DE102012022451B4 - Ring channel device, electric machine and drive train - Google Patents
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Abstract
Ringkanaleinrichtung (92, 94) zur Zuführung und Verteilung von Kühlfluid (60) zu Kühlkanälen (64) einer elektrischen Maschine (12), mit einem ersten Ringkanalteil (123), das zur Festlegung an einem ersten Bauteil (32) wie einem Stator (32) ausgelegt ist, und mit einem zweiten Ringkanalteil (124), das zur Festlegung an einem zweiten Bauteil (28) wie einem Maschinengehäuse (28) ausgelegt ist, wobei die Ringkanalteile (123, 124) zur Bildung eines Ringkanals (126) zusammengesetzt sind, wobei das erste Ringkanalteil (123) eine erste Ringwand (130) aufweist, die zur Anlage an einem Ringbund (132) des ersten Bauteils (32) ausgebildet ist, wobei in der Ringwand (130) wenigstens eine Durchgangsöffnung (128) ausgebildet ist, um den Ringkanal (126) mit einem ersten Kühlkanal (64) zu verbinden, und/oder in der Ringwand (130) wenigstens eine Auswölbung (138) ausgebildet ist, die sich über einen Umfangsabschnitt erstreckt, um zwei Kühlkanäle (64a, 64b) miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ringkanalteil (123) und das zweite Ringkanalteil (124) mit axialer Überlappung zusammengesetzt sind, so dass ein Toleranzausgleich (134) in axialer Richtung realisiert werden kann.An annular channel device (92, 94) for supplying and distributing cooling fluid (60) to cooling channels (64) of an electrical machine (12), having a first annular channel part (123) which can be fixed to a first component (32) such as a stator (32 ) and a second annular channel portion (124) adapted for attachment to a second component (28) such as a machine housing (28), the annular channel portions (123, 124) being assembled to form an annular channel (126), wherein the first annular channel part (123) has a first annular wall (130) which is designed to rest against an annular collar (132) of the first component (32), wherein at least one passage opening (128) is formed in the annular wall (130) the annular channel (126) with a first cooling channel (64) to connect, and / or in the annular wall (130) at least one bulge (138) is formed, which extends over a peripheral portion to two cooling channels (64a, 64b) to each other connect, thereby ge indicates that the first annular channel part (123) and the second annular channel part (124) are assembled with axial overlap, so that tolerance compensation (134) in the axial direction can be realized.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ringkanaleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Zuführung und Verteilung von Kühlfluid zu Kühlkanälen einer elektrischen Maschine, mit einem ersten Ringkanalteil, das zur Festlegung an einem ersten Bauteil ausgelegt ist, und mit einem zweiten Ringkanalteil, das zur Festlegung an einem zweiten Bauteil ausgelegt ist, wobei die Ringkanalteile zur Bildung eines Ringkanals zusammengesetzt sind, wobei das erste Ringkanalteil eine erste Ringwand aufweist, die zur Anlage an einem Ringbund des ersten Bauteils ausgebildet ist, wobei in der Ringwand wenigstens eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, um den Ringkanal mit einem ersten Kühlkanal zu verbinden, und/oder in der Ringwand wenigstens eine Auswölbung ausgebildet ist, die sich über einen Umfangsabschnitt erstreckt, um zwei Kühlkanäle miteinander zu verbinden. Eine solche Ringkanaleinrichtung ist aus dem Dokument
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Maschinengehäuse, mit einem in Bezug auf das Maschinengehäuse festgelegten Stator, mit einem Rotor, der in Bezug auf das Maschinengehäuse drehbar gelagert ist, und mit einer Kühlanordnung, die wenigstens einen Kühlkanal aufweist, der im Bereich eines Außenumfanges des Stators angeordnet und durch den hindurch ein Kühlfluid leitbar ist.Furthermore, the present invention relates to an electric machine, in particular for a drive train of a motor vehicle, with a machine housing, with a stator fixed with respect to the machine housing, with a rotor which is rotatably mounted with respect to the machine housing, and with a cooling arrangement which has at least one cooling channel, which is arranged in the region of an outer circumference of the stator and through which a cooling fluid can be conducted.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe, mit einer Fluidversorgungseinrichtung für das Getriebe und mit einer solchen elektrischen Maschine.Finally, the present invention relates to a drive train for a motor vehicle, with a transmission, with a fluid supply device for the transmission and with such an electric machine.
