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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Rotor, wobei der Rotor eine Magnetanordnung aufweist, und wobei der Rotor mindestens einen Kühlmittelkanal aufweist.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche elektrische Maschinen für Hybridantriebsanordnungen bzw. entsprechende Hybridantriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge bekannt.
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Aus der gattungsbildenden
AT 412311 B ist eine elektrische Maschine, nämlich ein Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor bekannt. Der Stator oder der Rotor weist ein Blechpaket auf, wobei das Blechpaket als Magnetanordnung dient. Das Blechpaket ist mit Kühlmittelkanälen zur Führung eines Kühlmittels ausgebildet. Der Stator besteht aus einem Blechpaket mit einem Kranz von Nuten. Die Nuten sind am Innenumfang des Blechpaketes in Winkelabständen in Längsrichtung konzentrisch zur Rotorachse angeordnet. Die Nuten dienen zur Aufnahme von Wicklungen. Die Bleche des Blechpaketes sind mit einem Kranz ausgestanzter Löcher versehen, welche in der Gesamtheit des Blechpaketes jeweils einen Kühlmittelkanal zur Führung bilden. Ein endseitiges Blech weist mehrere Schlitze auf, wobei die Schlitze mindestens zwei Kanäle des Blechpaketes miteinander verbinden. Diese Schlitze dienen als Umlenkkanäle. Die Kühlmittelkanäle sind jeweils durch ein Rohr aus Metall oder Kunststoff, vorzugsweise aus Kupfer ausgefüttert.
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Aus der
DE 10 2009 034 235 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine eines Hybridbeziehungsweise Elektrofahrzeuges bekannt. Der Stator weist mehrere im wesentliche ringförmig angeordnete Statorsegmente auf, deren Achsen im wesentlichen radial ausgerichtet sind. Es ist eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des Stators vorgesehen. Zur Verbesserung der Kühlleistung weist die Kühlvorrichtung in den Statorsegmenten ausgebildete Rippen auf, wobei die Rippen Kühlmittelkanäle bilden. Der Stator weist ferner einen Statorträger auf, wobei die Statorsegmente und der Statorträger derart zueinander ausgerichtet sind und der Statorträger derart ausgebildet ist, dass die Kühlvorrichtung von dem Statorträger begrenzt ist. Die von den Rippen gebildeten Kühlmittelkanäle sind mit einem Kühlmittel, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit gefüllt.
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Aus der
DE 10 2005 021 907 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Stator bekannt. Der Stator besteht im wesentlichen aus einem Statorblechpaket mit einer Wicklung. Das Statorblechpaket ist aus einzelnen stapelbaren Statorblechen gebildet. Das Statorblechpaket ist über ein Kühlmittel kühlbar. An den einzelnen Statorblechen sind Konturierungen und/oder Ausnehmungen ausgebildet, die in dem zusammengefügten Statorblechpaket eine sich im Bereich des Außenumfang des Statorblechpaketes erstreckende Kühlmittelkanalstruktur von einer Vielzahl zusammenhängender Kühlmittelkanäle bilden.
