DE102018220496A1 - Common housing for electric machine and transmission - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein gemeinsames Gehäuse (14) für eine E-Maschine (20) und ein Getriebe (26). Das gemeinsame Gehäuse (14) umfasst eine Wassermantelkühlung (30) für eine E-Maschine (20) mit im gemeinsamen Gehäuse (14) verlaufenden Kühlkanälen (24, 72). Die Wassermantelkühlung (30) erstreckt sich im gemeinsamen Gehäuse (14) bis unter einen Ölsumpf (44) des Getriebes (26), welches durch die E-Maschine (20) angetrieben ist, deren E-Maschinenrotor (28) zumindest einen Kühlkanal (68) umfasst.The invention relates to a common housing (14) for an electric machine (20) and a transmission (26). The common housing (14) comprises a water jacket cooling (30) for an electric machine (20) with cooling channels (24, 72) running in the common housing (14). The water jacket cooling (30) extends in the common housing (14) to below an oil sump (44) of the transmission (26), which is driven by the electric machine (20), the electric machine rotor (28) of which has at least one cooling channel (68 ) includes.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein gemeinsames Gehäuse für Teile einer E-Maschine und eines Getriebes, wobei die E-Maschine über eine Wassermantel- oder Ölmantelkühlung verfügt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des gemeinsamen Gehäuses für eine E-Maschine und ein Getriebe innerhalb eines E-Achsenmoduls für ein mindestens eine E-Maschine und/oder mindestens ein Getriebe aufweisendes Fahrzeug.The invention relates to a common housing for parts of an electric machine and a transmission, the electric machine having a water jacket or oil jacket cooling. Furthermore, the invention relates to the use of the common housing for an electric machine and a transmission within an electric axle module for a vehicle having at least one electric machine and / or at least one transmission.
Stand der TechnikState of the art
Bei heute verfügbaren und eingesetzten elektrischen Antrieben werden die einzelnen Komponenten wie beispielsweise Leistungselektronik, E-Maschine und Getriebe mit eigenständigen internen Kühlsystemen mit den Kühlmedien Wasser, Öl und/oder Luft ausgeführt. Die Kopplung der eigenständigen internen Kühlsysteme erfolgt in der Regel über eine extern verlaufende Verrohrung.With electric drives available and used today, the individual components such as power electronics, electric machine and gearbox are designed with independent internal cooling systems with the cooling media water, oil and / or air. The independent internal cooling systems are usually connected via external piping.
Aufgrund von Bauraumbegrenzungen beim Einbau elektrischer Achsen, beispielsweise an der Hinterachse im Fahrzeug, verschärfen sich beispielsweise beim Einbau der elektrischen Achse im Bereich der Rücksitzbank und im Bereich des Kofferraumes die thermischen und akustischen Anforderungen erheblich, wobei gleichzeitig eine Leistungssteigerung und eine Gewichtsreduzierung zur Reichweitenerhöhung der mindestens eine E-Maschine aufweisenden Fahrzeuge angestrebt wird.Due to installation space limitations when installing electric axles, for example on the rear axle in the vehicle, the thermal and acoustic requirements become significantly more stringent, for example when installing the electric axle in the area of the rear bench seat and in the trunk, while at the same time increasing performance and reducing weight to increase the range of the at least a vehicle having an electric machine is sought.
