe (3) und/oder einem Differential (4), das elektromotorisch angetrieben ist, wobei ein Wärmetauschfluid (5) durch ein Gehäuse (7) der Leistungsübertragungseinheit leitbar ist, Leistungsübertragungseinheit mit einem Getriebe (3) und/oder einem Differential (4), das elektromotorisch angetrieben ist, wobei ein Wärmetauschfluid (5) durch ein Gehäuse (7) der Leistungsübertragungseinheit leitbar ist und ein Wärmetauscher (11) von dem Wärmetauschfluid (5) durchfließbar angeschlossen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit mit einem Elektromotor, wobei ein Wärmetauschfluid durch ein Gehäuse des Elektromotors leitbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind Asynchronmotoren und Verfahren zur Kühlung desselben bekannt, bspw. aus der EP 0764358 B1 . Diese Druckschrift offenbart einen elektrischen Fahrzeugmotor mit einem Läufer, einem Ständerblechpaket und einem dazwischenliegenden Luftspalt, der ferner umfasst: ein Gehäuse einschließlich eines Endhaubenpaars und mit einem obenliegenden Kühlmitteleinlass bzw. einem Einlasspaar, und mit einem Kühlmittelauslass zu einem unten angeordneten Sumpf für ein flüssiges Kühlmittel; das im Gehäuse eingeschlossene Ständerblechpaket, wobei das Ständerblechpaket gegenüberliegende Enden zwischen den Endkappen aufweist, eine Vielzahl radialer Nuten sich axial zwischen den einander gegenüberliegenden Enden erstreckt, leitende Wicklungen in den Nuten angeordnet sind, und leitende Endwindungen aus den Nuten vorstehen; den Läufer, einschließlich einander gegenüberliegenden Endkappen; und einen Kühlmittelpfad bzw. Kühlmittelpfade, die am Kühlmitteleinlass bzw. an den Kühlmitteleinlässen beginnen, sich durch die Nuten erstrecken sowie zu den Läuferendkappen geleitet werden und am Kühlmittelauslass enden, und das Kühlmittel in der Lage ist, unter Schwerkrafteinwirkung dem Kühlmittelpfad bzw. den Kühlmittelpfaden zu folgen.
Elektromotorische Antriebseinheiten mit einem Elektromotor, einem Getriebe und einem Differenzial sind aus der US 7884511 B2 bekannt. Kühllösungen für eine Leistungsübertragungseinheit sind auch aus der US 6432018 bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung bei Hybridfahrzeugen, in denen solch elektromotorische Antriebseinheiten üblicherweise einsetzbar sind, eine Erhöhung der Drehmomente, insbesondere solche, die beim Elektromotor hervorgerufen werden zu erreichen.
Auch ist es die Aufgabe einen komplexen Aufbau einer elektromotorischen Antriebseinheit zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Wärmetauscher von dem Wärmetauschfluid durchfließbar angeschlossen ist.
Auf diese Weise wird eine Vereinfachung des Kühlkreislaufes bei einem Hybridfahrzeug ermöglicht. Die Wassereinlasstemperatur kann angehoben werden, eine Kühlung durch die Hochtemperatur des Fahrzeugs mit enthaltenem Verbrennungsmotor, der auch als Verbrennungskraftmaschine bezeichnet werden kann, ist dadurch realisierbar. Ein separater Niedrigtemperaturkreislauf ist nicht erforderlich. Aufgrund der hervorgerufenen Reduzierung der Temperatur im Elektromotor wird eine Erhöhung der Drehmomente, welche vom Elektromotor erzeugt werden, realisierbar.
Der Wärmetauscher kann vom Gehäuse separat, also gehäuseextern, positioniert sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn Leitungen im Gehäuse vorhanden sind, die zum Leiten des Wärmetauschfluids ausgebildet sind und vorzugsweise mit entsprechend ausgebildeten Kanälen im Wärmetauscher verbunden sind. Auf diese Weise kann das Wärmetauschfluid an die benötigten Stellen geleitet werden.
Um möglichst überall im Elektromotor die Temperatur reduzieren zu können, ist es von Vorteil, wenn ein erstes Leitungssystem das Gehäuse durchzieht und so ausgebildet ist, das Wärmetauschfluid von einem ersten Ende des Elektromotors zum anderen zweiten Ende geleitet ist, vorzugsweise spiralförmig oder in einer Ebene liegend oder als ortsbezogener Hohlraum. Bei einer als „ortsbezogener Hohlraum“ bezeichneten Ausbildung, ist ein geometrisch undefinierter zusammenhängender Hohlraum innerhalb der Gehäusewandung zu verstehen. Besonders einfach lassen sich dabei die Leitungen des Leitungssystems in das Gehäuse einbringen, wenn die Leitungen in einer Horizontalebene mäandernd angeordnet sind.