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebsstränge besteht ein Trend hin zu der Bereitstellung von Antriebsleistung durch eine elektrische Maschine. Dies kann einerseits in einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug realisiert sein. Andererseits kann die elektrische Maschine in einen Hybrid-Antriebsstrang integriert sein.In the field of automotive powertrains, there is a trend toward providing drive power by an electric machine. This can be realized on the one hand in a purely electrically driven vehicle. On the other hand, the electric machine can be integrated into a hybrid drive train.
Die elektrische Maschine kann dabei in manchen Hybrid-Antriebssträngen auch zum rein elektrischen Antrieb eingesetzt werden.The electric machine can be used in some hybrid powertrains for purely electric drive.
Die Beschränkungen im Kraftfahrzeugbau erfordern, dass kompakte elektrische Maschinen verwendet werden. Um dennoch eine hohe Leistungsabgabe zu ermöglichen, ist es bekannt, solche elektrischen Maschinen zu kühlen.The limitations in automotive engineering require that compact electrical machines be used. In order nevertheless to enable a high power output, it is known to cool such electrical machines.
Eine Luftkühlung der elektrischen Maschine mittels Fahrtwind des Kraftfahrzeuges ist zwar generell denkbar, dies führt jedoch zu erheblichen Einschränkungen hinsichtlich der Einbaulage der elektrischen Maschine in dem Kraftfahrzeug.Although air cooling of the electric machine by means of the wind of the motor vehicle is generally conceivable, this leads to considerable restrictions with regard to the installation position of the electric machine in the motor vehicle.
Generell ist es auch bekannt, elektrische Maschinen fluidisch zu kühlen. Hierbei ist es beispielsweise bekannt, das Maschinengehäuse zweischalig aufzubauen, wobei zwischen den Schalen ein Kühlfluid strömen kann. Die hierbei erzielbaren Kühlleistungen sind ebenfalls relativ gering.In general, it is also known to fluidly cool electrical machines. Here, it is known, for example, to build the machine housing with two shells, wherein a cooling fluid can flow between the shells. The achievable cooling capacities are also relatively low.
Aus dem Dokument
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ringkanaleinrichtung, eine verbesserte elektrische Maschine sowie einen verbesserten Antriebsstrang anzugeben, wobei die elektrische Maschine effizient gekühlt werden kann und/oder wobei die elektrische Maschine bzw. der Antriebsstrang kostengünstig zu fertigen, einfach zu montieren und/oder durch einen hohen Wirkungsgrad gekennzeichnet sind.Against this background, it is an object of the invention to provide an improved annular channel device, an improved electric machine and an improved drive train, wherein the electric machine can be cooled efficiently and / or the electrical machine or the drive train cost-effective to manufacture, easy to assemble and / or characterized by high efficiency.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Ringkanaleinrichtung dadurch gelöst, dass das erste Ringkanalteil und das zweite Ringkanalteil mit axialer Überlappung zusammengesetzt sind, derart, dass ein Toleranzausgleich in axialer Richtung realisiert werden kann.This object is achieved in the above-mentioned annular channel device characterized in that the first annular channel part and the second annular channel part are assembled with axial overlap, such that a tolerance compensation in the axial direction can be realized.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art, wobei im Bereich von zumindest einem axialen Ende der elektrischen Maschine eine erfindungsgemäße Ringkanaleinrichtung angeordnet ist, in die ein Kühlfluid zuführbar ist und über die Kühlfluid in den Kühlkanal einführbar ist.Furthermore, the above object is achieved by an electrical machine of the aforementioned type, wherein in the region of at least one axial end of the electric machine, an annular channel device according to the invention is arranged, in which a cooling fluid can be supplied and can be introduced via the cooling fluid in the cooling channel.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe, einer Fluidversorgungseinrichtung für das Getriebe und mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, wobei der Kühlkanal der elektrischen Maschine vorzugsweise an die Fluidversorgungseinrichtung angeschlossen ist.Finally, the above object is achieved by a drive train for a motor vehicle, with a transmission, a fluid supply device for the transmission and with an electric machine according to the invention, wherein the cooling channel of the electric machine is preferably connected to the fluid supply device.
Die erfindungsgemäße Ringkanaleinrichtung eignet sich insbesondere zur Verteilung von Kühlfluid zu einem oder mehreren Kühlkanälen, die insbesondere einzeln oder in Gruppen bzw. Mäanderanordnungen parallel mit Kühlfluid zu versorgen sind. The annular channel device according to the invention is particularly suitable for the distribution of cooling fluid to one or more cooling channels, which are to be supplied in particular individually or in groups or meander arrangements in parallel with cooling fluid.