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Die eingangs genannte elektrische Maschine ist noch nicht optimal ausgebildet. Die Kühlung der Magnetanordnung des Rotors erfolgt im Stand der Technik dadurch, dass das Kühlmittel durch den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator geleitet wird. Dies kann zu einer ungleichmäßigen Kühlung der Magnetanordnung führen. Insbesondere an einer Innenumfangsfläche der Magnetanordnung kann es zu einer nicht optimalen Kühlleistung kommen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte elektrische Maschine derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine ungleichmäßige Kühlung der Magnetanordnung des Rotors vermindert ist.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass der Rotor einen Rotorträger aufweist, wobei die Magnetanordnung auf dem Rotorträger angeordnet ist und wobei der Kühlmittelkanal zumindest teilweise zwischen der Magnetanordnung und dem Rotorträger vorgesehen und/oder ausgebildet ist. Insbesondere wird der Kühlmittelkanal durch die Magnetanordnung und durch den Rotorträger begrenzt. Der Kühlmittelkanal ist daher im wesentlichen zwischen der Magnetanordnung und dem Rotorträger ausgebildet. Dieser Kühlmittelkanal erstreckt sich daher zumindest abschnittsweise insbesondere radial innerhalb beziehungsweise unterhalb der Magnetanordnung. Die Magnetanordnung weist insbesondere ein Blechpaket auf bzw. ist als Blechpaket ausgeführt. Der Kühlmittelkanal erstreckt sich radial unterhalb der Blechpakete. Vorzugsweise wird der Kühlmittelkanal zumindest teilweise durch die Magnetanordnung begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlung der Magnetanordnung und der dazugehörigen Blechpakete des Rotors verbessert sind. Der Rotorträger kann einen sich im wesentlichen in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckenden Tragbereich aufweisen. An diesem Tragbereich ist vorzugsweise ein Kühlmitteldurchtritt vorgesehen, der in den Kühlmittelkanal mündet. Hierdurch ist es möglich, radial nach außen geschleudertes Kühlmittel an der Innenumfangsfläche des entsprechenden Tragabschnitts aufzusammeln und durch den Kühlmitteldurchtritt dem Kühlmittelkanal zuzuführen. Alternativ ist es denkbar, dass der Rotorträger als Hohlwelle ausgebildet ist und das Kühlmittel über die Hohlwelle eingeleitet wird und die Hohlwelle einen entsprechenden Kühlmitteldurchtritt aufweist, wobei der Kühlmitteldurchtritt wiederum in den Kühlmittelkanal mündet. Der Kühlmitteldurchtritt kann sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken, so dass das Kühlmittel durch die Zentrifugalkraft in den Kühlmittelkanal gedrängt wird. Der Kühlmittelkanal kann zumindest teilweise durch eine Nut an der Außenseite des Rotorträgers beziehungsweise durch eine Nut im Blechpaket bzw. in der Magnetanordndung zum Transport des Kühlmittels im wesentlichen längs der Rotorachse ausgebildet sein. Die Form der jeweiligen Nut kann sich dabei in Axialrichtung erstrecken. In alternativer Ausgestaltung kann der Kühlmittelkanal sich zumindest teilweise spiralförmig, insbesondere im wesentlichen in Form einer Förderschnecke erstrecken. Der Kühlmittelkanal kann in Axialrichtung eine Austrittsöffnung aufweisen, so dass das Kühlmittel im wesentlichen axial austritt und durch die Zentrifugalkraft weiter nach außen zum Stator geschleudert wird und dort dann zur Kühlung des Stators dient. An der Innenumfangsfläche des Rotorträgers, insbesondere in dem Tragbereich kann eine sich in Umlaufrichtung erstreckende Auffangnut vorgesehen sein, wobei in der Auffangnut der Kühlmitteldurchtritt angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleuderte Kühlöl in der Auffangnut gesammelt wird und von dort aus durch die Durchtrittsöffnung dem Kühlmittelkanal zugeführt wird. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße elektrische Maschine und die entsprechende erfindungsgemäße Hybridantriebsvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Nachfolgend werden mehrere unterschiedliche Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine anhand der Zeichnungen und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 in einer schematischen, geschnittenen hälftigen Darstellung eine Hybridantriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine und mit einer Doppelkupplung sowie einer Trennkupplung,
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2 in einer stark schematischen, geschnittenen, hälftigen Darstellung die elektrische Maschine aus 1,
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3 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung einen Rotorträger eines Rotors der elektrischen Maschine aus den 1 und 2,
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4 in einer schematischen, geschnittenen, hälftigen Darstellung den Rotorträger aus 3,
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5 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine weitere Ausgestaltung eines Rotorträgers,
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6 in einer schematischen, geschnittenen, hälftigen Darstellung den Rotorträger aus 5, und
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7 in einer stark schematischen, geschnittenen Darstellung eine weitere Ausgestaltung einer elektrischen Maschine.