Ferner ist es von Vorteil, wenn ein zweites Leitungssystem das Gehäuse durchzieht und so ausgebildet ist, das Wärmetauschfluid vom zweiten Ende des Elektromotors zum anderen ersten Ende geleitet ist. Das erste Leitungssystem und/oder das zweite Leitungssystem können spiralförmig ausgestaltet sein, insbesondere können die damit zusammenwirkenden Kühlkanäle als eine zweigängige Spirale gestaltet sein. Nach dem Durchgang durch die erste Spirale ist das Wärmetauschfluid, wie ein Kühlmedium, durch den luftgekühlten Wärmetauscher leitbar. Dort ist dann Wärme mittels Konvektion an die Umgebungsluft abgebbar.
Es ist auch von Vorteil, wenn die beiden Leitungssysteme mit dem Wärmetauscher zum Durchleiten desselben Wärmetauschfluids durch das erste Leitungssystem und das zweite Leitungssystem gekoppelt sind.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher von einem Gas, wie der Umgebungsluft durchströmbar ist. Auf diese Weise kann Leistung an die Umgebungsluft abgegeben werden, wobei die abgegebene Leistung von der Umgebungstemperatur und von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Eine überschlägige Auslegung ergibt, dass bei den üblichen Abmessungen von solchen Antriebseinheiten, also bei einem Durchmesser von 200 mm und einer Länge von 450 bis 500 mm sowie entsprechend dimensionierter projizierter Fläche bis 1,5 kW bei einer Fahrt des Fahrzeugs auf der Autobahn bei einer angenommenen Umgebungstemperatur von 20 °C und 130 km/h abgeführt werden können.
Es ist auch von Vorteil, wenn das Gehäuse eine Leistungsübertragungseinheit, wie ein Getriebe und/oder ein Differenzial umgibt. Dadurch können vorgefertigte Baukastensätze angepasst pro Fahrzeug produziert und in kurzer Zeit montiert werden.
Wenn der Wärmetauscher eine Rippen aufweisende Außenkontur aufweist, so kann besonders effizient Wärme, also thermische Leistung, an die Umgebung abgegeben werden. Eine besonders kompakte elektromotorische Antriebseinheit lässt sich erreichen, wenn der Wärmetauscher in das Gehäuse integriert ist, oder daran anschließend angebracht ist, etwa nach Art einer Kühlplatte.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Wärmetauschfluid eine Kühlflüssigkeit und/oder eine beheizbare Flüssigkeit ist. Bei besonders kalter Umgebung wäre dann durch Energiezufuhr in das Wärmetauschfluid eine Beheizung des Elektromotors, des Getriebes und/oder des Differenzials möglich. Auch wäre es möglich, ein Getriebeöl als Wärmetauschfluid zu nutzen.
Die Erfindung betrifft auch eine Leistungsübertragungseinheit mit einem Getriebe und/oder einem Differential, das elektromotorisch angetrieben ist, wobei ein Wärmetauschfluid durch ein Gehäuse der Leistungsübertragungseinheit leitbar ist, wobei ein Wärmetauscher von dem Wärmetauschfluid durchfließbar angeschlossen ist. Die Ausgestaltung dieses Gehäuses kann dabei vorteilhafterweise so wie bei der oben beschriebenen elektromotorischen Antriebseinheit sein.
Die Erfindung wird auch nachfolgend mithilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es ist ein erstes Ausführungsbeispiel in den beiden Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Prinzipdarstellung des Aufbaus einer elektromotorischen Antriebseinheit gemäß der Erfindung und
2 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine elektromotorische Antriebseinheit 1 dargestellt. Die elektromotorische Antriebseinheit weist einen Elektromotor 2, ein Getriebe 3 und ein Differenzial 4 auf. Ein Wärmetauschfluid 5 fließt über einen Eingang 6, der besonders gut in 2 zu erkennen ist, in ein Gehäuse 7 des Elektromotors 2. Im Gehäuse 7 ist ein erstes Leitungssystem 8 spiralförmig von einem ersten Ende 9 des Gehäuses startend und bis zu einem zweiten Ende 10 des Gehäuses 7 verlaufend vorhanden. Das erste Leitungssystem 8 weist entsprechende Kanäle im Inneren des Gehäuses 7 auf. Das Leistungssystem kann auch alternativ horizontal parallel verlaufend ausgebildet sein oder als ein zusammenhängender undefinierter Hohlraum.
