DE102019133322A1 - Drive with internal rotor shaft cooling of an electric motor and a motor vehicle with such a drive - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Antrieb (1) für ein Kraftfahrzeug (2), mit einem Elektromotor (3), dessen von ihm gestelltes Drehmoment über ein Getriebe (4) einer Antriebsachse zuführbar ist, wobei ein Kühlkreislauf (5) für Kühlmittel vorhanden ist, der durch das Getriebe (4) führt, um Wärme abzuführen, wobei bauliche Maßnahmen (6) zum Führen des Kühlmittels so ausgebildet und angeordnet sind, dass das Kühlmittel mit einer Rotorwelle (7) des Elektromotors (3) in Kontakt tritt. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (2) mit einem erfindungsgemäßen Antrieb (1), wobei der Wärmetauscher (8) des Antriebes (1) mit einem Kühlkreislauf (13) des Kraftahrzeuges (2) wirkverbunden ist, so dass die von dem Kühlkreislauf (5) des Antriebs (1) aufgenommene Wärmeenergie an den Kühlkreislauf (13) des Kraftfahrzeuges (2) übertragbar ist.The invention relates to a drive (1) for a motor vehicle (2), with an electric motor (3), the torque set by it can be fed to a drive axle via a gear (4), a cooling circuit (5) for coolant being provided which through the transmission (4) to dissipate heat, structural measures (6) for guiding the coolant being designed and arranged so that the coolant comes into contact with a rotor shaft (7) of the electric motor (3). The invention also relates to a motor vehicle (2) with a drive (1) according to the invention, the heat exchanger (8) of the drive (1) being operatively connected to a cooling circuit (13) of the motor vehicle (2), so that the cooling circuit (5 ) the drive (1) absorbed thermal energy to the cooling circuit (13) of the motor vehicle (2) can be transferred.
Description
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, dessen von ihm gestelltes Drehmoment über ein Getriebe einer Antriebsachse zuführbar ist, wobei ein Kühlkreislauf für Kühlmittel vorhanden ist, der durch das Getriebe führt, um Wärme abzuführen, wobei bauliche Maßnahmen zum Führen des Kühlmittels so ausgebildet und angeordnet sind, dass das Kühlmittel mit einer Rotorwelle des Elektromotors in Kontakt tritt.The invention relates to a drive for a motor vehicle with an electric motor, the torque set by it can be fed to a drive axle via a gearbox, a cooling circuit for coolant being present which leads through the gearbox to dissipate heat, with structural measures for guiding the coolant are designed and arranged so that the coolant comes into contact with a rotor shaft of the electric motor.
Grundsätzlich gibt es bereits Beölungskonzepte für elektrische Achssysteme. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Ölpumpe des Getriebes an der Elektromotorseite zu integrieren. Des Weiteren ist bekannt, die Ölpumpe an dem Radsatzgehäuse zu befestigen und die Ölpumpe stirn- oder heckseitig, z. B. am Kardantunnel eines Kraftfahrzeuges zu befestigen. Für die Ölpumpe oder die Ölpumpenbefestigung gelten folgende Anforderungen: sie darf einerseits den Bauraum nicht verletzen, muss außerdem die Zugänglichkeit der weiteren Komponenten gewährleisten und es muss eine sichere Ölansaugung oder eine Öleinführung bereitgestellt sein. Des Weiteren müssen eine einfache Montage und eine sichere elektrische Kontaktierung gegeben sein.Basically there are already oiling concepts for electrical axle systems. It is known from the prior art to integrate the oil pump of the transmission on the electric motor side. It is also known to attach the oil pump to the wheel set housing and the oil pump at the front or rear, for. B. to attach to the transmission tunnel of a motor vehicle. The following requirements apply to the oil pump or the oil pump mounting: on the one hand, it must not damage the installation space, it must also guarantee the accessibility of the other components and a safe oil intake or oil inlet must be provided. Furthermore, simple assembly and reliable electrical contact must be ensured.
Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optimiertes Kühlsystem für ein elektrisches Antriebssystem bereitzustellen. Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Antrieb dadurch gelöst, dass bauliche Maßnahmen zum Führen des Kühlmittels so ausgebildet und angeordnet sind, dass das Kühlmittel mit einer Rotorwelle des Elektromotors in Kontakt tritt. Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Leitungsführung optimiert, da die Verlustleistung in Relation zur Wärmeabfuhr verbessert ist. Dadurch, dass das Kühlmittel mit der Rotorwelle des Elektromotors in Kontakt tritt, wird die Rotorwelle insgesamt besser an der Stelle des relevanten Wärmeeintrages gekühlt, da sich der Wärmeeintrag des Elektromotors hauptsächlich an der Stelle der Rotorwelle entwickelt.It is the object of the present invention to provide an optimized cooling system for an electric drive system. This object is achieved in a drive according to the invention in that structural measures for guiding the coolant are designed and arranged in such a way that the coolant comes into contact with a rotor shaft of the electric motor. In such an embodiment according to the invention, the line routing is optimized, since the power loss is improved in relation to the heat dissipation. Because the coolant comes into contact with the rotor shaft of the electric motor, the rotor shaft is cooled better overall at the point of the relevant heat input, since the heat input of the electric motor mainly develops at the position of the rotor shaft.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert:
- In einer ersten Ausführungsform ist es von Vorteil, dass die baulichen Maßnahmen derart ausgestaltet sind, dass das Kühlmittel zumindest teilweise durch die Rotorwelle geführt ist. Bevorzugt wird das Öl dabei wenigstens abschnittsweise durch das Innere der Rotorwelle geführt, da die Rotorwelle hohlzylindrisch ausgebildet ist und somit dazu ausgebildet ist, das Öl in ihrem Inneren wenigstens teilweise oder vollständig leitbar aufzunehmen. Bei dieser Ausführungsform ist in vorteilhafter Weise eine Rotorwelleninnenkühlung bereitgestellt, bei der eine größere Länge für die Wärmeaufnahme gegeben ist und gleichzeitig die Wärme nah an den relevanten Stellen aufgenommen wird.
- In a first embodiment, it is advantageous that the structural measures are designed in such a way that the coolant is at least partially guided through the rotor shaft. The oil is preferably passed through the interior of the rotor shaft, at least in sections, since the rotor shaft is designed as a hollow cylinder and is thus designed to receive the oil in its interior at least partially or completely in a conductive manner. In this embodiment, a rotor shaft internal cooling is advantageously provided, in which a greater length is given for the heat absorption and at the same time the heat is absorbed close to the relevant points.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Kühlkreislauf im Betrieb durch einen Wärmetauscher geführt. Die von der Rotorwelle oder von dem Getriebe aufgenommene Wärmeenergie wird somit direkt über den Wärmetauscher abgegeben, wodurch eine direkte Wärmeabfuhr ermöglicht ist. Vorzugsweise ist die Rotorwelle hohl ausgestaltet, um im Betrieb von dem Kühlmittel durchflossen zu werden. Durch die Ausgestaltung der Rotorwelle als Hohlwelle ist ein besonders effizienter Wärmeübertrag von den wärmekritischen Stellen des Elektromotors an das Kühlmittel bewirkt. Vorzugsweise sind die baulichen Maßnahmen derart ausgestaltet, dass das Kühlmittel vom Getriebe kommend erst die Rotorwelle und dann direkt den Wärmetauscher durchströmt, um anschließend wieder in das Getriebe einzutreten. Durch diese optimierte Leitungsführung wird die Verlustleistung in Relation zur Wärmeabfuhr optimiert. Zusätzlich ist ein besonders bauraumoptimierter Antrieb bereitgestellt, bei dem eine kurze Länge der Leitungen gegeben ist. Es ist somit in vorteilhafter Weise insgesamt ein sehr kompakter Antrieb bereitgestellt.In a further preferred embodiment, the cooling circuit is passed through a heat exchanger during operation. The thermal energy absorbed by the rotor shaft or by the transmission is thus released directly via the heat exchanger, which enables direct heat dissipation. The rotor shaft is preferably designed to be hollow so that the coolant can flow through it during operation. The design of the rotor shaft as a hollow shaft brings about a particularly efficient heat transfer from the heat-critical points of the electric motor to the coolant. The structural measures are preferably designed in such a way that the coolant coming from the transmission first flows through the rotor shaft and then directly through the heat exchanger in order to then re-enter the transmission. This optimized line routing optimizes the power loss in relation to the heat dissipation. In addition, a particularly space-optimized drive is provided in which the lines are short. Overall, a very compact drive is thus advantageously provided.