Können in diesem Spannungsfeld geforderte Temperaturanforderungen nicht erfüllt werden, kommen zusätzlich mechanische oder elektrisch betriebene Ölpumpen sowie Wärmetauscher zum Einsatz, welche jedoch wiederum ohnehin knappen Bauraum benötigen und andererseits zusätzliche Kosten mit sich bringen.If the required temperature requirements cannot be met in this area of tension, additional mechanical or electrically operated oil pumps and heat exchangers are used, which, however, again require limited installation space and, on the other hand, entail additional costs.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird ein gemeinsames Gehäuse für eine E-Maschine und ein Getriebe vorgeschlagen, mit einer Wassermantelkühlung für die E-Maschine und mit im gemeinsamen Gehäuse verlaufenden Kühlkanälen. Die Wassermantelkühlung erstreckt sich im gemeinsamen Gehäuse mindestens bis unter einen Ölsumpf des Getriebes, welches durch die E-Maschine angetrieben ist, deren E-Maschinenwelle zumindest einen Kühlkanal umfasst.According to the invention, a common housing for an electric machine and a transmission is proposed, with water jacket cooling for the electric machine and with cooling channels running in the common housing. The water jacket cooling extends in the common housing at least up to an oil sump of the transmission, which is driven by the electric machine, the electric machine shaft of which comprises at least one cooling channel.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Wassermantelkühlung nicht alleine für die mindestens eine E-Maschine eingesetzt wird, sondern die Wassermantelkühlung auch Teile des Getriebebereiches von mindestens einem Getriebe des gemeinsamen Gehäuses für E-Maschine und Getriebe kühlt. Wird die Welle der E-Maschine mit mindestens einem zusätzlichen weiteren Kühlkanal versehen, kann eine mögliche Dauerleistung des elektrischen Antriebssystems erhöht werden. Für eine Rotorkühlung kann sowohl Öl als auch ein Kühlmedium wie z. B. Wasser verwendet werden.The solution proposed according to the invention can advantageously achieve that the water jacket cooling is not used alone for the at least one electric machine, but that the water jacket cooling also cools parts of the gearbox area of at least one gearbox of the common housing for the electric machine and gearbox. If the shaft of the electric machine is provided with at least one additional cooling channel, a possible continuous output of the electric drive system can be increased. For a rotor cooling both oil and a cooling medium such. B. water can be used.
In vorteilhafter Weise ist im erfindungsgemäß vorgeschlagenen gemeinsamen Gehäuse für mindestens eine E-Maschine und mindestens ein Getriebe der mindestens eine Kühlkanal bis in den Ölsumpf des Getriebes geführt und mit einer Ölkühlung über eine Drehdurchführung verbunden. Die Anbindung der Ölkühlung der E-Maschinenwelle erfolgt mittels einer mechanischen oder elektrischen Ölpumpe. Diese saugt beispielsweise Öl aus dem Ölsumpf and leitet es einer Drehdurchführung zu. Über die Ölpumpe werden alle erforderlichen Stellen im Getriebe, so z. B. Lager und Verzahnungen mit Schmiermedium versorgt.In an advantageous manner, in the common housing proposed according to the invention for at least one electric machine and at least one transmission, the at least one cooling channel is guided into the oil sump of the transmission and connected to an oil cooling system via a rotating union. The oil cooling of the electric machine shaft is connected by means of a mechanical or electrical oil pump. This sucks oil from the oil sump, for example, and directs it to a rotating union. Via the oil pump, all necessary points in the transmission, such as. B. bearings and gears supplied with lubricant.