Das Wärmetauschfluid 5, durchläuft nach Eintritt in das Gehäuse 7 am Eingang 6 das erste Leitungssystem 8 und wird danach über die Kanäle oder Leitungen zu einem Wärmetauscher 11 geleitet. Nachdem das Wärmetauschfluid 5 den Wärmetauscher 11 in entsprechenden Leitungen, bspw. mäanderförmig, durchflossen hat, und durch Umgebungsluft angeströmt und gekühlt wurde, tritt es in ein zweites Leitungssystem 12 mit entsprechend spiralförmig ausgebildeten Leitungen ein. Auch kann es zu einem weiteren Wärmetauscher, einer Pumpe oder in Reihe oder parallel zu diesen beiden Zusatzaggregaten geführt werden. Es kann auch einfach wieder zum Eingang 6 alternativ oder kumulativ zu den aufgeführten Varianten geleitet werden.
Nach erneutem Durchfließen in gegenläufiger Richtung des Gehäuses 7 tritt das Wärmetauschfluid 5 aus einem Ausgang 13, welcher ebenfalls gut in 2 zu erkennen ist, aus dem Gehäuse 7 aus.
In 2 ist zu erkennen, dass der Wärmetauscher 11 in das Gehäuse 7, welches den Elektromotor 2, das Getriebe 3 und das Differenzial 4 zumindest teilweise umgibt, integriert. Auch ist es möglich dass das Wärmetauschfluid in Kanälen einer Leistungsübertragungseinheit mit dem Getriebe 3 und/oder dem Differential 4 geführt wird, ohne dass das Gehäuse des Elektromotors 2 selbst von diesen Kanälen durchzogen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen System ist eine Kühlung des Ölsumpfes aus Schmieröl in der Leistungsübertragungseinheit möglich. Dabei übernimmt eine erste Flüssigkeit die Aufgabe der Schmierung und Kühlung, wobei sie in thermischem Austausch mit einer zweiten Flüssigkeit steht, die durch das Gehäuse 7 des Elektromotors und/oder der Leistungsübertragungseinheit fließt.
Der Wärmetauscher 11 weist auf seiner Unterseite Rippen 14 auf, die die Oberfläche des Wärmetauschers 11 vergrößern. An beiden Enden des Gehäuses 7 sind Flansche 15 vorhanden, wobei auf der linken Seite ein erster Abtriebsflansch 15 und auf der rechten Seite ein zweiter Abtriebsflansch 15 vorhanden ist. Die Abtriebsflansche 15 können direkt oder indirekt mit den Rädern eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, eines Lkws oder eines sonstigen landgebundenen Fahrzeuges verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotorische Antriebseinheit
2: Elektromotor
3: Getriebe
4: Differenzial
5: Wärmetauschfluid
6: Eingang
7: Gehäuse
8: erstes Leitungssystem
9: erstes Ende
10: zweites Ende
11: Wärmetauscher
12: zweites Leitungssystem
13: Ausgang
14: Rippen
15: Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0764358 B1 [0002]
US 7884511 B2 [0003]
US 6432018 [0003]

Claims

Elektromotorische Antriebseinheit (1) mit einem Elektromotor (2), wobei ein Wärmetauschfluid (5) durch ein Gehäuse (7) des Elektromotors (2) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (11) von dem Wärmetauschfluid (5) durchfließbar angeschlossen ist.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen im Gehäuse (7) vorhanden sind, die zum Leiten des Wärmetauschfluids (5) ausgebildet sind und vorzugsweise mit entsprechend ausgebildeten Kanälen im Wärmetauscher (11) verbunden sind.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Leitungssystem (8) das Gehäuse (7) durchzieht und so ausgebildet ist, das Wärmetauschfluid (5) von einem ersten Ende (9) des Elektromotors (2) zum anderen zweiten Ende (10) geleitet ist, vorzugsweise spiralförmig oder in einer Ebene liegend oder als ortsbezogener Hohlraum.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Leitungssystem (12) das Gehäuse (7) durchzieht und so ausgebildet ist, das Wärmetauschfluid (5) vom zweiten Ende (10) des Elektromotors (2) zum anderen ersten Ende (9) geleitet ist.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitungssysteme (8 und 12) mit dem Wärmetauscher (11) zum Durchleiten desselben Wärmetauschfluids (5) durch diese beiden Leitungssysteme (8 und 12) gekoppelt sind.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) von einem Gas, wie Umgebungsluft, durchströmbar ist.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) eine Leistungsübertragungseinheit, wie ein Getriebe (3) und/oder ein Differenzial (4) umgibt.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) eine Rippen (14) aufweisende Außenkontur aufweist und/oder der Wärmetauscher (11) in das Gehäuse (7) integriert oder daran anschließend angebracht ist, etwa nach Art einer Kühlplatte.
Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschfluid (5) eine Kühlflüssigkeit und/oder eine beheizbare Flüssigkeit ist.
Leistungsübertragungseinheit mit einem Getriebe (3) und/oder einem Differential (4), das elektromotorisch angetrieben ist, wobei ein Wärmetauschfluid (5) durch ein Gehäuse (7) der Leistungsübertragungseinheit leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (11) von dem Wärmetauschfluid (5) durchfließbar angeschlossen ist.