Auf diese Weise kann die Verteilung von Kühlfluid auf Kühlkanäle deutlich effizienter und mit geringem baulichem Aufwand erfolgen.In this way, the distribution of cooling fluid to cooling channels can be done much more efficiently and with little construction effort.
Sofern zwei Kanäle zu einer Mäanderanordnung miteinander verbunden werden, bei der die Enden von zwei Kühlkanälen miteinander verbunden sind, eignet sich die erfindungsgemäße Ringkanaleinrichtung insbesondere bei Ausbildung wenigstens einer Auswölbung dazu, dass die Ringkanaleinrichtung diese Verbindung zwischen zwei Kühlkanälen realisiert, um auf diese Weise eine Mäanderanordnung von Kühlkanälen einzurichten.If two channels are connected to form a meander arrangement in which the ends of two cooling channels are connected to each other, the ring channel device according to the invention is particularly suitable for training at least one bulge that the annular channel device realizes this connection between two cooling channels, in order in this way a meander arrangement set up by cooling channels.
Eine Mäanderanordnung von Kühlkanälen, bei denen das Kühlfluid zunächst in einer Richtung strömt und anschließend in der entgegengesetzten Richtung strömt, kann insbesondere zu einer gleichmäßigeren Kühlung über die Erstreckung der Kanäle führen, so dass thermische Belastungsspitzen vermieden und folglich die Lebensdauer der elektrischen Maschine verlängert werden kann bzw. die Leistung der elektrischen Maschine maximiert werden kann.A meander arrangement of cooling channels, in which the cooling fluid initially flows in one direction and then flows in the opposite direction, can in particular lead to a more uniform cooling over the extension of the channels, so that thermal load peaks can be avoided and consequently the service life of the electrical machine can be extended or the power of the electric machine can be maximized.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist es von Vorteil, dass über die Ringkanaleinrichtung eine einfache Zuführung von Kühlfluid in wenigstens einen Kühlkanal, vorzugsweise in eine Mehrzahl von Kühlkanälen bzw. Mäanderanordnungen konstruktiv einfach realisierbar ist.In the case of the electric machine according to the invention, it is advantageous that a simple supply of cooling fluid in at least one cooling channel, preferably in a plurality of cooling channels or meander arrangements, is structurally easy to implement via the annular channel device.
Die Ringkanaleinrichtung erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkelbereich von wenigstens 90°, insbesondere wenigstens 180° und vorzugsweise über einen Winkelbereich von wenigstens 270°. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ringkanaleinrichtung sich über einen Winkelbereich zwischen 330° und 360° erstreckt.The annular channel device preferably extends over an angular range of at least 90 °, in particular at least 180 ° and preferably over an angular range of at least 270 °. It is particularly preferred if the annular channel device extends over an angular range between 330 ° and 360 °.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang ist es insbesondere in der bevorzugten Ausgestaltung von Vorteil, dass ein gemeinsamer Fluidhaushalt eingerichtet werden kann. Folglich kann das gleiche Kühlfluid sowohl zur Schmierung und/oder Kühlung von Getriebekomponenten wie Zahnrädern und Lagern verwendet werden. Besonders bevorzugt ist es auch, wenn das gleiche Kühlfluid ferner zur Kühlung und/oder zur Schmierung von Reibkupplungen in Form von nasslaufenden Lamellenkupplungen verwendet wird, und schließlich auch zur Kühlung der elektrischen Maschine des Antriebsstranges verwendet wird.In the case of the drive train according to the invention, it is advantageous in particular in the preferred embodiment that a common fluid balance can be set up. Consequently, the same cooling fluid can be used both for lubrication and / or cooling of transmission components such as gears and bearings. It is also particularly preferred if the same cooling fluid is also used for cooling and / or lubrication of friction clutches in the form of wet-running multi-disc clutches, and finally also used for cooling the electric machine of the drive train.
Hierdurch kann die Fluidversorgungseinrichtung deutlich einfacher realisiert werden, da vorzugsweise nur eine Pumpe notwendig ist.As a result, the fluid supply device can be realized much easier, since preferably only one pump is necessary.