Erfindungsgemäß ist das gemeinsame Gehäuse für eine E-Maschine und ein Getriebe derart beschaffen, dass der mindestens eine Kühlkanal in der E-Maschinenwelle des E-Maschinenrotors verläuft. Beispielsweise kann die E-Maschinenwelle als Sackloch mit einem darin integrierten lanzenförmigen Element ausgeführt sein. Gemäß dieser Lösung fließt Öl über die Lanze von der Getriebeseite zum anderen Ende der E-Maschinenwelle. Das lanzenförmige Element ist so beschaffen, dass dieses kürzer ist als die Sacklochbohrung. Somit ist sichergestellt, dass Öl im Spalt zwischen dem lanzenförmigen Element und der Sacklochbohrung zurückfließt und dabei die Verlustwärme des E-Maschinenrotors aufnimmt. Über eine Anzahl entsprechend radial verlaufender Bohrungen in der E-Maschinenwelle an der Schnittstelle zwischen der E-Maschinenwelle und der Getriebeeingangswelle tritt das Öl in den Getrieberaum ein und fließt zurück in den Ölsumpf. In fertigungstechnisch besonders günstiger Weise können die E-Maschinenwelle und die Getriebeeingangswelle als ein und dieselbe Welle ausgeführt sein.According to the invention, the common housing for an electric machine and a transmission is designed such that the at least one cooling channel runs in the electric machine shaft of the electric machine rotor. For example, the electric machine shaft can be designed as a blind hole with a lance-shaped element integrated therein. According to this solution, oil flows through the lance from the transmission side to the other end of the electric machine shaft. The lance-shaped element is designed so that it is shorter than the blind hole. This ensures that oil flows back in the gap between the lance-shaped element and the blind hole and thereby absorbs the heat loss of the electric machine rotor. The oil enters the transmission space and flows back into the oil sump through a number of correspondingly radially running bores in the e-machine shaft at the interface between the e-machine shaft and the transmission input shaft. The e-machine shaft and the transmission input shaft can be designed as one and the same shaft in a way that is particularly favorable in terms of production technology.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend, weist das gemeinsame Gehäuse für eine E-Maschine und ein Getriebe mäanderförmig verlaufende Kanalführungen auf, die Teil der Wassermantelkühlung sind und sich innerhalb des gemeinsamen Gehäuses für die E-Maschine und das Getriebe bis mindestens unter den Ölsumpf des Getriebes erstrecken.Following the solution proposed according to the invention, the common housing for an electric machine and a transmission has meandering channel guides which are part of the water jacket cooling and are located within the common housing for the electric machine and the transmission at least below the oil sump of the transmission extend.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene gemeinsame Gehäuse hat des Weiteren im Bereich des Ölsumpfes an einer Innenfläche des gemeinsamen Gehäuses eine zusätzliche Kühlrippenanordnung. Durch diese an der Innenfläche des gemeinsamen Gehäuses ausgeführte zusätzliche Kühlrippenanordnung kann die wirksame Wärmeübertragung der Innenfläche des gemeinsamen Gehäuses erheblich vergrößert werden.The joint housing proposed according to the invention also has an additional one in the area of the oil sump on an inner surface of the joint housing Cooling fins arrangement. By means of this additional cooling fin arrangement implemented on the inner surface of the common housing, the effective heat transfer of the inner surface of the common housing can be considerably increased.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene gemeinsame Gehäuse zur Aufnahme einer E-Maschine und eines Getriebes zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass im Bereich der zusätzlichen Kühlrippenanordnung eine Getriebewelle (z. B. eine Zwischenradwelle) samt Getrieberad (z. B. Zwischenrad) angeordnet ist, durch welche die Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmediums, insbesondere des Schmieröles erhöht wird, wodurch der erreichbare Wärmeübergang nochmals verbessert wird.The joint housing proposed according to the invention for accommodating an electric machine and a transmission is further characterized in that a transmission shaft (e.g. an idler gear shaft) including a gear wheel (e.g. idler gear) is arranged in the area of the additional cooling fin arrangement which increases the flow rate of a cooling medium, in particular of the lubricating oil, which further improves the heat transfer that can be achieved.
Des Weiteren ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene gemeinsame Gehäuse zur Aufnahme einer E-Maschine und eines Getriebes derart beschaffen, dass dieses innenliegende Gehäusestege aufweist, welche die im Inneren des gemeinsamen Gehäuses entstehende Wärme nach außen an die Außenflächen des gemeinsamen Gehäuses durch Wärmeleitung weiterleiten und diese Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.Furthermore, the common housing proposed according to the invention for accommodating an electric machine and a transmission is such that it has internal housing webs which conduct the heat generated in the interior of the common housing to the outside by heat conduction and apply this heat the environment can be released.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene gemeinsame Gehäuse ist des Weiteren zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr an die Umgebung zumindest im Bereich des Getriebedeckels mit einer die Wärme abgebenden, die Fläche vergrößernden Außenverrippung versehen.The joint housing proposed according to the invention is further provided, in order to further improve the heat dissipation to the surroundings, at least in the area of the gear cover, with an external ribbing which emits heat and enlarges the area.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des gemeinsamen Gehäuses zur Aufnahme einer E-Maschine und eines Gehäuses in einem E-Achsenmodul für ein Elektrofahrzeug (EV = Electric Vehicle), eine Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV = Hybrid Electric Vehicle) oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV = Plug-In Hybrid Electric Vehicle).Furthermore, the invention relates to the use of the common housing for receiving an e-machine and a housing in an e-axis module for an electric vehicle (EV = Electric Vehicle), a hybrid electric vehicle (HEV = Hybrid Electric Vehicle) or a plug -in hybrid electric vehicle (PHEV = Plug-In Hybrid Electric Vehicle).
