DE102013215615A1 - Assembly for a drive train of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Baueinheit (10) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, der eine in einem Fluidraum (12) angeordnete elektrische Maschine (14) und eine fluidführende Antriebsstrangkomponente (40) aufweist. Dabei umfasst die elektrische Maschine (14) einen Stator (18) und einen Rotor (16). Die Antriebsstrangkomponente (40) umfasst ein mit einem Betriebsdruck beaufschlagbares Fluid und einen Fluidanschluss (58). Weiter weist der Rotor (16) und/oder der Stator (18) zumindest jeweils einen Fluidkanal (54; 78) zur Kühlung der elektrischen Maschine (14) auf, welcher mit dem Fluidanschluss (58) der Antriebsstrangkomponente (40) in Strömungsverbindung steht.A construction unit (10) for a drive train of a motor vehicle is proposed which has an electrical machine (14) arranged in a fluid space (12) and a fluid-carrying drive train component (40). In this case, the electric machine (14) comprises a stator (18) and a rotor (16). The drivetrain component (40) comprises a fluid which can be acted upon by an operating pressure and a fluid connection (58). Furthermore, the rotor (16) and / or the stator (18) has at least one respective fluid channel (54; 78) for cooling the electric machine (14) which is in fluid communication with the fluid connection (58) of the drive train component (40).
Description
Die Anmeldung betrifft eine Baueinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine Baueinheit aus einer elektrischen Maschine und einer mit dieser in Wirkungsverbindung stehenden Antriebsstrangkomponente. The application relates to a structural unit for a drive train of a motor vehicle, in particular a structural unit consisting of an electric machine and a drive train component in operative connection therewith.
Bekanntlich erzeugen elektrische Maschinen während des Betriebs Wärmeverluste, welche den Wirkungsgrad erheblich beeinflussen können. Zur Gewährleistung des Betriebs von elektrischen Maschinen und der Maximierung des Wirkungsgrads sind daher möglichst effektive Maßnahmen zur Kühlung erforderlich. As is known, electrical machines generate heat losses during operation which can considerably influence the efficiency. To ensure the operation of electrical machines and maximizing the efficiency of effective cooling measures are therefore required.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Baueinheit mit einer elektrischen Maschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges darzustellen, bei dem die elektrische Maschine mit einfachen Mitteln effektiv gekühlt werden kann. It is an object of the invention to present a structural unit with an electric machine for a drive train of a motor vehicle, in which the electric machine can be effectively cooled by simple means.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Baueinheit gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The above object is achieved by a structural unit according to the independent claim. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.
Die vorgeschlagene Baueinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges weist eine in einem Fluidraum angeordnete elektrische Maschine und eine fluidführende Antriebsstrangkomponente auf. Dabei umfasst die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor. Die Antriebsstrangkomponente umfasst ein mit einem Betriebsdruck beaufschlagbares Fluid und einen Fluidanschluss. Bei der Baueinheit weist der Rotor und/oder der Stator zumindest jeweils einen Fluidkanal zur Kühlung der elektrischen Maschine auf, welcher durch das Fluid mit dem Fluidanschluss in Strömungsverbindung steht. The proposed structural unit for a drive train of a motor vehicle has an electric machine arranged in a fluid chamber and a fluid-carrying drive train component. In this case, the electric machine comprises a stator and a rotor. The drivetrain component includes a fluid that can be acted upon by an operating pressure and a fluid port. In the assembly, the rotor and / or the stator at least in each case a fluid channel for cooling the electric machine, which is in fluid communication with the fluid connection by the fluid.
