DE102014216692A1 - Electric drive machine for a motor vehicle - Google Patents

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Andreas Huber
Michael PFITZNER
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Rotorwelle (12), die um eine Antriebsachse (A) drehbar ist, einem Rotor (14), der drehfest mit der Rotorwelle (12) verbunden ist und wenigstens einen axialen Durchgangskanal (16) aufweist, einer Strömungsvorrichtung (18), die ein drehfest mit der Rotorwelle (12) verbundenes Laufrad (20) zum Erzeugen eines Strömungskreislaufs (22) für ein Kühlmedium aufweist, einem Gehäuse (24) umfassend eine Gehäusewand (26) und einen Gehäusekanal (28), welcher sich vom Inneren des Gehäuses (24) durch die Gehäusewand (26) zurück ins innere des Gehäuses (24) erstreckt, sowie einem gehäusefesten Stator (30), der den Rotor (14) in Umfangsrichtung umgibt. Der Rotor (14), der Stator (30), die Strömungsvorrichtung (18) und ein Kühlmedium sind im Inneren des Gehäuses (24) aufgenommen, wobei der Strömungskreislauf (22) für das Kühlmedium den axialen Durchgangskanal (16) im Rotor (14) und den Gehäusekanal (28) umfasst, und wobei eine Sperreinheit (32) vorgesehen ist, welche einen Strömungsquerschnitt (34) des Gehäusekanals (28) wahlweise freigeben oder zumindest teilweise verschließen kann.The invention relates to an electric drive machine (10) for a motor vehicle, having a rotor shaft (12) which is rotatable about a drive axis (A), a rotor (14) which is non-rotatably connected to the rotor shaft (12) and at least one axial Through passage (16), a flow device (18) having a rotatably connected to the rotor shaft (12) impeller (20) for generating a flow circuit (22) for a cooling medium, a housing (24) comprising a housing wall (26) and a housing channel (28) which extends from the interior of the housing (24) through the housing wall (26) back into the interior of the housing (24) and a housing fixed stator (30) surrounding the rotor (14) in the circumferential direction. The rotor (14), the stator (30), the flow device (18) and a cooling medium are accommodated inside the housing (24), wherein the flow circuit (22) for the cooling medium, the axial passageway (16) in the rotor (14). and the housing channel (28), and wherein a locking unit (32) is provided, which can selectively release a flow cross-section (34) of the housing channel (28) or at least partially close.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer Rotorwelle, die um eine Antriebsachse drehbar ist, einem Rotor, der drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist und wenigstens einen axialen Durchgangskanal aufweist, einer Strömungsvorrichtung, die ein drehfest mit der Rotorwelle verbundenes Laufrad zum Erzeugen eines Strömungskreislaufs für ein Kühlmedium aufweist, einem Gehäuse, umfassend eine Gehäusewand und einen Gehäusekanal, welcher sich vom Inneren des Gehäuses durch die Gehäusewand zurück ins Innere des Gehäuses erstreckt, sowie einem gehäusefesten Stator, der den Rotor in Umfangsrichtung umgibt, wobei der Rotor, der Stator, die Strömungsvorrichtung und ein Kühlmedium im Inneren des Gehäuses aufgenommen sind, und wobei der Strömungskreislauf für das Kühlmedium den axialen Durchgangskanal im Rotor und den Gehäusekanal umfasst.The invention relates to an electric drive machine for a motor vehicle, having a rotor shaft which is rotatable about a drive axis, a rotor which is non-rotatably connected to the rotor shaft and at least one axial passage, a flow device having a rotatably connected to the rotor shaft impeller for Generating a flow circuit for a cooling medium comprising a housing, comprising a housing wall and a housing channel, which extends from the interior of the housing through the housing wall back into the interior of the housing, and a housing-fixed stator, which surrounds the rotor in the circumferential direction, wherein the rotor, the stator, the flow device and a cooling medium are accommodated inside the housing, and wherein the flow circuit for the cooling medium comprises the axial passage in the rotor and the housing channel.

An elektrische Antriebsmaschinen, die in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, werden in Bezug auf die Antriebsleistung sowie die dauerhafte Funktionssicherheit hohe Anforderungen gestellt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen vor allem die Betriebstemperatur der Antriebsmaschine sowie die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Ferner können zu hohe Betriebstemperaturen auch zu einer Schädigung der Antriebsmaschine führen.To electric drive machines that are used in electrically powered vehicles, high demands are made in terms of the drive power and the long-term reliability. In order to meet these requirements, above all the operating temperature of the engine and the ambient temperature must be taken into account. Furthermore, too high operating temperatures can also lead to damage to the drive machine.

Um das Eindringen von Schmutz und Wasser in das Innere der Antriebsmaschine zu verhindern, sind Rotor und Stator im Gegensatz zu stationär betriebenen Antriebsmaschinen in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet. Dies hat jedoch zur Folge, dass Rotor und Stator nicht mehr direkt über eine Luftkühlung mit Umgebungsluft gekühlt werden können. Stattdessen erfolgt eine indirekte Kühlung von außen über das Gehäuse.In order to prevent the ingress of dirt and water into the interior of the drive machine, rotor and stator are arranged in a closed housing, in contrast to stationary drive machines. However, this has the consequence that rotor and stator can no longer be cooled directly by air cooling with ambient air. Instead, there is an indirect cooling from the outside over the housing.

Aufgrund der hohen Leistungsdichte im Rotor und einer hohen Verlustleistung entsteht im Inneren der Antriebsmaschine ein Wärmestau, welcher zur Vermeidung von Leistungseinbußen oder Schäden der Antriebsmaschine nach außen abgeführt werden muss.Due to the high power density in the rotor and a high power loss creates a heat accumulation inside the engine, which must be dissipated to avoid power losses or damage the engine to the outside.