Insbesondere dann, wenn ein axialer Abstand zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil mit großen Toleranzen behaftet ist, kann durch die axiale Überlappung der Ringkanalteile die Montage der Ringkanaleinrichtung vereinfacht werden. Durch die axiale Überlappung wird dabei ein Toleranzausgleich zwischen den Bauteilen in axialer Richtung realisiert.In particular, when an axial distance between the first component and the second component is subject to large tolerances, the assembly of the annular channel device can be simplified by the axial overlap of the annular channel parts. Due to the axial overlap, a tolerance compensation between the components in the axial direction is realized.
Die Ringkanalteile können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste Ringkanalteil ein Blechteil ist, das insbesondere aus Metall hergestellt sein kann oder aus einem temperaturfesten Kunststoff. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das zweite Ringkanalteil ein Gussteil ist, insbesondere aus einem Metallmaterial oder aus einem temperaturfesten Kunststoff.The annular channel parts can be made of different materials. It is particularly preferred if the first annular channel part is a sheet metal part, which may in particular be made of metal or of a temperature-resistant plastic. Furthermore, it is advantageous if the second annular channel part is a cast part, in particular made of a metal material or of a temperature-resistant plastic.
Hierdurch können die Ringkanalteile für den jeweiligen Einsatzzweck kostengünstig bereitgestellt werden. Das erste Ringkanalteil hat dabei vorzugsweise eine komplexere Form als das zweite Ringkanalteil, so dass die Ausbildung als Blechteil bevorzugt ist, wobei das Blechteil insbesondere durch Biegen, Tiefziehen oder ähnliche Umformungsvorgänge in die geeignete komplexe Form gebracht werden kann.As a result, the annular channel parts can be provided inexpensively for the particular application. The first annular channel part preferably has a more complex shape than the second annular channel part, so that the design is preferred as a sheet metal part, wherein the sheet metal part can be brought into the appropriate complex shape in particular by bending, deep drawing or similar deformation processes.
Gemäß einer insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist das erste Ringkanalteil im Längsschnitt eine L-Form auf, wobei die Ringwand im Bereich eines L-Bodens der L-Form ausgebildet ist.According to an overall preferred embodiment, the first annular channel part has an L-shape in longitudinal section, wherein the annular wall is formed in the region of an L-bottom of the L-shape.
Hierdurch kann das erste Ringkanalteil auf einfache Art und Weise hergestellt werden.As a result, the first annular channel part can be produced in a simple manner.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste Ringkanalteil im Längsschnitt eine U-Form auf, wobei ein erster U-Arm und ein zweiter U-Arm der U-Form die Auswölbung in radialer Richtung begrenzt.According to a further preferred embodiment, the first annular channel part in longitudinal section on a U-shape, wherein a first U-arm and a second U-arm of the U-shape limits the bulge in the radial direction.
Hierdurch kann eine geschlossene Verbindungseinrichtung zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen eingerichtet werden.In this way, a closed connection device between two adjacent cooling channels can be set up.
Die U-Form des ersten Ringkanalteils entspricht dabei einer L-Form mit einem zweiten Arm.The U-shape of the first annular channel part corresponds to an L-shape with a second arm.
Die U-Arme sind dabei vorzugsweise in einer axialen Richtung ausgerichtet, und der U-Boden (entsprechend dem L-Boden) stellt eine Ringwand in Form einer Axialwand dar, die sich in radialer Richtung erstreckt.The U-arms are preferably aligned in an axial direction, and the U-bottom (corresponding to the L-bottom) represents an annular wall in the form of an axial wall which extends in the radial direction.
Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn ein radial innen liegender U-Arm in axialer Richtung länger ausgebildet ist als ein radial außen liegender U-Arm. Die axiale Länge des radial außen liegenden U-Arms kann dabei insbesondere der axialen Erstreckung der Auswölbung entsprechen. It is particularly advantageous if a radially inward U-arm is designed to be longer in the axial direction than a radially outer U-arm. The axial length of the radially outer U-arm can correspond in particular to the axial extension of the bulge.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das zweite Ringkanalteil im Längsschnitt eine L-Form aufweist, wobei eine zweite Ringwand im Bereich eines L-Bodens der L-Form ausgebildet ist.Furthermore, it is advantageous if the second annular channel part has an L-shape in longitudinal section, wherein a second annular wall is formed in the region of an L-bottom of the L-shape.