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltungsform umfassen die baulichen Maßnahmen Leitungen, Anschlüsse und Steuer- und/oder Regelelemente sowie eine Pumpe für das Kühlmittel. Die baulichen Maßnahmen, also die Leitungen, Anschlüsse und die Steuer- und/oder Regelelemente sind dazu vorgesehen, das Kühlmittel möglichst effizient in dem Kühlkreislauf umzutreiben. Die Leitungen sind dabei typischerweise Hydraulikleitungen und/oder ölführende Leitungen und die Anschlüsse sind als Crimp- und/oder Quetschverbindungen ausgebildet. Als Steuer- und/oder Regelelemente sind Magnetventile, Pumpen und elektronische Steuerungen vorgesehen.In a further preferred embodiment, the structural measures include lines, connections and control and / or regulating elements and a pump for the coolant. The structural measures, that is to say the lines, connections and the control and / or regulating elements, are intended to circulate the coolant in the cooling circuit as efficiently as possible. The lines are typically hydraulic lines and / or oil-carrying lines and the connections are designed as crimp and / or pinch connections. Solenoid valves, pumps and electronic controls are provided as control and / or regulating elements.
Es hat sich bewährt, wenn der Wärmetauscher zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordnet ist. Durch die Anordnung des Wärmetauschers zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe wird eine besonders kurze und somit effiziente Leitungsführung bereitgestellt und die Wärmeenergie wird effizient über den Wärmetauscher abgeführt. Des Weiteren ist in vorteilhafter Weise durch eine solche Anordnung möglichst wenig Bauraum beansprucht, wodurch insgesamt ein günstiges „Packaging“ erreicht ist.It has proven useful if the heat exchanger is arranged between the electric motor and the transmission. By arranging the heat exchanger between the electric motor and the transmission, a particularly short and thus efficient line routing is provided and the thermal energy is efficiently dissipated via the heat exchanger. Furthermore, such an arrangement advantageously takes up as little installation space as possible, which means that overall favorable “packaging” is achieved.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorwelle durch mindestens ein Lagerelement in dem Getriebe gelagert und das Kühlmittel ist durch mindestens einen Zuführkanal aufweisenden Deckel zu der Rotorwelle zuführbar, wobei der Deckel mit dem Getriebe verbunden ist. Durch die Bereitstellung des Deckels, der einen Zuführkanal aufweist, ist ein besonders günstiger Zugang zu der Rotorwelle gegeben und dieser kann besonders zeiteffizient montiert werden.In a further preferred embodiment, the rotor shaft is mounted in the gearbox by at least one bearing element and the coolant can be supplied to the rotor shaft through at least one feed channel having cover, the cover being connected to the gearbox. The provision of the cover, which has a feed channel, provides particularly favorable access to the rotor shaft and this can be installed in a particularly time-efficient manner.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Rotorwelle durch eine hinter dem Deckel angeordnete Gleitringdichtvorrichtung in dem Getriebe gelagert. Die Gleitringdichtung ist vorzugsweise mit einem rotierenden Gleitring und einem stationären Gegenring ausgestaltet. Der Gleitring und/oder der zugehörige Gegenring kann aus Kohlenstoff, Kohlenstoffkarbid, Kunstharz, als Elektrokarbid, oder als in Kunstharz gebundener Kohlenstoff ausgebildet sein. Des Weiteren ist die Verwendung von keramischen Materialien, insbesondere Siliziumkarbid, Aluminiumoxid oder Wolframkarbid möglich. Außerdem sind metallische Werkstoffe, insbesondere Edelstahl, Chromguss zulässig oder ein Kunststoff, der als PTFE ausgestaltet ist.In a further advantageous embodiment, the rotor shaft is mounted in the transmission by a mechanical seal device arranged behind the cover. The mechanical seal is preferably designed with a rotating sliding ring and a stationary counter ring. The sliding ring and / or the associated counter ring can be formed from carbon, carbon carbide, synthetic resin, as electrocarbide, or as carbon bonded in synthetic resin. Furthermore, the use of ceramic materials, in particular silicon carbide, aluminum oxide or tungsten carbide, is possible. In addition, metallic materials, in particular stainless steel, cast chrome or a plastic that is designed as PTFE are permissible.