Überschreitet nämlich die maximal im Inneren des Rotors auftretende Temperatur eine bestimmte Temperaturschwelle, so kann eine Entmagnetisierung der im Blechpaket des Rotors aufgenommenen Magnete erfolgen, was eine irreversible Leistungsreduzierung bis hin zum Defekt der gesamten Antriebsmaschine zur Folge haben kann. Es ist deshalb erforderlich, die Temperatur innerhalb der Blechpakete unterhalb der Temperaturschwelle zu halten. Je nach Art und Hersteller der im Blechpaket aufgenommenen Permanentmagnete liegt diese Temperaturschwelle typischerweise bei ca. 150°C.If the maximum temperature occurring inside the rotor exceeds a certain temperature threshold, demagnetization of the magnets accommodated in the laminated core of the rotor can take place, which can result in an irreversible power reduction up to the point of failure of the entire drive machine. It is therefore necessary to keep the temperature within the laminations below the temperature threshold. Depending on the type and manufacturer of the permanent magnets accommodated in the laminated core, this temperature threshold is typically about 150 ° C.

Als Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug wird dabei insbesondere eine permanent erregte Synchronmaschine eingesetzt, wie sie beispielsweise bereits aus der DE 10 2010 063 973 A1 bekannt ist.As a prime mover for a motor vehicle in particular a permanently excited synchronous machine is used, as for example, already from the DE 10 2010 063 973 A1 is known.

In dieser Druckschrift wird eine gattungsgemäße elektrische Antriebsmaschine beschrieben, die im Inneren des Gehäuses eine Strömungsvorrichtung zum Erzeugen einer Luftströmung in einem geschlossenen Luftkreislauf aufweist, wobei der axiale Durchgangskanal des Rotors und ein Wärmetauscher in den geschlossenen Luftkreislauf eingebunden sind.In this document, a generic electric drive machine is described, which has a flow device for generating an air flow in a closed air circuit inside the housing, wherein the axial passage of the rotor and a heat exchanger are integrated into the closed air circuit.

Um die Abwärme aus den Einzelblechen des Rotors abzuführen, wird durch die Strömungsvorrichtung eine Luftströmung in einem geschlossenen Kreislauf erzeugt. Dabei strömt die Luft zunächst durch mehrere axiale Durchgangskanäle des Rotors und nimmt dort die anfallende Abwärme des Rotors auf. Die Durchgangskanäle sind typischerweise sowieso im magnetisch passiven Teil des Rotors vorgesehen, um das Gewicht des Rotors zu reduzieren. Die axialen Durchgangskanäle sind dabei ausreichend groß, um einen signifikanten Luftstrom durch diese hindurch zu leiten.To dissipate the waste heat from the individual sheets of the rotor, an air flow is generated in a closed circuit by the flow device. In this case, the air first flows through a plurality of axial passages of the rotor and there absorbs the waste heat of the rotor. The passageways are typically provided in the magnetically passive portion of the rotor anyway to reduce the weight of the rotor. The axial passageways are sufficiently large to pass a significant flow of air therethrough.

Dadurch kann die anfallende Abwärme des Rotors aufgenommen und anschließend an einen Wärmetauscher abgegeben werden. Aufgrund der besseren Kühlung des Rotors durch die Umluftströmung wird ein thermisch bedingter Defekt der elektrischen Antriebsmaschine verhindert. Gleichzeitig wird die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Antriebsmaschine erhöht.As a result, the resulting waste heat of the rotor can be absorbed and then delivered to a heat exchanger. Due to the better cooling of the rotor by the circulating air flow, a thermally induced defect of the electric drive machine is prevented. At the same time, the performance and the life of the engine is increased.

Die Strömungsvorrichtung ist gemäß der DE 10 2010 063 973 A1 insbesondere ein Radialventilator, der ein drehfest mit der Rotorwelle verbundenes Laufrad zum Erzeugen des Strömungskreislaufs umfasst. Infolge dieser starren, drehfesten Kopplung wird das Laufrad ständig vom Elektromotor angetrieben, unabhängig davon, ob die resultierende Kühlleistung auch tatsächlich benötigt wird. Insbesondere bei hohen Drehzahlen und niedriger Motorlast führen die Luftreibungsverluste des Radialventilators oftmals unnötigerweise zu einem deutlich verringerten Wirkungsgrad der elektrischen Antriebsmaschine.The flow device is according to the DE 10 2010 063 973 A1 in particular a radial fan, which comprises a rotatably connected to the rotor shaft impeller for generating the flow circuit. As a result of this rigid, rotationally fixed coupling, the impeller is constantly driven by the electric motor, regardless of whether the resulting cooling capacity is actually needed. Especially at high speeds and low engine load, the air friction losses of the centrifugal fan often unnecessarily lead to a significantly reduced efficiency of the electric drive machine.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die eine konstruktiv einfache und besonders energieeffiziente Umluftkühlung aufweist.The object of the invention is to provide an electric drive machine for a motor vehicle, which has a structurally simple and particularly energy-efficient circulating air cooling.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Antriebsmaschine der eingangs genannten Art, bei der eine Sperreinheit vorgesehen ist, welche einen Strömungsquerschnitt des Gehäusekanals wahlweise freigeben oder zumindest teilweise verschließen kann. Über die Sperreinheit lässt sich bei geringem Kühlbedarf der Strömungsquerschnitt des Gehäusekanals mit minimalem Aufwand ganz oder teilweise verschließen. Dadurch verringert sich der vom Laufrad der Strömungsvorrichtung umgewälzte Massenstrom des Kühlmediums im Strömungskreislauf, was zu geringeren Luftreibungsverlusten der Strömungsvorrichtung und damit zu einem verbesserten Wirkungsgrad der elektrischen Antriebsmaschine führt.This object is achieved by an electric drive machine of the invention aforementioned type in which a locking unit is provided, which can selectively release a flow cross-section of the housing channel or at least partially close. About the barrier unit can be completely or partially close with minimal effort at low cooling demand of the flow cross-section of the housing channel. This reduces the mass flow of the cooling medium circulated by the impeller of the flow device in the flow circuit, which leads to lower air friction losses of the flow device and thus to an improved efficiency of the electric drive machine.

