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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator sowie ein mit dem Rotor mechanisch koppelbares Getriebe. Der Stator weist ein Statorblech und eine Statorwicklung mit einem Wickelkopf auf, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist. Fas Getriebe ist in einem Getrieberaum der Antriebsvorrichtung und der Stator des Elektromotors in einem vom Getrieberaum getrennten Motorraum der Antriebsvorrichtung angeordnet. Der Getrieberaum ist als Nassraum zur Aufnahme von Getriebeöl ausgebildet, wobei der Getrieberaum durch eine Getrieberaumwand und der Motorraum durch eine Motorraumwand abgegrenzt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Im Automobilbau werden unterschiedliche Antriebsvorrichtungen zum Antreiben von Kraftfahrzeugen verwendet. Es sind beispielsweise Antriebsvorrichtungen bekannt, welche einen Elektromotor sowie ein mit einem Rotor des Elektromotors gekoppeltes Getriebe aufweisen. Derartige Antriebsvorrichtungen werden oftmals als Hilfsantriebsvorrichtungen, z. B. zum Boosten, zur Unterstützung einer Hauptantriebsvorrichtung verwendet. Hilfsantriebsvorrichtungen sind zumeist einzelnen Rädern oder Radachsen zugeordnet und im Bereich dieser am Kraftfahrzeug verbaut. Hierdurch ist eine besonders verlustfreie Drehmomentübertragung auf das Rad erzielbar. Beim Boosten wird mittels der Hilfsantriebsvorrichtung ein zusätzliches Drehmoment erzeugt, welches ein Drehmoment der Hauptantriebsvorrichtung ergänzt, um somit eine größere und/oder gleichmäßigere Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu erzielen. Bei mehreren Hilfsantriebsvorrichtungen sind mittels der Hilfsantriebsvorrichtungen bedarfsgerecht unterschiedliche zusätzliche Drehmomente an den einzelnen Rädern bereitstellbar. Dies ist insbesondere bei Kurvenfahrt oder bei Fahren auf teilweise rutschiger oder unebener Fahrbahn von Vorteil. Durch die Verwendung derartiger Hilfsantriebsvorrichtungen sind Fahrdynamik und Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs verbesserbar. Die Hauptantriebsvorrichtung weist zum Bereitstellen eines Vortriebs des Kraftfahrzeugs beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor auf.
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Ein Problem in der Praxis ist, dass bei der Verwendung der als Hilfsantriebsvorrichtung ausgebildeten Antriebsvorrichtung, insbesondere beim Boosten, Wärme erzeugt wird, durch welche die Antriebsvorrichtung beschädigt werden kann. Daher sind nach Gebrauch der Antriebsvorrichtung oftmals längere Abkühlphasen vonnöten, damit eine Überhitzung der Antriebsvorrichtung vermieden wird. Während einer Abkühlphase steht die Antriebsvorrichtung nicht zur Verfügung und kann somit nicht zur Verbesserung von Fahrdynamik und Fahrkomfort beitragen. Dies wird in der Praxis von Insassen des Kraftfahrzeugs, insbesondere vom Fahrer, zumeist als besonders unvorteilhaft wahrgenommen.
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Für die Länge der Abkühlphase sind insbesondere der Rotor und der Stator des Elektromotors maßgeblich, wobei das wärmste dieser Bauteile die Länge der Abkühlphase vorgibt. Untersuchungen haben ergeben, dass grundsätzlich der Stator das wärmekritischere dieser Bauteile ist und somit eine Kühlung des Stators zur Reduzierung der Länge der Abkühlphase besonders zielführend ist.
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Bei bekannten Elektromaschinen ist der Stator über einen Presssitz von der Maschinengehäusewand umgeben, wobei lediglich das Statorblech, welches sich zumeist aus einem Paket mehrerer Einzelbleche zusammensetzt, die Maschinengehäusewand kontaktiert. Dies stellt einen Engpass für den Wärmeübergang vom Stator zum Maschinengehäuse dar. Zur Statorkühlung sind im Wesentlichen drei unterschiedliche Konzepte bekannt, nämlich eine reine Wasserkühlung, eine gemischte Wasser- und Ölkühlung sowie eine reine Ölkühlung.
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Bei einer reinen Wasserkühlung sind Kühlkanäle zum Durchleiten des Kühlwassers in einer Maschinengehäusewand ausgebildet. Mittels einer Zum Fördern des Kühlwassers ist eine Wasserpumpe erforderlich. Eine reine Wasserkühlung hat den Nachteil, dass der Wärmeübergang vom Stator zum Maschinengehäuse im Wesentlichen nur über den Presssitz zwischen Statorblech und Maschinengehäusewand erfolgen kann. Die Wickelköpfe des Stators ragen frei in den Maschinenraum, sodass eine direkte Kühlung der Wickelköpfe über die gekühlte Maschinengehäusewand nicht möglich ist. Hierfür fehlt es an einem entsprechenden Kontakt zwischen Wickelkopf und der Maschinengehäusewand fehlt. Derartige Antriebsvorrichtungen neigen daher zu einer besonders schnellen Überhitzung.