Durch eine solche Baueinheit kann zur Kühlung der Komponenten der elektrischen Maschine der Fluidkreislauf einer vorzugsweise zu der elektrischen Maschine benachbarten fluidführenden Antriebsstrangkomponente genutzt werden, wobei die elektrische Maschine durch Ausbildung eines Fluidkanals am oder im Rotor und/oder am Stator mit einem bereits existierenden Fluidkreislauf der Antriebsstrangkomponente verbunden wird. Auf diese Weise wird ein Fluid der Antriebsstrangkomponente gleichfalls zur Kühlung der elektrischen Maschine benutzt, wobei dadurch der Rotor und/oder der Stator durch Wärmeleitung und -austausch gekühlt werden kann. Das Fluid kann bspw. über eine in einem Gehäuse der Antriebsstrangkomponente angeordneten Fluidanschluss mit dem am Rotor und oder Stator ausgebildeten Fluidkanal kommunizieren. Dazu kann der Fluidanschluss für den drehbaren Rotor z.B. als eine Öffnung oder als eine zumindest teilweise umlaufende Nut ausgebildet sein, der axial oder radial ein entsprechend ausgeführter Fluidkanalabschnitt des Rotors gegenüberliegt. Zur Rückführung des Fluids und damit zur Darstellung eines geschlossenen Fluidkreislaufs kann der Fluidraum einen mit der fluidführenden Antriebsstrangkomponente strömungsmäßig verbundenen Fluidauslass aufweisen. Dieser Fluidauslass ist günstiger Weise im Einbauzustand der elektrischen Maschine geodätisch unterhalb der Drehachse des Rotors und radial außerhalb der Erstreckung des Rotors angeordnet. Such a unit can be used for cooling the components of the electric machine, the fluid circuit of a preferably adjacent to the electric machine fluid-carrying drive train component, wherein the electric machine by forming a fluid channel on or in the rotor and / or on the stator with an existing fluid circuit of the drive train component is connected. In this way, a fluid of the powertrain component is also used for cooling the electric machine, thereby the rotor and / or the stator can be cooled by heat conduction and exchange. For example, the fluid can communicate with the fluid channel formed on the rotor and / or stator via a fluid connection arranged in a housing of the drive train component. For this purpose, the fluid connection for the rotatable rotor may be e.g. be formed as an opening or as an at least partially circumferential groove, which axially or radially opposite to a correspondingly executed fluid passage portion of the rotor. For recirculation of the fluid and thus for the representation of a closed fluid circuit, the fluid space can have a fluid outlet fluidly connected to the fluid-carrying drive train component. This fluid outlet is favorably arranged in the installed state of the electric machine geodesically below the axis of rotation of the rotor and radially outside the extension of the rotor.
Besonders vorzugsweise stellt das Fluid ein Schmiermittel oder ein Betätigungsmittel der Antriebsstrangkomponente, insbesondere ein Öl, dar. Das heißt, die elektrische Maschine ist als eine fluid-, insbesondere als eine ölgekühlte Maschine ausgebildet. Mit Vorteil kann das Fluid in den gesamten Fluidraum der elektrischen Maschine eingebracht und dort insbesondere eingesprüht werden. Particularly preferably, the fluid is a lubricant or an actuating means of the drive train component, in particular an oil. That is, the electric machine is designed as a fluid, in particular as an oil-cooled machine. Advantageously, the fluid can be introduced into the entire fluid space of the electric machine and sprayed there in particular.
Mit weiterem Vorteil weist die Antriebsstrangkomponente zur Erzeugung des Betriebsdrucks eine Fluid-Druckquelle auf, welche vorzugsweise innerhalb der Antriebsstrangkomponente ausgebildet ist. Dadurch kann auf eine separate Fluid-Druckquelle verzichtet werden. With further advantage, the drive train component for generating the operating pressure to a fluid pressure source, which is preferably formed within the drive train component. This eliminates the need for a separate fluid pressure source.
Die Ausbildung des Rotor-Fluidkanals kann beispielsweise innerhalb einer Rotorwelle der elektrischen Maschine erfolgen. Der Fluidkanal kann zumindest abschnittweise zentral innerhalb der Rotorwelle, d.h. koaxial oder auch parallel zur Drehachse der Rotorwelle ausgeführt sein. Eine achsversetzte, insbesondere achsparallele Führung des Kühlkanals innerhalb der Rotorwelle kann vorteilhaft sein, wenn die Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt ist und der zentrale Hohlraum zur Anordnung, insbesondere zur Lagerung weiterer Antriebsstrangkomponenten oder zur drehfesten Verbindung mit einer Triebwelle der Antriebsstrangkomponenten erforderlich ist. Die Befestigungsmittel zur Verbindung mit der Antriebsstrangkomponente, insbesondere mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors können umfangsmäßig von dem Fluidkanal beabstandet und diesbezüglich auch auf einem selben Teilkreisdurchmesser ausgeführt sein. The formation of the rotor fluid channel can be done, for example, within a rotor shaft of the electric machine. The fluid channel may be at least partially centrally within the rotor shaft, i. be executed coaxially or parallel to the axis of rotation of the rotor shaft. An off-axis, in particular axially parallel guidance of the cooling channel within the rotor shaft may be advantageous if the rotor shaft is designed as a hollow shaft and the central cavity for the arrangement, in particular for storage of other powertrain components or for rotationally fixed connection with a drive shaft of the drive train components is required. The fastening means for connection to the drive train component, in particular to the crankshaft of an internal combustion engine, can be circumferentially spaced from the fluid channel and, in this respect, can also be embodied on a same pitch circle diameter.