In einer Ausführungsform der elektrischen Antriebsmaschine ist in der Gehäusewand ein Kühlmittelkanal vorgesehen, der mit dem Gehäusekanal thermisch gekoppelt ist, wobei als Kühlmedium bevorzugt Luft verwendet wird. Der Kühlmittelkanal und der Gehäusekanal bilden somit einen Wärmetauscher, über den die Umluftströmung im Gehäusekanal Wärmeenergie an ein Kühlmittel im Kühlmittelkanal abgeben kann. Aufgrund dieser Wärmeabgabe im Gehäusekanal kann die abgekühlte Luft beim Durchströmen des axialen Durchgangskanals die im Rotor entstehende Wärmeenergie besonders gut aufnehmen, sodass durch die Umluftströmung eine effiziente Rotorkühlung gewährleistet ist.In one embodiment of the electric drive machine, a coolant channel is provided in the housing wall, which is thermally coupled to the housing channel, wherein air is preferably used as the cooling medium. The coolant channel and the housing channel thus form a heat exchanger, via which the circulating air flow in the housing channel can deliver heat energy to a coolant in the coolant channel. Because of this heat dissipation in the housing channel, the cooled air can absorb the heat energy generated in the rotor particularly well when flowing through the axial passage, so that the circulating air flow ensures efficient rotor cooling.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Gehäuse eine Umfangswand, die innenseitig eine erste Wandöffnung und eine zweite Wandöffnung aufweist, wobei sich der Gehäusekanal von der ersten Wandöffnung durch die Umfangswand bis zur zweiten Wandöffnung erstreckt.According to a further embodiment, the housing has a peripheral wall which has on the inside a first wall opening and a second wall opening, wherein the housing channel extends from the first wall opening through the peripheral wall to the second wall opening.

In dieser Ausführungsform kann sich der Kühlmittelkanal durch die Umfangswand des Gehäuses erstrecken und zumindest teilweise radial einwärts des Gehäusekanals angeordnet sein. Der Kühlmittelkanal ist somit radial zwischen dem Stator der elektrischen Antriebsmaschine und dem Gehäusekanal angeordnet, sodass über den Kühlmittelkanal sowohl eine direkte Kühlung des Stators als auch eine indirekte Kühlung des Rotors über die Umluftströmung möglich ist.In this embodiment, the coolant channel may extend through the peripheral wall of the housing and be at least partially disposed radially inwardly of the housing channel. The coolant channel is thus arranged radially between the stator of the electric drive machine and the housing channel, so that both a direct cooling of the stator and an indirect cooling of the rotor via the circulating air flow is possible via the coolant channel.

Hierbei können die erste Wandöffnung und die zweite Wandöffnung des Gehäusekanals insbesondere axial beabstandet sein und im Wesentlichen in derselben Radialebene liegen.In this case, the first wall opening and the second wall opening of the housing channel can in particular be axially spaced and lie substantially in the same radial plane.

Vorzugsweise ist der Stator axial zwischen der ersten Wandöffnung und der zweiten Wandöffnung angeordnet, wodurch über den Kühlmittelkanal eine besonders effiziente Kühlung des Rotors und des Stators möglich ist.Preferably, the stator is arranged axially between the first wall opening and the second wall opening, whereby a particularly efficient cooling of the rotor and the stator is possible via the coolant channel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sperreinheit ein Schließelement auf, das an der ersten Wandöffnung oder an der zweiten Wandöffnung vorgesehen ist. Unmittelbar an einer der Wandöffnungen lässt sich der Gehäusekanal über das Schließelement besonders einfach freigeben und verschließen.According to a further embodiment, the blocking unit has a closing element which is provided on the first wall opening or on the second wall opening. Immediately at one of the wall openings, the housing channel via the closing element can be particularly easy release and close.

In dieser Ausführungsform kann die Umfangswand innenseitig kreiszylindrisch ausgebildet sein und mehrere in Umfangsrichtung verteilte Gehäusekanäle aufweisen, wobei alle ersten Wandöffnungen im Wesentlichen dieselbe axiale Position aufweisen und das Schließelement ein Ringschieber mit in Umfangsrichtung verteilten Löchern ist, wobei jeder ersten Wandöffnung in der Umfangswand ein Loch des Ringschiebers zugeordnet ist. Der Ringschieber ist dabei relativ zum Rotor zwischen einer Freigabestellung und einer Schließstellung um die Antriebsachse verschwenkbar. Die Kühlung des Kühlmediums ist in diesem Fall wegen der vielen Gehäusekanäle besonders wirkungsvoll und lässt sich über den Ringschieber mit besonders geringem Aufwand steuern.In this embodiment, the peripheral wall may be formed on the inside circular cylindrical and having a plurality of circumferentially distributed housing channels, wherein all first wall openings have substantially the same axial position and the closing element is an annular slide with circumferentially distributed holes, each first wall opening in the peripheral wall a hole of the Ring slider is assigned. The annular slide is pivotable relative to the rotor between a release position and a closed position about the drive axis. The cooling of the cooling medium is particularly effective in this case because of the many housing channels and can be controlled via the annular slide with very little effort.