Ein derartiges L-förmiges Ringkanalteil lässt sich auf einfache Weise mit einem entsprechend ausgebildeten L- oder U-förmigen ersten Ringkanalteil zu einer Ringkanaleinrichtung kombinieren, bei der die freien Ende der L-Boden auf den L-Beinen des jeweiligen anderen Bauteils aufliegen, so dass ein Toleranzausgleich in axialer Richtung auf einfache Weise realisierbar ist.Such an L-shaped annular channel part can be combined in a simple manner with a correspondingly formed L- or U-shaped first annular channel part to an annular channel device in which rest the free end of the L-bottom on the L-legs of the respective other component, so that a tolerance compensation in the axial direction can be realized in a simple manner.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ringwand eine Axialwand, wobei das zweite Ringkanalteil eine zweite Ringwand in Form einer Axialwand aufweist, die von der ersten Ringkanalwand axial beabstandet ist.According to a further preferred embodiment, the first annular wall is an axial wall, wherein the second annular channel part has a second annular wall in the form of an axial wall, which is axially spaced from the first annular channel wall.
Wie erwähnt, sind diese Axialwände vorzugsweise durch die Böden der L- bzw. U-Form der Ringkanalteile gebildet, und die L- bzw. U-Arme bilden dabei die Radialwände, die auf diese Weise gemeinsam mit den Axialwänden einen Ringkanal einschließen.As mentioned, these axial walls are preferably formed by the bottoms of the L- or U-shape of the annular channel parts, and the L- or U-arms thereby form the radial walls, which include in this way together with the axial walls an annular channel.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist die Ringkanaleinrichtung eine Ringkanaleinrichtung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Art, wobei das erste Ringkanalteil mit dem Stator verbunden ist. Der folglich das erste Bauteil bildende Stator, an dessen Außenumfang die Kühlkanäle ausgebildet sind, kann auf diese Weise mit dem ersten Ringkanalteil vormontiert bereitgestellt werden. Das erste Ringkanalteil weist dabei vorzugsweise eine Mehrzahl von Durchbrechungen für Kühlkanäle und eine Mehrzahl von Auswölbungen zur Verbindung von Kühlkanälen auf.In the electric machine according to the invention, the annular channel device is an annular channel device of the type described above according to the invention, wherein the first annular channel part is connected to the stator. The thus forming the first component stator, on the outer circumference of the cooling channels are formed, can be provided pre-assembled in this way with the first annular channel part. The first annular channel part preferably has a plurality of openings for cooling channels and a plurality of bulges for connecting cooling channels.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Maschine ist das zweite Ringkanalteil mit dem Maschinengehäuse verbunden oder Teil des Maschinengehäuses.According to a further preferred embodiment of the electric machine, the second annular channel part is connected to the machine housing or part of the machine housing.
Das zweite Ringkanalteil kann daher ebenfalls an dem Maschinengehäuse vormontiert werden, sofern es nicht bereits Teil des Maschinengehäuses ist. Bei der axialen Montage der elektrischen Maschine wird der Stator in der Regel axial in das Maschinengehäuse eingeführt, wobei hierbei vorzugsweise automatisch die Ringkanaleinrichtung gebildet wird. Dabei, dass zumindest die zweite Ringwand radial auf einem U-Arm aufliegt, kann dabei ein Toleranzausgleich zwischen den Bauteilen in axialer Richtung realisiert werden.The second annular channel part can therefore also be preassembled on the machine housing, if it is not already part of the machine housing. In the axial assembly of the electric machine, the stator is usually introduced axially into the machine housing, in which case preferably the ring channel device is formed automatically. In this case, that at least the second annular wall rests radially on a U-arm, while a tolerance compensation between the components in the axial direction can be realized.
Ferner ist es bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorteilhaft, wenn wenigstens zwei der Kühlkanäle im Bereich ihrer Enden unter Bildung einer Mäanderanordnung mittels der Ringkanaleinrichtung miteinander verbunden sind, wobei im Bereich des Außenumfanges des Stators eine Mehrzahl derartiger Mäanderanordnungen angeordnet ist, die parallel an eine Fluidversorgungseinrichtung angeschlossen sind.Furthermore, it is advantageous in the case of the electric machine according to the invention if at least two of the cooling channels are connected to one another in the region of their ends to form a meander arrangement by means of the annular channel device, wherein a plurality of such meander arrangements are arranged in the region of the outer circumference of the stator, which are connected in parallel to a fluid supply device are.