Zur Realisierung einer Fluidkühlung kann der Rotorträger auch selbst einen Fluidkanal aufweisen, der zur Kühlung der elektromagnetisch aktiven Rotorteile mit einem in der Rotorwelle ausgebildeten Fluidkanal in Strömungsverbindung stehen kann. To realize a fluid cooling, the rotor carrier may also itself have a fluid channel, which may be in fluid communication with a fluid channel formed in the rotor shaft for cooling the electromagnetically active rotor parts.
Mit besonderem Vorteil ist der Fluidanschluss an einer Triebwelle der Antriebsstrangkomponente ausgebildet ist, welche mit dem Rotor zur Übertragung eines Drehmoments in Wirkverbindung steht. Dabei weist die Triebwelle einen Fluidkanal auf, der mit dem am Rotor, z.B. an der Rotorwelle, am Rotorträger oder einem Rotorblechpaket ausgebildeten Fluidkanal in Strömungsverbindung steht. Die Triebwelle der Antriebsstrangkomponente kann dabei eine Antriebs-, eine Abtriebs- oder auch eine Zwischenwelle sein. Dabei kann die Fluidverbindung mit dem Rotor besonders druckfest ausgeführt werden. With particular advantage, the fluid connection is formed on a drive shaft of the drive train component, which is in operative connection with the rotor for transmitting a torque. In this case, the drive shaft on a fluid channel, the is in fluid communication with the fluid channel formed on the rotor, for example on the rotor shaft, on the rotor carrier or a rotor laminated core. The drive shaft of the drive train component can be a drive shaft, an output shaft or an intermediate shaft. In this case, the fluid connection with the rotor can be carried out particularly pressure resistant.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Triebwelle der Antriebsstrangkomponente gleichzeitig die Rotorwelle darstellen. In diesem Fall ist der elektromagnetisch aktive Teil des Rotors mit der Triebwelle der Antriebsstrangkomponente verbunden bzw. auf dieser angeordnet. Alternativ können die Rotorwelle und die Triebwelle separat ausgebildet und axial oder radial miteinander verbunden sein. According to an advantageous embodiment, the drive shaft of the drive train component can simultaneously represent the rotor shaft. In this case, the electromagnetically active part of the rotor is connected to or arranged on the drive shaft of the drive train component. Alternatively, the rotor shaft and the drive shaft may be formed separately and connected to each other axially or radially.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Antriebsstrangkomponente als ein Gangwechselgetriebe, eine drehmomentübertragende Kupplung oder ein Antriebsaggregat ausgebildet. Im letzteren Fall kann mit weiterem Vorteil die Rotorwelle als ein Kurbelwellenadapter des Antriebsaggregats ausgebildet sein. In a particularly preferred embodiment, the drive train component is designed as a gear change transmission, a torque-transmitting clutch or a drive unit. In the latter case, with further advantage, the rotor shaft may be formed as a crankshaft adapter of the drive unit.
Zur Abtrennung des Fluidraums der elektrischen Maschine kann dieser vorzugsweise an einer Axialseite durch eine Gehäusewandung der fluidführenden Antriebsstrangkomponente begrenzt sein. In diesem Fall kann sogar eine dort üblicherweise vorgesehene Fluiddichtung, bspw. eine Wellendichtung, entfallen. Der Fluidraum kann bevorzugt auf der jeweils anderen Axialseite zweckmäßig auch durch eine, ein Dichtungsschild darstellende Zwischenwand oder durch eine Gehäusewandung einer weiteren Antriebsstrangkomponente begrenzt sein, wobei erforderliche Fluid-Dichtmittel funktional zwischen der Rotorwelle und der Zwischenwand angeordnet werden können. For the separation of the fluid space of the electric machine, this can preferably be limited on an axial side by a housing wall of the fluid-carrying drive train component. In this case, even a fluid seal usually provided there, for example a shaft seal, can be dispensed with. The fluid space can preferably be limited on the other axial side expediently by a, a seal shield performing intermediate wall or by a housing wall of another drive train component, wherein required fluid sealant can be arranged functionally between the rotor shaft and the intermediate wall.