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In 1 ist eine elektrische Maschine 1 gut zu erkennen. Die elektrische Maschine 1 ist Teil einer Hybridantriebsanordnung 2, wobei die Hybridantriebsanordnung 2 wiederum Teil eines Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges ist.
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Die Hybridantriebsanordnung 2 weist die elektrische Maschine 1 auf. Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 3 und einen Stator 4 auf. Der Rotor 3 ist innerhalb des Stators 4 drehbar angeordnet. Die elektrische Maschine 1 ist als Innenläufer ausgebildet. Die elektrische Maschine 1 kann als Motor und als Generator genutzt werden.
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Der Rotor 3 und der Stator 4 sind in einem Gehäuseteil 5, insbesondere innerhalb eines Kühlmantels 5a angeordnet. Das Gehäuseteil 5 kann teilweise auch als Kupplungsgehäuse ausgebildet sein. Das Gehäuseteil 5 begrenzt einen Ölraum 6. Der Ölraum 6 ist getriebeseitig geöffnet und entsprechend ölbefüllt. Der Rotor 3 und der Stator 4 sind in dem Ölraum 6 angeordnet.
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Das Gehäuseteil 5 weist eine Seitenwandung 9 und einen Lagerbereich 10 auf, wobei die Seitenwandung 9 sich im wesentlichen radial nach innen erstreckt und seitlich den Ölraum 6 begrenzt. Der Lagerbereich 10 dient zur Lagerung eines Rotorträgers 8 mittels zweier Lager 11, 12.
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Der Rotor 3 weist eine Magnetanordnung 7 und den Rotorträger 8 auf. Die Magnetanordnung 7 weist insbesondere ein magnetisierbares Blechpaket (nicht näher bezeichnet) auf bzw. ist als ein Blechpaket ausgebildet. Insbesondere weist die Magnetanordnung 7 mindestens einen Permanentmagneten auf. Alternativ kann die Magnetanordnung 7 eine Kurzschluss-Wicklung aufweisen, die der Erzeugung eines Magnetfeldes dient. Der Stator 4 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, wobei der Rotor 3 sich in dem magnetischen Wechselfeld dreht. Die elektrische Maschine 1 ist insbesondere als Synchronmaschine ausgebildet.
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Der hülsenförmige Lagerbereich 10 ist von einer Eingangsnabe 13 durchgriffen. Die Eingangsnabe 13 ist funktional wirksam von einem Verbrennungsmotor antreibbar. Die Eingangsnabe 13 ist mit einer Trennkupplung K0 verbunden. Die Trennkupplung K0 ist radial innerhalb des Rotors 3 geschachtelt angeordnet. Die Trennkupplung K0 ist als Lamellenkupplung (nicht näher bezeichnet) ausgebildet. Die Eingangsnabe 13 ist mit einem nicht näher bezeichneten Innenlamellenträger drehfest verbunden, wobei der Innenlamellenträger nicht näher bezeichnete Innenlamellen drehfest, aber axial verschieblich trägt. Die Innenumfangsfläche des Rotorträgers 8 weist insbesondere mehrere Rippen 14 (vgl. 3, 4, 5, 6) auf. Die Rippen 14 erstrecken sich an einer Innenumfangsfläche (nicht näher bezeichnet) des im wesentlichen topfförmig ausgebildeten Rotorträgers 8 und erstrecken sich dabei im wesentlichen in Axialrichtung. An diesen Rippen 14 sind die entsprechenden Außenlamellen drehfest und axial verschieblich angeordnet. Die Innenumfangsfläche des Rotorträgers 8 gemeinsam mit den Rippen 14 erfüllt daher die Funktion eines Außenlamellenträgers.