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erlaubt eine verstärkte Integration von Teilkomponenten von E-Achsenmodulen dadurch, dass bereits vorhandene Kühlsysteme miteinander kombiniert werden und insbesondere im Außenbereich eines Gehäuses verlaufende Verrohrungen und zusätzliche Komponenten reduziert werden können.The solution proposed according to the invention permits an increased integration of subcomponents of E-axis modules by combining already existing cooling systems and, in particular, piping and additional components running in the outer region of a housing can be reduced.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlung des Rotors der E-Maschine in Gestalt der Kühlung der E-Maschinenwelle wird erreicht, dass die Temperaturdifferenz an den Lagern der E-Maschine reduziert wird und damit die erforderliche Lagervorspannung der Drehzahlen von bis zu 16.000 Umdrehungen/Minute zu ermöglichen. Aufgrund der Flüssigkeitskühlung insbesondere in Gestalt einer Wassermantelkühlung kann das Temperaturniveau des Lageraußenrings geringer ausfallen als das des Lagerinnenrings. Durch die Kühlung der E-Maschinenwelle wird diesem Effekt entgegengewirkt.The cooling of the e-machine in the form of the cooling of the e-machine shaft, which is proposed according to the invention, has the effect that the temperature difference at the bearings of the e-machine is reduced and thus the necessary bearing preload of the speeds of up to 16,000 revolutions / minute is made possible . Due to the liquid cooling, in particular in the form of a water jacket cooling, the temperature level of the bearing outer ring can be lower than that of the bearing inner ring. This effect is counteracted by cooling the electric machine shaft.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die Montage des lanzenförmigen Elementes zwischen Getriebeeingangswelle und E-Maschinenwelle derart möglich, dass das lanzenförmige Element die gleiche Drehzahl wie die Wellen ausführt und damit innerhalb der Wellen abgestützt werden kann, so dass einem Verbiegen entgegengewirkt ist. Dadurch wiederum besteht die Möglichkeit, die Drehdurchführung als sehr kurz bauendes Bauteil auszulegen. Wird die Flüssigkeitskühlung in Gestalt der Wassermantelkühlung beispielsweise bis hin zum Getriebeölsumpf erweitert, wird das Öl im Ölsumpf wirksam kühlen, was wiederum vorteilhafte Auswirkungen auf die E-Maschinenwellenkühlung hat. Andererseits wird die Strömungslänge des Kühlmediums, beispielsweise Kühlwassers, in Gestalt einer nachgeschalteten eigenständigen Kühlkanalverrohrung im oder am Ölsumpf erheblich herabgesetzt. Dadurch wird der Druckverlust im Wasserkühlsystem reduziert, was wiederum positive Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und die Reichweite des Fahrzeugs hat. Durch die Verwendung weniger Bauteile kann eine nicht unerhebliche Kostenreduzierung erreicht werden. Können die Kühlkanalumlenkungen in den Bereich des Ölsumpfes verlängert werden, so kann in vorteilhafter Weise eine Unterstützung der Getriebeölkühlung erreicht werden.In the solution proposed according to the invention, the assembly of the lance-shaped element between the transmission input shaft and the electric machine shaft is possible such that the lance-shaped element executes the same speed as the shafts and can therefore be supported within the shafts, so that bending is counteracted. This in turn offers the possibility of designing the rotating union as a very short component. If the liquid cooling in the form of the water jacket cooling is extended to the gear oil sump, for example, the oil in the oil sump will cool effectively, which in turn has advantageous effects on the electric machine shaft cooling. On the other hand, the flow length of the cooling medium, for example cooling water, is considerably reduced in the form of a downstream independent cooling duct piping in or on the oil sump. This reduces the pressure loss in the water cooling system, which in turn has a positive impact on the efficiency and range of the vehicle. By using fewer components, a not inconsiderable cost reduction can be achieved. If the cooling channel deflections can be extended into the area of the oil sump, support for the transmission oil cooling can advantageously be achieved.