Bevorzugt umfasst die Sperreinheit das Schließelement sowie einen Aktuator zum aktiven Verstellen des Schließelements zwischen einer Freigabestellung und einer Schließstellung, wobei der Aktuator beispielsweise ein elektrischer Aktuator, insbesondere ein Elektromotor ist.Preferably, the locking unit comprises the closing element and an actuator for actively adjusting the closing element between a release position and a closed position, wherein the actuator is for example an electric actuator, in particular an electric motor.

Der Rotor kann im Übrigen einen Temperatursensor aufweisen, der mit dem Aktuator gekoppelt ist. Auf diese Weise ist mit geringem Aufwand eine temperaturabhängige Ansteuerung des Schließelements möglich.Incidentally, the rotor may include a temperature sensor coupled to the actuator. In this way, a temperature-dependent control of the closing element is possible with little effort.

Das Schließelement ist bevorzugt ein zwischen einer Freigabestellung und einer Schließstellung verstellbarer Schieber.The closing element is preferably a slider which can be adjusted between a release position and a closed position.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Antriebsmaschine ist die Strömungsvorrichtung ein Ventilator, insbesondere ein Radialventilator. Ein Vorteil der Ausgestaltung als Radialventilator besteht darin, dass ein ausreichend großes Druckgefälle zwischen den axialen Enden des Durchgangskanals im Rotor über den gesamten Drehzahlbereich der elektrischen Antriebsmaschine erzeugt werden kann. Damit lässt sich durch die Umluftkühlung aus dem Rotor Wärmeenergie abführen, welche durch die eingebrachte Verlustleistung erzeugt wird.According to a further embodiment of the electric drive machine, the flow device is a fan, in particular a radial fan. An advantage of the embodiment as a radial fan is that a sufficiently large pressure gradient between the axial ends of the passage channel in the rotor can be generated over the entire speed range of the electric drive machine. This can be dissipated by the circulating air cooling from the rotor heat energy, which is generated by the introduced power loss.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings. In these show:

1 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsmaschine für Kraftfahrzeuge; und 1 a schematic section of an electric drive motor for motor vehicles according to the invention; and

2 eine perspektivische Ansicht einer Sperreinheit der elektrischen Antriebsmaschine gemäß 1. 2 a perspective view of a locking unit of the electric drive machine according to 1 ,

Die 1 zeigt einen schematischen Teilschnitt einer elektrischen Antriebsmaschine 10, die beispielhaft als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet ist und als elektrischer Antrieb in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.The 1 shows a schematic partial section of an electric drive machine 10 , which is exemplified as a permanently excited synchronous machine and can be used as an electric drive in a motor vehicle.

Die elektrische Antriebsmaschine 10 gemäß 1 umfasst eine Rotorwelle 12, die um eine Antriebsachse A drehbar ist, einen Rotor 14, der drehfest mit der Rotorwelle 12 verbunden ist und wenigstens einen axialen Durchgangskanal 16 aufweist, eine Strömungsvorrichtung 18, die ein drehfest mit der Rotorwelle 12 verbundenes Laufrad 20 zum Erzeugen eines Strömungskreislaufs 22 für ein Kühlmedium aufweist, ein Gehäuse 24 umfassend eine Gehäusewand 26 und einen Gehäusekanal 28, welcher sich vom Inneren des Gehäuses 24 durch die Gehäusewand 26 zurück ins Innere des Gehäuses 24 erstreckt, sowie einen gehäusefesten Stator 30, der den Rotor 14 in Umfangsrichtung umgibt.The electric drive machine 10 according to 1 includes a rotor shaft 12 which is rotatable about a drive axis A, a rotor 14 , which rotates with the rotor shaft 12 is connected and at least one axial passage 16 comprising a flow device 18 , which rotates with the rotor shaft 12 connected impeller 20 for generating a flow circuit 22 for a cooling medium, a housing 24 comprising a housing wall 26 and a housing channel 28 which extends from the interior of the case 24 through the housing wall 26 back inside the case 24 extends, as well as a stator fixed to the housing 30 who is the rotor 14 surrounds in the circumferential direction.

Der Rotor 14, der Stator 30, die Strömungsvorrichtung 18 und ein Kühlmedium sind im Inneren des Gehäuses 24 aufgenommen, wobei das Gehäuse 24 insbesondere gasdicht verschlossen ist. Bei dem im Inneren des Gehäuses 24 vorhandenen Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Luft, wobei jedoch auch andere geeignete Gase oder Gasgemische verwendet werden können.The rotor 14 , the stator 30 , the flow device 18 and a cooling medium are inside the housing 24 taken, the housing 24 is closed in particular gas-tight. At the inside of the case 24 Existing cooling medium is preferably air, although other suitable gases or gas mixtures may be used.

Der Strömungskreislauf 22 für das Kühlmedium umfasst gemäß 1 den axialen Durchgangskanal 16 im Rotor 14 sowie den Gehäusekanal 28, wobei eine Sperreinheit 32 vorgesehen ist, welche einen Strömungsquerschnitt 34 des Gehäusekanals 28 wahlweise freigeben oder zumindest teilweise verschließen kann.The flow circuit 22 for the cooling medium comprises according to 1 the axial passageway 16 in the rotor 14 as well as the housing channel 28 , being a blocking unit 32 is provided, which has a flow cross-section 34 of the housing channel 28 optionally release or at least partially close.

Der Rotor 14 umfasst beispielhaft sechs längs der Rotorwelle 12 angeordnete Blechpakete 36, wobei jedes Blechpaket 36 aus einer Anzahl elektrisch isolierend miteinander verbundener Einzelbleche gebildet ist. Die nicht explizit dargestellten Einzelbleche erstrecken sich dabei in einer Radialebene, d. h. senkrecht zur Antriebsachse A.The rotor 14 exemplarily includes six along the rotor shaft 12 arranged laminated cores 36 , with each laminated core 36 is formed of a number of electrically insulating interconnected individual sheets. The individual sheets not explicitly shown extend in a radial plane, ie perpendicular to the drive axis A.