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Ferner weist die Hybridantriebsanordnung 2 eine Doppelkupplung 15 auf. Die Doppelkupplung 15 ist Teil eines in seiner Gesamtheit nicht näher dargestellten Doppelkupplungsgetriebes. Die Trennkupplung K0 ist der Doppelkupplung 15 vorgeschaltet. Durch Öffnen und Schließen der Trennkupplung K0 kann die Eingangsnabe 13 und damit der Verbrennungsmotor abgekoppelt werden. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise das Kraftfahrzeug rein elektrisch fahrend zu betreiben, ohne dass Schleppmomente durch den Verbrennungsmotor bei geöffneter Trennkupplung K0 auftreten.
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Die Doppelkupplung 15 weist zwei Reibkupplungen K1 und K2 auf. Die Reibkupplungen K1 und K2 sind radial zueinander geschachtelt angeordnet. Die beiden Reibkupplungen K1 und K2 sind vorzugsweise ebenfalls als Lamellenkupplungen mit entsprechenden Außenlamellen und Innenlamellen ausgebildet. Die Außenlamellen und Innenlamellen sind jeweils wechselweise zueinander geschichtet angeordnet. Der Rotor 3 ist drehfest mit einem insbesondere gemeinsamen Außenlamellenträger der beiden Reibkupplungen K1 und K2 verbunden. Hierdurch bildet der Rotor 3 die Eingangsseite der beiden Reibkupplungen K1 und K2. Ausgangsseitig sind die Reibkupplungen K1 und K2 mit entsprechenden Innenlamellenträgern verbunden, wobei jeder der Innenlamellenträger über entsprechende Verbindungsnaben (nicht näher bezeichnet) mit jeweils einer Getriebeeingangswelle 16, 17 drehfest verbunden ist.
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Die beiden Getriebeeingangswellen 16, 17 sind koaxial zueinander angeordnet. Die äußere Getriebeeingangswelle 17 ist als Hohlwelle (nicht näher bezeichnet) ausgebildet. Wird nun die Reibkupplung K1 geschlossen, so wird das Drehmoment von dem Verbrennungsmotor und gegebenenfalls das Drehmoment von der elektrischen Maschine 1 auf die erste, innere Getriebeeingangswelle 16 übertragen. Wird die erste Reibkupplung K1 geöffnet und die zweite Reibkupplung K2 geschlossen, so wird das entsprechende Drehmoment auf die äußere Getriebeeingangswelle 17 übertragen.
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Der Rotor 3 und der Stator 4 sind mittels eines Kühlmittels kühlbar. Als Kühlmittel kann insbesondere ein Öl, insbesondere eine Getriebe- und Kupplungsöl, Wasser, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder auch Luft dienen.
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Die innere Getriebeeingangswelle 16 ist vorzugsweise ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet und weist eine Kühlmittelleitung 18 auf. Ein Kühlmittel 18, insbesondere ein Kühlöl kann so zentral zugeführt werden. Die Eingangsnabe 13 weist eine entsprechende Kühlmittelleitung 32 auf, wobei diese Kühlmittelleitung 32 radial innerhalb der Trennkupplung K0 mündet. Wenn das Kühlmittel nach radial außen geschleudert wird, so trifft es dort auf den Rotorträger 8.
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Es ist mindestens ein Kühlmittelkanal 19 zur Kühlung der Magnetanordnung 7 vorgesehen. Vzw. sind mehrere Kühlmittelkanäle 19 vorgesehen bzw. ausgebildet.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass der Rotor 3 einen Rotorträger 8 aufweist, wobei die Magnetanordnung 7 auf dem Rotorträger 8 angeordnet ist und wobei der Kühlmittelkanal 19 zumindest teilweise zwischen der Magnetanordnung 7 und dem Rotorträger 8 vorgesehen und/oder ausgebildet ist. Insbesondere ist der Kühlmittelkanal 19 bzw. sind die Kühlmittelkanäle 19 durch die Magnetanordnung 7 und den Rotorträger 8 begrenzt. Die Magnetanordnung 7 wird hierdurch gleichmäßiger gekühlt.