FigurenlisteFigure list
Es zeigt:
-
1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene gemeinsame Gehäuse, wobei die Schnittebene im Bereich der E-Maschinenwelle liegt, -
2 einen Längsschnitt durch das Gehäuse gemäß1 mit den SchnittverläufenIII - III ,IV - IV undV - V , -
3 einen Querschnitt durch das Gehäuse gemäß den1 und2 gemäß dem SchnittverlaufIII - III , -
4 einen Querschnitt durch das gemeinsame Gehäuse gemäß den Darstellungen in1 und2 gemäß dem SchnittverlaufIV - IV in2 , -
5 einen Querschnitt durch das gemeinsame Gehäuse gemäß den1 und2 gemäß dem SchnittverlaufV - V . -
6 eine perspektivische Ansicht einer Unterseite des gemeinsamen Gehäuses, -
7 eine Draufsicht auf die Unterseite des gemeinsamen Gehäuses mit seitlich angeflanschtem A-Lagerschild, -
8 .1 eine perspektivische Ansicht des erweiterten Kanals, -
8 .2 einen Schnitt durch einen den erweiterten Kühlkanal abdeckenden Deckel, -
8 .3 eine perspektivische Ansicht eines beispielsweise aus Kunststoffmaterial gefertigten Deckels in Wannenform, -
9 eine Draufsicht auf eine Umlenkungsstruktur für das Kühlmedium im erweiterten Kühlkanal und -
9 .1 eine Darstellung eines gleichmäßigen Temperaturverlaufes und einer gleichmäßigen Wärmeverteilung des Kühlmediums bei Passage des erweiterten Kühlkanals.
-
1 2 shows a longitudinal section through the common housing proposed according to the invention, the sectional plane being in the region of the electric machine shaft, -
2nd a longitudinal section through the housing1 with the cutsIII - III ,IV - IV andV - V , -
3rd a cross section through the housing according to the1 and2nd according to the course of the cutIII - III , -
4th a cross section through the common housing as shown in1 and2nd according to the course of the cutIV - IV in2nd , -
5 a cross section through the common housing according to the1 and2nd according to the course of the cutV - V . -
6 a perspective view of an underside of the common housing, -
7 a plan view of the underside of the common housing with the flanged A-bearing plate, -
8th .1 is a perspective view of the enlarged channel, -
8th .2 a section through a cover covering the expanded cooling duct, -
8th 3 is a perspective view of a cover in the form of a tub, for example made of plastic material, -
9 a plan view of a deflection structure for the cooling medium in the expanded cooling channel and -
9 .1 a representation of a uniform temperature profile and a uniform heat distribution of the cooling medium when passing through the extended cooling channel.
AusführungsvariantenVariants
Wie
Wie
In dem unteren Bereich des gemeinsamen Gehäuses
Durch die Kühlkanalverlängerung
Der Darstellung gemäß
Analog zur Darstellung gemäß
Aus
Ein auf der E-Maschinenwelle
An der Unterseite des gemeinsamen Gehäuses
In der Darstellung gemäß
Aus der perspektivischen Ansicht gemäß
Aus der Draufsicht auf das gemeinsame Gehäuse
Aus der perspektivischen Darstellung gemäß
Aus der Schnittdarstellung gemäß
Aus der Darstellung gemäß
Eine optimierte Strömung durch den erweiterten Kühlkanal
Aus der Draufsicht gemäß
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which lie within the framework of professional action.
Claims (15)
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