Zur Ermöglichung der Kühlung der freien Oberflächen von Rotor und Stator kann mit weiterem Vorteil ein Fluidauslass an der Rotorwelle vorgesehen sein, aus dem das Kühlfluid austreten und die freien Oberflächenbereiche der elektrischen Maschine benetzen kann. In diesem Zusammenhang kann der Fluidauslass eine Sprühdüse zur Bildung von Tröpfchen, insbesondere eines Sprühölnebels umfassen bzw. als solche gestaltet sein. Zur Ermöglichung einer effektiven Kühlung wird der Fluidauslass der Rotorwelle günstiger Weise radial innerhalb eines zylindrischen Tragbereichs des Rotorträgers angeordnet, an dem der elektromagnetisch aktive Teil des Rotors, insbesondere ein Rotorblechpaket angeordnet ist. Diese Art der Kühlung ist besonders bei elektrischen Innenläufermaschinen mit einem radial innerhalb eines Stators angeordneten Rotor von Vorteil. To enable the cooling of the free surfaces of the rotor and stator may be provided with further advantage a fluid outlet on the rotor shaft, from which emerge the cooling fluid and can wet the free surface areas of the electric machine. In this context, the fluid outlet may comprise or be designed as a spray nozzle for forming droplets, in particular a spray oil mist. To enable effective cooling of the fluid outlet of the rotor shaft is favorably arranged radially within a cylindrical support portion of the rotor carrier on which the electromagnetically active part of the rotor, in particular a rotor core stack is arranged. This type of cooling is particularly advantageous in internal electric rotor machines with a rotor arranged radially inside a stator.
Zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebsstrangkomponente kann die Rotorwelle Drehmitnahmemittel aufweisen, welche mit Vorteil an einem außerhalb des Fluidraumes befindlichen Abschnitt der Rotorwelle vorgesehen sind. For rotationally fixed connection with a drive train component, the rotor shaft can have rotational drive means, which are advantageously provided on a section of the rotor shaft located outside the fluid space.
Zur Ermöglichung einer gleichzeitigen effektiven Kühlung des Stators kann der Rotor Fluiddurchtrittskanäle aufweisen, welche günstigerweise innerhalb der axialen Erstreckung des Stators und radial zum Stator benachbart angeordnet sind. Auch diese Ausgestaltung ist besonders bei einer elektrischen Innenläufermaschine von Vorteil, wobei der Rotor radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Infolge Fliehkraftwirkung kann das Fluid durch die Fluiddurchtrittskanäle des Rotors hindurchtreten und dann in einen Wärmeaustauschkontakt mit dem Stator, insbesondere mit axialen Wicklungsköpfen einer Statorwicklung treten. Das vorgeschlagene Kühlkonzept ist insbesondere bei einer permanenterregten Synchronmaschine effizient umsetzbar, gleichzeitig jedoch nicht auf eine solche Maschine beschränkt. To allow simultaneous effective cooling of the stator, the rotor may have fluid passageways which are conveniently located within the axial extent of the stator and radially adjacent to the stator. This embodiment is particularly advantageous in an electric internal rotor machine, wherein the rotor is arranged radially within the stator. As a result of centrifugal force, the fluid can pass through the fluid passageways of the rotor and then enter into a heat exchange contact with the stator, in particular with axial winding heads of a stator winding. The proposed cooling concept can be implemented efficiently, in particular with a permanent-magnet synchronous machine, but at the same time is not limited to such a machine.
Im Weiteren wird eine Baugruppe für eine zuvor erläuterte Baueinheit vorgeschlagen, welche eine elektrische Maschine mit einem Rotor und mit einem Stator umfasst und wobei der Rotor eine Rotorwelle enthält und einen Fluidkanal zur Herstellung einer Fluidverbindung mit einer Triebwelle einer fluidführenden Antriebsstrangkomponente aufweist. Die Baugruppe enthält weiter eine ein Dichtungsschild darstellende Zwischenwand, welche mit einem Statorträger des Stators verbunden ist und welche in einem radial inneren Abschnitt über ein Fluid-Dichtmittel mit der Rotorwelle in Dichtverbindung steht. Eine derartige Baugruppe kann bereits vorteilhaft von einem Zulieferer vorgefertigt werden und bei einem Fahrzeughersteller mit einem bereitgestellten Antriebsaggregat verbunden werden. In addition, an assembly for a previously described unit is proposed which comprises an electric machine with a rotor and a stator and wherein the rotor includes a rotor shaft and a fluid channel for establishing a fluid connection with a drive shaft of a fluid-carrying drive train component. The assembly further includes a seal plate performing an intermediate wall, which is connected to a stator of the stator and which is in a radially inner portion via a fluid sealant with the rotor shaft in sealing engagement. Such an assembly may already be advantageously prefabricated by a supplier and connected to a vehicle manufacturer with a provided drive unit.