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Im Folgenden darf auf die Ausgestaltung des Rotorträgers 8 anhand von den 3 und 4 näher eingegangen werden:
Der Rotorträger 8 ist im wesentlichen topfförmig ausgebildet. Der Rotorträger 8 weist einen Tragbereich 20 auf, wobei der Tragbereich 20 die Magnetanordnung 7 trägt. Der Tragbereich 20 erstreckt sich im wesentlichen in Axialrichtung und in Umfangsrichtung. Ferner weist der Rotorträger 8 einen Fußbereich 21 auf, wobei der Fußbereich 21 im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist. An dem Fußbereich 21 ist der Rotorträger 8 mittels der Lager 11, 12 gelagert. Der Tragbereich 20 und der Fußbereich 21 sind durch einen Bodenbereich 22 miteinander verbunden. In der dargestellten Ausgestaltung erstreckt sich der Bodenbereich im wesentlichen in Radialrichtung. Der Bodenbereich 22 ist ringförmig ausgebildet. Der Rotorträger 8 ist insbesondere einstückig ausgebildet. An der Innenumfangsfläche des Tragbereiches 20 sind die Rippen 14 angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Von der Außenseite des Tragbereiches 20 werden nun die Kühlmittelkanäle 19 zumindest teilweise begrenzt.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung erstreckt sich an der Außenseite des Tragbereiches 20 mindestens eine, insbesondere mehrere Nuten 23. Die jeweilige Nut begrenzt einen Teil des jeweiligen Kühlmittelkanals 19. Radial außerhalb wird der Kühlmittelkanal 19 durch die Magnetanordnung 7 begrenzt. Die Nut 23 beziehungsweise die Nuten 23 können sich im wesentlichen in Axialrichtung erstrecken. In alternativer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Nuten 23 sich im wesentlichen spiralförmig an der Außenfläche des Rotorträgers 8 erstrecken. Durch die Rotation des Rotors 3 und damit des Rotorträgers 8 wird das Kühlmittel dabei in Art einer Förderschnecke durch die sich dann derart spiralförmig erstreckenden Nuten gepresst.
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Der Rotorträger 8 weist vorzugsweise eine, insbesondere mehrere Kühlmitteldurchführungen 24 auf. Die Kühlmitteldurchführungen 24 erstrecken sich von der Innenseite des Tragbereiches 20 bis zur Außenseite des Tragbereiches 20. Die Kühlmitteldurchführungen 24 münden in die jeweiligen Nuten 23. Die Kühlmitteldurchführung 24 können als Bohrungen ausgebildet sein. Die Kühlmitteldurchführungen 24 können umfänglich, insbesondere beabstandet, insbesondere gleichmäßig beabstandet angeordnet sein. Es ist denkbar, beispielsweise zehn Kühlmitteldurchführungen 24 vorzusehen. Pro Nut 23 ist jeweils mindestens eine Kühlmitteldurchführung 24 vorgesehen. Es ist denkbar, dass insgesamt zehn Kühlmittelkanäle 19 und damit zehn Nuten 23 vorgesehen sind.
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In den 3 und 4 ist eine Ausgestaltung erkennbar, wobei die Kühlmitteldurchführung 24 in einer am Innenumfang ausgebildeten Auffangnut 25 angeordnet ist. Die Auffangnut 25 ist dabei am nicht näher bezeichneten, getriebeseitigen Endbereich der Rippen 14 angeordnet.
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In der in den 5 und 6 dargestellten Ausgestaltung ist keine Auffangnut 25 vorgesehen, sondern die Kühlmitteldurchführungen 24 sind jeweils im wesentlichen axial mittig zu den Rippen 14 angeordnet.