In einem von der Rotorwelle 12 abgewandten, radial äußeren Bereich der Blechpakete 36 sind in einer dem Fachmann bekannten Weise Magnete 38 vorgesehen, die in den Blechpaketen 36 aufgenommen und über den Umfang der Blechpakete 36 verteilt angeordnet sind. Im Bereich der Magnete 38 jedes Blechpakets 36 wird ein sogenannter magnetisch aktiver Bereich des Rotors 14 ausgebildet. In einem der Rotorwelle 12 zugewandten, radial inneren Bereich des Rotors 14 sind mehrere in Umfangsrichtung verteilte, axiale Durchgangskanäle 16 vorgesehen, von denen in 1 einer im Längsschnitt zu sehen ist.In one of the rotor shaft 12 remote, radially outer region of the laminated cores 36 are magnets in a manner known to those skilled in the art 38 provided in the laminated cores 36 taken and over the scope of the laminated cores 36 are arranged distributed. In the field of magnets 38 every sheet packet 36 becomes a so-called magnetically active region of the rotor 14 educated. In one of the rotor shaft 12 facing, radially inner region of the rotor 14 are several distributed in the circumferential direction, axial passageways 16 provided, of which in 1 one can be seen in longitudinal section.

Radial außerhalb des Rotors 14 ist, durch einen Luftspalt 40 von diesem getrennt, der Stator 30 der elektrischen Antriebsmaschine 10 angeordnet, wobei der Stator 30 an der Gehäusewand 26 befestigt ist. Das Gehäuse 24 umschließt den Stator 30 und den Rotor 14 derart, dass das Gehäuseinnere gegenüber der Umgebung hermetisch verschlossen ist und lediglich die Rotorwelle 12 aus dem Gehäuse 24 axial hinausragt. Dabei ist die Rotorwelle 12 in entsprechenden Durchführungen 42, 44 des Gehäuses 24 gelagert.Radially outside the rotor 14 is through an air gap 40 separated from this, the stator 30 the electric drive machine 10 arranged, the stator 30 on the housing wall 26 is attached. The housing 24 encloses the stator 30 and the rotor 14 such that the housing interior is hermetically sealed from the environment and only the rotor shaft 12 out of the case 24 protrudes axially. Here is the rotor shaft 12 in corresponding bushings 42 . 44 of the housing 24 stored.

Zur Abfuhr der in der elektrischen Antriebsmaschine 10 entstehenden Verlustwärme sind in der Gehäusewand 26 Kühlmittelkanäle 46 ausgebildet, welche von einem Kühlmittel, in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, durchströmbar sind. Die Kühlmittelkanäle 46 können sich beispielsweise spiralförmig um die Antriebsachse A oder mäanderförmig durch die Gehäusewand 26 erstrecken.For removal of the in the electric drive machine 10 resulting heat loss are in the housing wall 26 Coolant channels 46 formed, which are flowed through by a coolant, usually a water-glycol mixture. The coolant channels 46 may, for example, spiral around the drive axis A or meandering through the housing wall 26 extend.

Die Gehäusewand 26 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische Umfangswand, die innenseitig eine erste Wandöffnung 48 und eine zweite Wandöffnung 50 aufweist, wobei sich der Gehäusekanal 28 von der ersten Wandöffnung 48 durch die Umfangswand bis zur zweiten Wandöffnung 50 erstreckt.The housing wall 26 is in the present embodiment, a cylindrical, in particular circular cylindrical peripheral wall, the inside a first wall opening 48 and a second wall opening 50 having, wherein the housing channel 28 from the first wall opening 48 through the peripheral wall to the second wall opening 50 extends.

Die erste Wandöffnung 48 und die zweite Wandöffnung 50 des Gehäusekanals 28 sind gemäß 1 axial beabstandet und liegen im Wesentlichen in derselben Radialebene. Ferner ist der Stator 30 axial zwischen der ersten Wandöffnung 48 und der zweiten Wandöffnung 50 angeordnet.The first wall opening 48 and the second wall opening 50 of the housing channel 28 are according to 1 axially spaced and lie substantially in the same radial plane. Further, the stator 30 axially between the first wall opening 48 and the second wall opening 50 arranged.

Der Kühlmittelkanal 46 erstreckt sich gemäß 1 ebenfalls durch die Umfangswand des Gehäuses 24 und ist radial einwärts des Gehäusekanals 28, d. h. radial zwischen dem Gehäusekanal 28 und dem Stator 30 angeordnet. Auf diese Weise ist der Kühlmittelkanal 46 sowohl mit dem Gehäusekanal 28 als auch mit dem Stator 30 thermisch gekoppelt.The coolant channel 46 extends according to 1 also through the peripheral wall of the housing 24 and is radially inward of the housing channel 28 ie radially between the housing channel 28 and the stator 30 arranged. In this way, the coolant channel 46 both with the housing channel 28 as well as with the stator 30 thermally coupled.

Durch die räumlich benachbarte Anordnung des Kühlmittelkanals 46 zum Stator 30 kann die im Stator 30 entstehende Wärme durch das Kühlmittel aufgenommen und abtransportiert werden. Der Kühlmittelkanal 46 ist vorzugsweise an einem externen Wärmetauscher wie zum Beispiel einen Luft-Wasser-Wärmetauscher angeschlossen, sodass das durch die Verlustwärme des Stators 30 erwärmte Kühlmittel wieder gekühlt werden kann.Due to the spatially adjacent arrangement of the coolant channel 46 to the stator 30 can the in the stator 30 arising heat absorbed by the coolant and transported away. The coolant channel 46 is preferably connected to an external heat exchanger such as an air-water heat exchanger, so that by the heat loss of the stator 30 heated coolant can be cooled again.