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antrieb, bei dem der Wärmetauscher des Antriebes mit einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges wirkverbunden ist, so dass die von dem Kühlkreislauf des Antriebs aufgenommene Wärmeenergie an den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges übertragbar ist. Es ist somit der Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges genutzt, um die Wärmeenergie abzuführen.The invention also relates to a motor vehicle with a drive according to the invention, in which the heat exchanger of the drive is operatively connected to a cooling circuit of the motor vehicle so that the thermal energy absorbed by the cooling circuit of the drive can be transferred to the cooling circuit of the motor vehicle. The cooling circuit of the motor vehicle is thus used to dissipate the thermal energy.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Antriebes nach einer ersten Ausführungsform, -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Antriebs nach einer zweiten Ausführungsform, -
3 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten erfindungsgemäßen Antriebs nach einer dritten Ausführungsform, -
4 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes nach einer vierten Ausführungsform, -
5 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes nach einer fünften Ausführungsform, -
6 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebes nach einer sechsten Ausführungsform, -
7 eine schematische Darstellung einer Gleitringdichtung mit rotierendem Gleitring und stationärem Gegenring, -
8 eine schematische Schnittdarstellung eines Antriebs nach einer siebten Ausführungsform mit Bezugszeichen für die hohlzylindrische Rotorwelle, -
9 eine Darstellung eines Deckels, welcher in den erfindungsgemäßen Antrieb eingesetzt ist, -
10 eine schematische Schnittdarstellung einer achten Ausführungsform, -
11 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform, -
12 eine schematisch Schnittdarstellung des Antriebes in einer weiteren Ausführungsform , -
13 eine schematische Darstellung von Zu- und Abführungselementen des Getriebes, -
14 eine schematische Schnittdarstellung des Antriebs, -
15 eine Draufsicht auf Abstreifelemente, die in das Getriebe eingebracht sind, -
16 eine Draufsicht auf Zuführungs- und Abführungselemente, die in dem Getriebe des Antriebs vorgesehen sind, -
17 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilbereiches des Getriebes, -
18 eine schematische Schnittdarstellung des Getriebes und -
19 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges.
-
1 a representation of a first drive according to the invention according to a first embodiment, -
2 a schematic sectional view of a second drive according to the invention according to a second embodiment, -
3rd a schematic sectional view of a third drive according to the invention according to a third embodiment, -
4th a schematic sectional view of a drive according to the invention according to a fourth embodiment, -
5 a schematic sectional view of a drive according to the invention according to a fifth embodiment, -
6th a schematic sectional view of a drive according to the invention according to a sixth embodiment, -
7th a schematic representation of a mechanical seal with rotating sliding ring and stationary counter ring, -
8th a schematic sectional illustration of a drive according to a seventh embodiment with reference numerals for the hollow cylindrical rotor shaft, -
9 a representation of a cover which is used in the drive according to the invention, -
10 a schematic sectional view of an eighth embodiment, -
11 a schematic sectional view of a further embodiment, -
12th a schematic sectional view of the drive in a further embodiment, -
13th a schematic representation of feed and discharge elements of the transmission, -
14th a schematic sectional view of the drive, -
15th a top view of wiper elements that are introduced into the gearbox, -
16 a plan view of feed and discharge elements that are provided in the gearbox of the drive, -
17th a schematic sectional view of a portion of the transmission, -
18th a schematic sectional view of the transmission and -
19th a schematic representation of a motor vehicle.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können prinzipiell frei miteinander kombiniert werden.The figures are merely of a schematic nature and are only used for understanding the invention. The same elements are provided with the same reference symbols. In principle, the features of the various exemplary embodiments can be freely combined with one another.