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Die Nut 23 ist motorseitig, nämlich in Richtung der Seitenwandung 9 insbesondere offen ausgebildet. Das Öl tritt nach dem Transport durch den Kühlmittelkanal 19 an der seitenwandseitigen Stirnseite des Rotors 3 aus. Das Kühlmittel wird weiter nach radial außen, insbesondere durch die Fliehkräfte transportiert. Dort kann es entweder in Axialrichtung durch den Luftspalt 26 zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4 zurücktransportiert werden, oder das Gehäuseteil 5 weist im äußeren Bereich einen äußeren Kühlmantel 27 mit weiteren, hier nicht näher bezeichneten Kühlmittelkanälen auf.
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Durch das Kühlmittel im Luftspalt 26 wird sowohl der Stator 4 als auch der Rotor 3 gekühlt. Der Stator 4 weist insbesondere ein Blechpaket 28 und mindestens eine Wicklung 29 auf. Zwischen dem Statorblechpaket 28 und dem Kühlmantel 27 können entsprechende Kühlmittelkanäle (nicht näher dargestellt) ausgebildet sein. Der Kühlmantel 27 kann an seiner Innenumfangsfläche sich insbesondere in Axialrichtung erstreckende Nuten (nicht näher bezeichnet) aufweisen.
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In 7 ist eine weitere Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1 mit einem Rotor 3 und einem Stator 4 dargestellt. Der Stator 4 weist wiederum ein Blechpaket 28 und eine Wicklung 29 auf. Der Stator 4 und der Rotor 3 sind innerhalb eines Gehäuseteils 5, das auch zumindest teilweise als Kühlmantel 27 dient, angeordnet. Der Rotor 3 ist an zwei Lagern 30 am Gehäuse 5 gelagert. Der Rotor 3 weist hier als Rotorträger eine Rotorwelle 31 auf. Die Rotorwelle 31 ist an den Lagern 30 gelagert. Die Rotorwelle 31 ist insbesondere als Hohlwelle ausgebildet. Im Inneren der Hohlwelle wird nun das Kühlmittel transportiert und durch eine Kühlmitteldurchführung 24 in einen entsprechenden Kühlmittelkanal 19 zwischen dem Rotorträger 8, also hier zwischen der Rotorwelle 31 und der Magnetanordnung 7 eingeleitet.
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Das Gehäuseteil 5 weist wiederum eine Seitenwandung 9 auf, wobei nach dem axialen Austritt des Kühlmittels das Kühlmittel zunächst radial nach außen entlang der Seitenwandung transportiert wird und von da aus axial zurück über das Statorblechpaket 28 mit einem entsprechenden Kühlmittelkanal (nicht näher bezeichnet) geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Hybridantriebsanordnung
- 3
- Rotor
- 4
- Stator
- 5
- Gehäuseteil
- 5a
- Kühlmantel
- 6
- Ölraum
- 7
- Magnetanordnung
- 8
- Rotorträger
- 9
- Seitenwandung
- 10
- Lagerbereich
- 11
- Lager
- 12
- Lager
- 13
- Eingangsnabe
- 14
- Rippe
- 15
- Doppelkupplung
- 16
- Getriebeeingangswelle
- 17
- Getriebeeingangswelle
- 18
- Kühlmittelleitung
- 19
- Kühlmittelkanal
- 20
- Tragbereich
- 21
- Fußbereich
- 22
- Bodenbereich
- 23
- Nut
- 24
- Kühlmitteldurchführung
- 25
- Auffangnut
- 26
- Luftspalt
- 27
- Kühlmantel
- 28
- Blechpaket
- 29
- Wicklung
- 30
- Rotorlager
- 31
- Rotorwelle
- 32
- Kühlmittelkanal
- K0
- Trennkupplung
- K1
- Reibkupplung
- K2
- Reibkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 412311 B [0003]
- DE 102009034235 A1 [0004]
- DE 102005021907 A1 [0005]