Um auch die Abwärme aus dem Rotor 14 abführen zu können, wird durch das Laufrad 20 der Strömungsvorrichtung 18 im Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 10 ein geschlossener Strömungskreislauf 22 für das Kühlmedium erzeugt. Dabei strömt das Kühlmedium zunächst durch einen der axialen Durchgangskanäle 16 des Rotors 14 und nimmt dort die anfallende Abwärme des Rotors 14 auf. Anschließend gibt das Kühlmedium die Wärme im Bereich des Gehäusekanals 28 an das Kühlmittel im Kühlmittelkanal 46 ab. Danach strömt das Kühlmedium wieder zurück ins Innere des Gehäuses 24 und nimmt im axialen Durchgangskanal 16 erneut Verlustwärme des Rotors 14 auf. Der geschlossene Strömungskreislauf 22 ist somit im Inneren der Antriebsmaschine 10 ausgebildet.To also remove the waste heat from the rotor 14 To be able to dissipate is through the impeller 20 the flow device 18 during operation of the electric drive machine 10 a closed flow circuit 22 generated for the cooling medium. The cooling medium initially flows through one of the axial through-channels 16 of the rotor 14 and takes there the accumulating waste heat of the rotor 14 on. Subsequently, the cooling medium gives the heat in the region of the housing channel 28 to the coolant in the coolant channel 46 from. Thereafter, the cooling medium flows back into the interior of the housing 24 and takes in the axial passageway 16 again heat loss of the rotor 14 on. The closed flow circuit 22 is thus inside the drive machine 10 educated.

Die Strömungsvorrichtung 18 zum Erzeugen des Strömungskreislaufs 22 ist gemäß 1 ein Ventilator, insbesondere ein Radialventilator. Das Laufrad 20 des Radialventilators grenzt dabei axial unmittelbar an den Rotor 14 an und ist drehfest mit der Rotorwelle 12 verbunden.The flow device 18 for generating the flow circuit 22 is according to 1 a fan, in particular a radial fan. The impeller 20 The radial fan is axially adjacent to the rotor 14 and is non-rotatable with the rotor shaft 12 connected.

Gemäß 1 weist die Sperreinheit 32 ein an der ersten Wandöffnung 48 angeordnetes Schließelement 52 auf, wobei das Schließelement 52 als Schieber ausgebildet ist sowie zwischen einer Freigabestellung und einer Schließstellung verstellt werden kann, um den Strömungsquerschnitt 34 des Gehäusekanals 28 freizugeben bzw. zu verschließen.According to 1 has the blocking unit 32 one at the first wall opening 48 arranged closing element 52 on, with the closing element 52 is designed as a slide and can be adjusted between a release position and a closed position to the flow cross-section 34 of the housing channel 28 to release or close.

Konkret weist die Umfangswand im vorliegenden Ausführungsbeispiel der elektrischen Antriebsmaschine 10 mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Gehäusekanäle 28 auf, wobei alle ersten Wandöffnungen 48 dieselbe axiale Position aufweisen. Ferner wird anhand der perspektivischen Detailansicht der Sperreinheit 32 gemäß 2 deutlich, dass das Schließelement 52 ein Ringschieber mit in Umfangsrichtung verteilten Löchern 54 ist, wobei jeder ersten Wandöffnung 48 in der Umfangswand ein Loch 54 des Ringschiebers zugeordnet ist.Specifically, the peripheral wall in the present embodiment of the electric drive machine 10 several circumferentially evenly distributed housing channels 28 on, with all the first wall openings 48 have the same axial position. Furthermore, with reference to the perspective detail view of the barrier unit 32 according to 2 clearly that the closing element 52 a ring valve with distributed in the circumferential direction holes 54 is, with each first wall opening 48 in the peripheral wall a hole 54 associated with the annular slide.

Alternativ oder zusätzlich ist selbstverständlich auch vorstellbar, dass das Schließelement 52 an der zweiten Wandöffnung 50 der Umfangswand oder zwischen der ersten Wandöffnung 48 und der zweiten Wandöffnung 50 im Gehäusekanal 28 vorgesehen ist.Alternatively or additionally, of course, it is also conceivable that the closing element 52 at the second wall opening 50 the peripheral wall or between the first wall opening 48 and the second wall opening 50 in the housing channel 28 is provided.

Abgesehen vom Schließelement 52 weist die Sperreinheit 32 ferner einen Aktuator 56 zum aktiven Verstellen des Schließelements 52 zwischen der Freigabestellung und der Schließstellung.Apart from the closing element 52 has the blocking unit 32 further an actuator 56 for active adjustment of the closing element 52 between the release position and the closed position.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der elektrischen Antriebsmaschine 10 ist der Aktuator 56 ein elektrischer Aktuator, insbesondere ein Elektromotor. Um den Aktuator 56 temperaturabhängig ansteuern zu können weist der Rotor 14 gemäß 1 einen Temperatursensor 58 auf, der mit dem Aktuator 56 gekoppelt ist.In the present embodiment of the electric drive machine 10 is the actuator 56 an electric actuator, in particular an electric motor. To the actuator 56 To be able to control temperature-dependent, the rotor 14 according to 1 a temperature sensor 58 on that with the actuator 56 is coupled.