Durch das Verbinden von Kühlkanälen zu Mäanderanordnungen kann, wie oben erwähnt, eine gleichmäßigere Kühlung über die Erstreckung der Kühlkanäle erreicht werden, so dass ein starker Temperaturgradient in dieser Erstreckungsrichtung vermieden werden kann.By connecting cooling channels to meander arrangements, as mentioned above, a more uniform cooling over the extent of the cooling channels can be achieved, so that a strong temperature gradient in this direction of extension can be avoided.
Durch die Maßnahme, mehrere derartiger Mäanderanordnungen über den Umfang zu verteilen, ist es möglich, diese parallel an eine Fluidversorgungseinrichtung anzuschließen. Hierdurch kann der Gesamtleitungswiderstand der Kühlanordnung reduziert werden, so dass die Fluidversorgungseinrichtung das Kühlfluid mit einem geringeren Druck bereitstellen kann.By the measure to distribute several such meander arrangements over the circumference, it is possible to connect them in parallel to a fluid supply device. Thereby, the total line resistance of the cooling arrangement can be reduced, so that the fluid supply device can provide the cooling fluid with a lower pressure.
Die Kühlkanäle können sich generell in Umfangsrichtung oder schraubenförmig um den Umfang des Stators herum erstrecken.The cooling channels may generally extend circumferentially or helically around the circumference of the stator.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Kühlkanäle in Längsrichtung der elektrischen Maschine ausgerichtet sind.Of particular preference, however, it is when the cooling channels are aligned in the longitudinal direction of the electric machine.
Hierbei kann eine Ringkanaleinrichtung an einem axialen Ende des Stators angeordnet werden, und gegebenenfalls eine weitere Ringkanaleinrichtung am anderen axialen Ende des Stators.In this case, an annular channel device can be arranged at one axial end of the stator, and optionally a further annular channel device at the other axial end of the stator.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn der Stator an wenigstens einem axialen Ende einen Wicklungskopf aufweist, wobei die Ringkanaleinrichtung wenigstens einen Verbindungskanal aufweist, der so angeordnet ist, dass aus dem Verbindungskanal austretendes Kühlfluid auf dem Wicklungskopf leitbar ist.Furthermore, it is altogether advantageous if the stator has a winding head at at least one axial end, wherein the annular channel device has at least one connecting channel which is arranged so that cooling fluid emerging from the connecting channel can be conducted on the winding head.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Ringkanaleinrichtung radial außerhalb des Wicklungskopfes angeordnet ist, so dass das Kühlfluid über den Verbindungskanal in radialer Richtung auf einen Außenumfangsabschnitt des Wicklungskopfes leitbar ist.It is particularly advantageous if the annular channel device is arranged radially outside the winding head, so that the cooling fluid can be conducted via the connecting channel in the radial direction onto an outer circumferential section of the winding head.
Ferner ist es bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorteilhaft, wenn, wie oben erwähnt, eine Ringkanaleinrichtung an einem axialen Ende der elektrischen Maschine angeordnet ist, und wenn am anderen axialen Ende eine zweite Ringkanaleinrichtung angeordnet ist, wobei über die zweite Ringkanaleinrichtung Kühlfluid dem Kühlkanal oder den Kühlkanälen abführbar ist, und wobei das Kühlfluid aus der zweiten Ringkanaleinrichtung ableitbar ist.Furthermore, it is advantageous in the electric machine according to the invention, if, as mentioned above, an annular channel device at an axial End of the electric machine is arranged, and if at the other axial end a second annular channel means is arranged, wherein via the second annular channel means cooling fluid to the cooling channel or the cooling channels can be discharged, and wherein the cooling fluid from the second annular channel means is derivable.
Das Kühlfluid der zweiten Ringkanaleinrichtung kann dabei in entsprechender Weise zur Kühlung eines Wicklungskopfes verwendet werden, oder aber einem Reservoir zugeführt werden.The cooling fluid of the second annular channel device can be used in a corresponding manner for cooling a winding head, or be supplied to a reservoir.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn der Stator einen Statorkern aufweist, an dem wenigstens eine Statorwicklung festgelegt ist, wobei der Kühlkanal zwischen einem Gehäuseabschnitt des Maschinengehäuses und dem Statorkern ausgebildet ist.Furthermore, it is altogether advantageous if the stator has a stator core on which at least one stator winding is fixed, wherein the cooling channel is formed between a housing section of the machine housing and the stator core.