Eine solche Baugruppe schließt insbesondere eine Lösung ein, wobei der Rotor-Fluidkanal in der Rotorwelle selbst ausgeführt ist und wobei die Triebwelle der fluidführenden Antriebsstrangkomponente selbst einen Fluidkanal aufweist. Beim Verbinden von Rotorwelle und Triebwelle werden somit die Drehmitnahmeverbindung und die Fluidverbindung hergestellt. Such an assembly includes in particular a solution, wherein the rotor fluid channel is embodied in the rotor shaft itself and wherein the drive shaft of the fluid-carrying drive train component itself has a fluid channel. When connecting rotor shaft and drive shaft thus the rotary driving connection and the fluid connection are made.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. The invention will be explained by way of example with reference to the accompanying figures.
Es zeigen: Show it:
Der Verbrennungsmotor
Zur Kühlung der elektrischen Maschine
Der Fluidraum
Durch die Rotationsbewegung des Rotors
Die eine gegenüber dem Schmiermittel eine höhere Temperatur aufweisende elektrische Maschine
Alternativ zu der dargestellten Sprühölkühlung kann der Rotorträger
Es ist weiter auch unabhängig von der Ausgestaltung der Rotorkühlung und einer Kühlung der Statorwickelköpfe möglich, den Stator
Gemäß der schematischen Darstellung in
Bei einer Fertigung der erläuterten Baueinheit
- – die
elektrische Maschine 14 mit dem Rotor 16 undmit dem Stator 18 , wobei dieRotorwelle 20 einen Fluidkanal 54 zur Herstellung einer Fluidverbindungmit dem Antriebsaggregat 40 bzw. allgemein mit der Antriebsstrangkomponente aufweist und - – die
Zwischenwand 62 , welche in einem radial äußeren Abschnittmit dem Statorträger 36 desStators 18 verbunden ist und welche in einem radial inneren Abschnitt über das dort angeordnete Fluid-Dichtmittel 64 mit der Rotorwelle 20 in Dichtverbindung steht.
- - the
electric machine 14 with therotor 16 and with thestator 18 , wherein the rotor shaft20 afluid channel 54 for establishing a fluid connection with thedrive unit 40 or generally with the drive train component and - - the
partition 62 , which in a radially outer portion with thestator 36 of thestator 18 is connected and which in a radially inner portion via the there disposedfluid sealant 64 with therotor shaft 20 in sealed connection.
Bei der Montage der elektrischen Maschine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Baueinheit unit
- 12 12
- Fluidraum fluid space
- 14 14
- elektrische Maschine electric machine
- 16 16
- Rotor rotor
- 18 18
- Stator stator
- 20 20
- Rotorwelle rotor shaft
- 22 22
- Rotorträger rotorarm
- 23 23
- Fluidkanal fluid channel
- 24 24
- Tragbereich support area
- 26 26
- Rotorblechpaket Laminated core
- 28 28
- Permanentmagnete permanent magnets
- 30 30
- Statorblechpaket stator lamination
- 32 32
- Statorzähne stator teeth
- 34 34
- Statorwicklung stator
- 36 36
- Statorträger stator
- 38 38
- Verbrennungsmotorgehäuse Engine housing
- 40 40
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 42 42
- Verschraubung screw
- 44 44
- Kurbelwelle crankshaft
- 46 46
- Durchgriffsöffnung Through opening
- 48 48
- Schraubbolzen bolts
- 50 50
- Fluidanschluss fluid port
- 52 52
- Fluidkanal fluid channel
- 54 54
- Fluidkanal fluid channel
- 56 56
- Druckquelle pressure source
- 58 58
- Fluidauslass fluid outlet
- 60 60
- Gehäusewandung housing
- 62 62
- Zwischenwand partition
- 64 64
- Dichtmittel sealant
- 66 66
- Drehmitnahmemittel Rotary drive means
- 68 68
- Fluiddurchtrittskanal Fluid passageway
- 70 70
- Sammelabschnitt collecting section
- 72 72
- Fluidauslass fluid outlet
- 74 74
- Fluideinlass fluid inlet
- 76 76
- Fluidreservoir fluid reservoir
- 78 78
- Stator-Kühlkanal Stator cooling channel
- 80 80
- Fluidanschluss fluid port
- 82 82
- Fluidanschluss fluid port
- 84 84
- Nut groove
Claims (15)
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