Gemäß 1 wird der Aktuator 56 abhängig von einer Rotortemperatur so angesteuert, dass sich das Schließelement 52 bei geringen Temperaturen des Rotors 14 in seiner Schließstellung befindet und die erste Wandöffnung abdeckt, sodass der Strömungsquerschnitt 34 des Gehäusekanals 28 verschlossen ist. Dadurch ist der Strömungskreislauf 22 des Kühlmediums unterbrochen. Der vom Laufrad 20 der Strömungsvorrichtung 18 umgewälzte Massenstrom des Kühlmediums wird folglich drastisch reduziert, was zu einer verringerten Leistungsaufnahme der Strömungsvorrichtung 18 und damit zu einem besonders energieeffizienten Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 10 führt.According to 1 becomes the actuator 56 depending on a rotor temperature so controlled that the closing element 52 at low temperatures of the rotor 14 is in its closed position and covers the first wall opening, so that the flow cross-section 34 of the housing channel 28 is closed. This is the flow circuit 22 the cooling medium interrupted. The from the impeller 20 the flow device 18 circulated mass flow of the cooling medium is thus drastically reduced, resulting in a reduced power consumption of the flow device 18 and thus to a particularly energy-efficient operation of the electric drive machine 10 leads.

Wenn sich die Rotortemperatur im Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 10 erhöht und eine unterhalb der Überhitzungstemperatur des Rotors 14 liegende, vorgegebene Temperaturschwelle erreicht, sendet der Temperatursensor 58 ein Betätigungssignal an den Aktuator 56, sodass dieser das Schließelement 52 in die Freigabestellung gemäß 1 verschwenkt. In der Freigabestellung liegen die Löcher 54 des Schließelements 52 über der ersten Wandöffnung 48, sodass der Strömungsquerschnitt 34 des Gehäusekanals 28 freigegeben ist. Infolge dieser Freigabe des Strömungskreislaufs 22 wird vom Laufrad 20 der Strömungsvorrichtung 18 ein großer Massenstrom an Kühlmedium umgewälzt, was zu einer erhöhten Leistungsaufnahme der Strömungsvorrichtung 18, im Gegenzug jedoch auch zu einer guten (und notwendigen) Kühlung des Rotors 14 führt.When the rotor temperature during operation of the electric drive machine 10 increased and one below the superheat temperature of the rotor 14 lying, predetermined temperature threshold reached, sends the temperature sensor 58 an actuation signal to the actuator 56 so that this is the closing element 52 in the release position according to 1 pivoted. In the release position are the holes 54 of the closing element 52 over the first wall opening 48 so that the flow cross section 34 of the housing channel 28 is released. As a result of this release of the flow circuit 22 gets off the impeller 20 the flow device 18 a large mass flow of cooling medium circulated, resulting in an increased power consumption of the flow device 18 in return, however, also to a good (and necessary) cooling of the rotor 14 leads.

Die Sperreinheit 32 ermöglicht somit einen energieeffizienten Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 10 bei geringen Rotortemperaturen und sorgt bei hohen Rotortemperaturen für eine hinreichende Kühlung. Die temperaturabhängige Ansteuerung der Sperreinheit 32 erfolgt dabei in vorteilhafter Weise durch den als Elektromotor ausgeführten Aktuator 56.The lock unit 32 thus enables energy-efficient operation of the electric drive machine 10 at low rotor temperatures and ensures sufficient cooling at high rotor temperatures. The temperature-dependent activation of the blocking unit 32 takes place in an advantageous manner by running as an electric motor actuator 56 ,

Um auch lokale Überhitzungen des Rotors 14 zuverlässig zu verhindern, ist der Temperatursensor 58 vorteilhafterweise etwa axial mittig im Rotor 14 angeordnet, da in diesem Bereich üblicherweise die höchsten Temperaturen auftreten.To also local overheating of the rotor 14 Reliably preventing is the temperature sensor 58 advantageously approximately axially centered in the rotor 14 arranged, since in this area usually the highest temperatures occur.

Im Übrigen weist der Rotor 14 bevorzugt mehrere in Umfangsrichtung verteilte, axiale Durchgangskanäle 16 auf. Die maximale Temperatur des Rotors 14 entwickelt sich im Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 10 etwa axial mittig sowie radial außerhalb der Durchgangskanäle 16 im Bereich der Magnete 38. Um diese Maximaltemperatur möglichst gut zu erfassen, ist der Temperatursensor 58 besonders bevorzugt radial außerhalb der axialen Durchgangskanäle 16 im Rotor 14 angeordnet (siehe 1).Incidentally, the rotor has 14 preferably a plurality of circumferentially distributed, axial passageways 16 on. The maximum temperature of the rotor 14 develops during operation of the electric drive machine 10 approximately axially centered and radially outside the through channels 16 in the field of magnets 38 , To capture this maximum temperature as well as possible, is the temperature sensor 58 more preferably radially outside of the axial passageways 16 in the rotor 14 arranged (see 1 ).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010063973 A1 [0006, 0010] DE 102010063973 A1 [0006, 0010]

Claims (12)