In der
Die
In der
In der
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
In der
Die
Die
Die
In der
Die
Die
Die
Es ist selbstverständlich, dass der erfindungsgemäße Antrieb
Die Ölführung durch die Rotorwelle
Es ist vorteilhaft, wenn sich zwischen dem Deckel
Weiter vorteilhaft ist, dass die zumindest eine Kühlschmiermittelzuführungsvorrichtung und/oder die zumindest eine Kühlschmiermittelabführungsvorrichtung zumindest mit einem zur Zwischenspeicherung des Kühlschmiermittels vorgesehenen Zwischenspeicher
Es ist weiter vorteilhaft, wenn zwischen dem Deckel
Es ist weiter vorteilhaft, dass die Rotorwelle
Es ist zusätzlich vorteilhaft, wenn das Kühlmittel das Schmieröl ist. Das Schmieröl ist vorzugsweise Getriebeöl, welches zur Kühlung des Elektromotors und zur Schmierung des Getriebes verwendet wird. In vorteilhafter Weise ist somit nur ein Fluidkreislauf zur Kühlung sowohl des Elektromotors als auch des Getriebes vorhanden. In einer weiter bevorzugen Ausführungsform ist innerhalb der hohlzylindrischen Rotorwelle auch eine Antriebskomponente, insbesondere eine Turbine oder ein Propeller angeordnet, die/der von der Rotorwelle angetrieben wird und die/der dazu ausgebildet ist, das Öl umzutreiben, so dass vollständig auf die Ölpumpe verzichtet werden kann. Die Antriebskomponente ist dabei vorzugsweise mit der hohlzylindrischen Rotorwelle verschweißt, verklemmt, verklebt und/oder vernietet.It is also advantageous if the coolant is the lubricating oil. The lubricating oil is preferably gear oil, which is used to cool the electric motor and to lubricate the gear. Advantageously, there is thus only one fluid circuit for cooling both the electric motor and the transmission. In a further preferred embodiment, a drive component, in particular a turbine or a propeller, is also arranged within the hollow cylindrical rotor shaft, which is driven by the rotor shaft and which is designed to drive the oil so that the oil pump is completely dispensed with can. The drive component is preferably welded, clamped, glued and / or riveted to the hollow cylindrical rotor shaft.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Antriebdrive
- 22
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 33
- ElektromotorElectric motor
- 44th
- Getriebetransmission
- 55
- KühlkreislaufCooling circuit
- 66th
- bauliche Maßnahmenstructural measures
- 77th
- RotorwelleRotor shaft
- 88th
- WärmetauscherHeat exchanger
- 99
- LagerelementBearing element
- 1010
- ZuführkanalFeed channel
- 1111
- Deckelcover
- 1212th
- GleitringdichtvorrichtungMechanical seal device
- 1313th
- Kühlkreislauf des KraftfahrzeugesCooling circuit of the motor vehicle
- 1414th
- DrehmomentübertragungskomponenteTorque transmission component
- 1515th
- ÖlzuführungOil supply
- 1616
- Pumpepump
- 1717th
- Ölwannesump
- 1818th
- NiederdruckbereichLow pressure area
- 1919th
- HochdruckbereichHigh pressure area
- 2020th
- Bohrungdrilling
- 2121
- AbstreifrippeWiper rib
- 2222nd
- ÖlführungselementeOil guide elements
- 2323
- AnschlusselementeConnection elements
- 2424
- AntriebsräderDrive wheels
- 2525th
- LängserstreckungsachseLongitudinal axis
- 2626th
- ZwischenspeicherCache
- 2727
- HohlzylinderHollow cylinder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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2019
- 2019-12-06 DE DE102019133322.9A patent/DE102019133322A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102022117957B3 (en) | 2022-07-19 | 2023-12-28 | Audi Aktiengesellschaft | Motor unit with a lubricant circuit |
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Legal Events
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