Hierdurch wird erreicht, dass das Kühlfluid direkt an dem Statorkern vorbeiströmen kann, der vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Statorblechen zusammengesetzt ist. Hierdurch kann die in dem Stator entstehende Wärme effizient an das Kühlfluid überführt werden.This ensures that the cooling fluid can flow directly past the stator core, which is preferably composed of a plurality of stator laminations. As a result, the heat generated in the stator can be efficiently transferred to the cooling fluid.
In den Kühlkanälen können ferner Störkonturen vorhanden sein, um Kühlfluid nach der Art einer turbulenten Strömung durch den Kühlkanal hindurchzuführen. Auch hierdurch kann die Kühlleistung erhöht werden.Interference contours may also be present in the cooling channels in order to pass cooling fluid through the cooling channel in the manner of a turbulent flow. This also allows the cooling capacity to be increased.
Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung je nach Ausführungsform wenigstens einer der folgenden Vorteile erzielt werden.Overall, with the present invention, depending on the embodiment, at least one of the following advantages can be achieved.
Zum einen kann die Wärmeabfuhr nicht nur an einer sondern an mehreren Stellen der elektrischen Maschine erfolgen. Die Wirkleistung der Kühlung kann daher erhöht werden. Insbesondere ist es möglich, sowohl den Rotor als auch den Stator mittels getrennter Kühlfluidströme zu kühlen. Hierdurch wird verhindert, dass ein großer Temperaturgradient in der elektrischen Maschine auftritt, was zu thermischem Stress von Komponenten der elektrischen Maschine führen kann und folglich die Lebensdauer der elektrischen Maschine verringern könnte.On the one hand, the heat dissipation can take place not only at one but at several points of the electric machine. The active power of the cooling can therefore be increased. In particular, it is possible to cool both the rotor and the stator by means of separate cooling fluid streams. This prevents a large temperature gradient from occurring in the electrical machine, which can lead to thermal stress on components of the electrical machine and consequently could reduce the life of the electrical machine.
Folglich kann eine maximale Kühlleistung für die elektrische Maschine realisiert werden, wobei der Bauraum minimiert werden kann. Ferner kann durch den parallelen Anschluss von Kühlkanälen und/oder Mäanderanordnungen der notwendige Druck zur Versorgung der Kühlanordnung verringert werden. Auch ergibt sich eine Minimierung des Bauraumes der elektrischen Maschine, insbesondere wenn diese in dem Getriebegehäuse aufgenommen ist.Consequently, a maximum cooling capacity for the electric machine can be realized, wherein the installation space can be minimized. Furthermore, the necessary pressure for supplying the cooling arrangement can be reduced by the parallel connection of cooling channels and / or meander arrangements. Also, there is a minimization of the installation space of the electric machine, in particular if this is accommodated in the transmission housing.
Schließlich ergibt sich ein direkter Kontakt des Kühlfluides mit den zu kühlenden Flächen/Komponenten.Finally, there is a direct contact of the cooling fluid with the surfaces / components to be cooled.
Schließlich ergibt sich ein hoher Grad an Integration, da das Kühlfluidgetriebe intern an den jeweiligen Zielort geführt werden kann.Finally, there is a high degree of integration, since the cooling fluid transmission can be guided internally to the respective destination.
Gegebenenfalls können der Wellenkanal und der Kühlkanal mit separaten Kühlfluidströmen versorgt werden, die beispielsweise in Abhängigkeit von mittels Sensoren erfassten Temperaturen am Stator bzw. am Rotor auch unterschiedlich eingestellt werden können.Optionally, the shaft channel and the cooling channel can be supplied with separate cooling fluid streams, which can also be set differently, for example, depending on temperatures detected by means of sensors on the stator or on the rotor.