Elektrische Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer Rotorwelle (12), die um eine Antriebsachse (A) drehbar ist, einem Rotor (14), der drehfest mit der Rotorwelle (12) verbunden ist und wenigstens einen axialen Durchgangskanal (16) aufweist, einer Strömungsvorrichtung (18), die ein drehfest mit der Rotorwelle (12) verbundenes Laufrad (20) zum Erzeugen eines Strömungskreislaufs (22) für ein Kühlmedium aufweist, einem Gehäuse (24), umfassend eine Gehäusewand (26) und einen Gehäusekanal (28), welcher sich vom Inneren des Gehäuses (24) durch die Gehäusewand (26) zurück ins Innere des Gehäuses (24) erstreckt, sowie einem gehäusefesten Stator (30), der den Rotor (14) in Umfangsrichtung umgibt, wobei der Rotor (14), der Stator (30), die Strömungsvorrichtung (18) und ein Kühlmedium im Inneren des Gehäuses (24) aufgenommen sind, wobei der Strömungskreislauf (22) für das Kühlmedium den axialen Durchgangskanal (16) im Rotor (14) und den Gehäusekanal (28) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperreinheit (32) vorgesehen ist, welche einen Strömungsquerschnitt (34) des Gehäusekanals (28) wahlweise freigeben oder zumindest teilweise verschließen kann.Electric drive machine for a motor vehicle, having a rotor shaft ( 12 ) which is rotatable about a drive axis (A), a rotor ( 14 ), which rotatably with the rotor shaft ( 12 ) and at least one axial passage ( 16 ), a flow device ( 18 ), which rotates with the rotor shaft ( 12 ) connected impeller ( 20 ) for generating a flow circuit ( 22 ) for a cooling medium, a housing ( 24 ), comprising a housing wall ( 26 ) and a housing channel ( 28 ) extending from the interior of the housing ( 24 ) through the housing wall ( 26 ) back inside the case ( 24 ), and a stator fixed to the housing ( 30 ), the rotor ( 14 ) surrounds in the circumferential direction, wherein the rotor ( 14 ), the stator ( 30 ), the flow device ( 18 ) and a cooling medium inside the housing ( 24 ), wherein the flow circuit ( 22 ) for the cooling medium the axial passageway ( 16 ) in the rotor ( 14 ) and the housing channel ( 28 ), characterized in that a blocking unit ( 32 ) is provided, which has a flow cross-section ( 34 ) of the housing channel ( 28 ) can either release or at least partially close. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäusewand (26) ein Kühlmittelkanal (46) vorgesehen ist, der mit dem Gehäusekanal (28) thermisch gekoppelt ist.Drive machine according to claim 1, characterized in that in the housing wall ( 26 ) a coolant channel ( 46 ) provided with the housing channel ( 28 ) is thermally coupled. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) eine Umfangswand hat, die innenseitig eine erste Wandöffnung (48) und eine zweite Wandöffnung (50) aufweist, wobei sich der Gehäusekanal (28) von der ersten Wandöffnung (48) durch die Umfangswand bis zur zweiten Wandöffnung (50) erstreckt.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 24 ) has a peripheral wall, the inside a first wall opening ( 48 ) and a second wall opening ( 50 ), wherein the housing channel ( 28 ) from the first wall opening ( 48 ) through the peripheral wall to the second wall opening ( 50 ). Antriebsmaschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlmittelkanal (46) durch die Umfangswand des Gehäuses (24) erstreckt und zumindest teilweise radial einwärts des Gehäusekanals (28) angeordnet ist.Drive machine according to claim 2 and 3, characterized in that the coolant channel ( 46 ) through the peripheral wall of the housing ( 24 ) and at least partially radially inwardly of the housing channel ( 28 ) is arranged. Antriebsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandöffnung (48) und die zweite Wandöffnung (50) des Gehäusekanals (28) axial beabstandet sind und im Wesentlichen in derselben Radialebene liegen.Drive machine according to claim 3 or 4, characterized in that the first wall opening ( 48 ) and the second wall opening ( 50 ) of the housing channel ( 28 ) are axially spaced and lie substantially in the same radial plane. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (30) axial zwischen der ersten Wandöffnung (48) und der zweiten Wandöffnung (50) angeordnet ist.Drive machine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the stator ( 30 ) axially between the first wall opening ( 48 ) and the second wall opening ( 50 ) is arranged. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (32) ein Schließelement (52) aufweist, das an der ersten Wandöffnung (48) oder an der zweiten Wandöffnung (50) vorgesehen ist.Drive machine according to one of claims 3 to 6, characterized in that the locking unit ( 32 ) a closing element ( 52 ), which at the first wall opening ( 48 ) or at the second wall opening ( 50 ) is provided. Antriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand innenseitig kreiszylindrisch ausgebildet ist und mehrere in Umfangsrichtung verteilte Gehäusekanäle (28) aufweist, wobei alle ersten Wandöffnungen (48) im Wesentlichen dieselbe axiale Position aufweisen und das Schließelement (52) ein Ringschieber mit in Umfangsrichtung verteilten Löchern (54) ist, wobei jeder ersten Wandöffnung (48) in der Umfangswand ein Loch (54) des Ringschiebers zugeordnet ist.Drive machine according to claim 7, characterized in that the peripheral wall is formed on the inside circular cylindrical and a plurality of circumferentially distributed housing channels ( 28 ), wherein all first wall openings ( 48 ) have substantially the same axial position and the closing element ( 52 ) an annular slide with distributed in the circumferential direction holes ( 54 ), each first wall opening ( 48 ) in the peripheral wall a hole ( 54 ) is associated with the annular slide. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (32) das Schließelement (52) aufweist, sowie einen Aktuator (56) zum aktiven Verstellen des Schließelements (52) zwischen einer Freigabestellung und einer Schließstellung.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the locking unit ( 32 ) the closing element ( 52 ), and an actuator ( 56 ) for actively adjusting the closing element ( 52 ) between a release position and a closed position. Antriebsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) einen Temperatursensor (58) aufweist, der mit dem Aktuator (56) gekoppelt ist.Drive machine according to claim 9, characterized in that the rotor ( 14 ) a temperature sensor ( 58 ) connected to the actuator ( 56 ) is coupled. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (52) ein zwischen einer Freigabestellung und einer Schließstellung verstellbarer Schieber ist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the closing element ( 52 ) is an adjustable between a release position and a closed position slide. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsvorrichtung (18) ein Ventilator, insbesondere ein Radialventilator ist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the flow device ( 18 ) is a fan, in particular a radial fan.
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