Folglich kann eine bedarfsgerechte Kühlung realisiert werden.Consequently, a demand-based cooling can be realized.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
In
Die Koppeleinrichtung
Der Antriebsstrang
Die elektrische Maschine
Ferner ist ein rein verbrennungsmotorischer Antrieb möglich, wobei die zwei Reibkupplungen der Reibkupplungsanordnung
Die elektrische Maschine
Die elektrische Maschine
Der Stator
Der Rotor
Die Längsachse
Sofern das Maschinengehäuse
Die elektrische Maschine
Die Fluidversorgungseinrichtung
Die Kühlanordnung
Die Kühlkanäle
Das Reservoir
Die Rotorwelle
Der Wellenkanal
Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Zufluss von Kühlfluid
Über das durch den Wellenkanal
Im Bereich des ersten axialen Endes
Die Radialbohrungen
Bei
Über das Fluidführungselement
Bei
Zur Verbindung der Kühlkanäle
Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Stators
Sofern die Kühlkanäle
Die zweite Ringkanaleinrichtung
Mittels der Kühlanordnung
In einer weiteren Variante ist es möglich, Kühlfluid
Das von radial innen (über die Radialbohrungen
In einer bevorzugten Variante weisen die Wicklungsköpfe
In den nachfolgenden Figuren werden weitere Ausführungsformen von elektrischen Maschinen bzw. Antriebssträngen dargestellt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell den oben beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.In the following figures, further embodiments of electrical machines or drive trains are shown, which generally correspond in terms of structure and operation to the embodiments described above. The same elements are therefore identified by the same reference numerals. The following section essentially explains the differences.
In einer Ausführungsform sind die Stege durch Vorsprünge
In einer alternativen Ausführungsform sind die Stege durch Vorsprünge
In einer dritten Variante können die Stege durch Profilelemente gebildet sein. Die Profilelemente können einfache Längsstege sein, wie es schematisch bei
Der Wellenkanal
Wie oben erwähnt, können die Mehrzahl von Kühlkanälen
In einer bevorzugten Variante sind jedoch wenigstens zwei der Kühlkanäle
In den
Jeweils zwei (oder gegebenenfalls mehr) Kühlkanäle
Die erste Mäanderanordnung
In
Eine dritte Mäanderanordnung
Gegenüber einer parallelen Versorgung sämtlicher Kühlkanäle an einem axialen Ende mit einem Austritt am anderen axialen Ende wird durch das Bereitstellen solcher Mäanderanordnungen erreicht, dass die elektrische Maschine in Längsrichtung gesehen gleichmäßiger gekühlt werden kann. Da die Temperatur des Kühlfluides von dem Zufluss einer Mäanderanordnung
Demzufolge wird ein starker Temperaturgradient in axialer Richtung vermieden.As a result, a strong temperature gradient in the axial direction is avoided.
Gegenüber Anordnungen, bei denen eine Mäanderanordnung oder eine Spiralform mit einem einzelnen Zufluss und einem einzelnen Abfluss über den gesamten Umfang der elektrischen Maschine verteilt ist, kann durch die Ausbildung der mehreren Mäanderanordnungen erreicht werden, dass die Summe der jeweiligen Leitungswiderstände bzw. der Gesamtleistungswiderstand verringert wird. Demzufolge ist ein geringerer Fließdruck notwendig, so dass von der Pumpe
In
Bei der Ausführungsform der
Die Ringkanaleinrichtungen
In
In den
In
Die Gehäuseteile
Die Ringkanaleinrichtung
Die Ringkanalteile
Da die Herstellung von Statoren
Die Axialwand bzw. Ringwand
Das zweite Ringkanalteil
Der sich radial erstreckende L-Boden des zweiten Ringkanalteils
In der radial innen liegenden Wand, die durch den radial innen liegenden U-Schenkel des ersten Ringkanalteils
In
In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind jeweils einzelne Kanäle, Bohrungen etc. gezeigt. Es versteht sich, dass derartige Kanäle, Bohrungen etc. auch in einer Mehrzahl vorhanden sein können, und insbesondere über den Umfang der elektrischen Maschine
Ferner versteht sich, dass die Abmessungen der verschiedenen Kanäle, Bohrungen etc. an das zu erwartende thermische Verhalten der elektrischen Maschine angepasst sein können, so dass die Wärmeabfuhr möglichst gleichmäßig erfolgt. Hierdurch werden thermische Spitzenbelastungen vermieden, was günstig hinsichtlich der Lebensdauer und hinsichtlich der abgebbaren Maximalleistung ist.Furthermore, it is understood that the dimensions of the various channels, holes, etc., can be adapted to the expected thermal behavior of the electrical machine, so that the heat dissipation takes place as evenly as possible. As a result, thermal peak loads are avoided, which is favorable in terms of life and in terms of deliverable maximum power.
Die Anpassung der Abmessungen der Kanäle, Bohrungen etc. kann dabei an den Bedarf der jeweiligen Maschinensegmente angepasst sein, aber auch an deren jeweilige Lage und/oder Drehzahlen der Rotorwelle. Weitere Einflussparameter sind der Druck der Pumpe
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