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Eine kombinierte Wasser- und Ölkühlung erfordert zur Wasserpumpe eine zusätzliche Ölpumpe zum Fördern von Öl. Ferner sind entweder Abschirmmaßnahmen, insbesondere Dichtungen, erforderlich, oder der Ölpegelstand muss zumindest unterhalb des Luftspalts eingestellt werden, um das Eindringen von Öl in den Luftspalt zu verhindern. Mittels des Öls sind insbesondere die Wickelköpfe des Stators kühlbar, während die Wasserkühlung primär das Statorblech über den Presssitz kühlt. Die kombinierte Wasser- und Ölkühlung ist technisch wesentlich komplexer als eine reine Wasserkühlung und somit kommerziell aufwendiger. Eine Öltemperatur des Öls muss überwacht werden, um eine thermische Überlastung des Öls zu vermeiden, da ansonsten die Gefahr erhöht ist, dass das Öl seine Hauptfunktion, das Reduzieren von Reibung sowie das Kühlen von Komponenten, nicht mehr optimal erfüllen kann. Überdies weist die kombinierte Wasser- und Ölkühlung einen schlechteren Wirkungsgrad auf.
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Eine Wasserpumpe sowie Kühlkanäle zum Durchleiten von Kühlwasser sind bei einer reinen Ölkühlung nicht erforderlich. Gleichwohl sind weiterhin Abschirmmaßnahmen, insbesondere Dichtungen, oder eine Einstellung des Ölpegelstands unterhalb des Luftspalts, um somit das Eindringen von Öl in den Luftspalt zu verhindern, erforderlich. Überdies ist zumeist eine komplexere Ölführung erforderlich, um eine gleichmäßige Kühlung der Wickelköpfe sowie des Statorblechs zu gewährleisten. Ein wesentlicher Nachteil einer reinen Ölkühlung ist die besonders hohe thermische Belastung des Öls, wodurch die Fähigkeit des Öls zur Herabsetzung der Reibung stark beeinträchtigt werden kann.
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Aus der
DE 10 2017 213 513 A1 ist eine Ölversorgungsanordnung eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine bekannt. Die Ölversorgungsanordnung weist ein Gehäuse mit drei Ölräumen auf, wobei die elektrische Maschine in einem ersten sowie einem zweiten Ölraum und das Getriebe in einem dritten Ölraum angeordnet ist. Die drei Ölräume sind allesamt fluidkommunizierend miteinander verbunden, sodass diese von einem gemeinsamen Fluid durchströmbar sind. Somit ist ein Fluidaustausch zwischen den Ölräumen, insbesondere hervorgerufen durch eine Beschleunigung, Verzögerung oder Fahrt auf einem Gefälle, leicht möglich. Dies hat den Nachteil, dass das Risiko des Überhitzens des Öls durch eine derartige Anordnung nicht vermieden wird. Eine ähnliche Anordnung ist aus der
DE 10 2014 204 088 A1 bekannt. Die
DE 10 2016 204 980 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit zwei Kühleinrichtungen. Über eine zentrale Bohrung im Rotor ist ein Kühlfluid an eine Innenfläche der Wickelköpfe leitbar. Eine Außenfläche der Wickelköpfe ist von einer Vergussmasse umgeben. Mittels einer Dichtvorrichtung wird vermieden, dass Kühlfluid zum Luftspalt vordringt. Die zweite Kühlvorrichtung weist einen den Stator spiralförmig umgebenen Kühlmittelkanal auf. Nachteilig hierbei ist die aufwendige Abdichtung zum Luftspalt sowie die nur einseitige Kühlung der Wickelköpfe über die erste Kühlvorrichtung.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie bei einem Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise das Risiko des Überhitzens von Getriebeöl reduzieren und/oder eine verbesserte Statorkühlung aufweisen.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Antriebsvorrichtung weist einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator sowie ein mit dem Rotor mechanisch koppelbares Getriebe auf. Der Stator weist ein Statorblech und eine Statorwicklung mit einem Wickelkopf auf, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist. Das Getriebe ist in einem Getrieberaum der Antriebsvorrichtung und der Stator des Elektromotors in einem vom Getrieberaum getrennten Motorraum der Antriebsvorrichtung angeordnet, wobei der Getrieberaum als Nassraum zur Aufnahme von Getriebeöl ausgebildet ist. Der Getrieberaum ist durch eine Getrieberaumwand und der Motorraum durch eine Motorraumwand nach außen abgegrenzt. Erfindungsgemäß ist der Motorraum als Nassraum zur Aufnahme eines Wärmeleitfluids ausgebildet sowie mittels einer Motorraumdichtungsvorrichtung zum Getrieberaum abgedichtet.
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Das Getriebe kann beispielsweise über eine feste bzw. starre Kupplung, eine Lamellenkupplung oder dergleichen mit dem Rotor des Elektromotors mechanisch gekoppelt sein. Das Getriebe ist vorzugsweise zum mechanischen Koppeln mit einem Radträger oder einer Radachse eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Getriebe ist im Getrieberaum angeordnet, wobei der Getrieberaum durch die Getrieberaumwand nach außen begrenzt ist. Die Getrieberaumwand ist vorzugsweise als Gussteil ausgebildet. Vorzugsweise ist die Getrieberaumwand mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet, um eine Montage bzw. Demontage des Getriebes zu verbessern. Der Getrieberaum ist als Nassraum zur Aufnahme von Getriebeöl ausgebildet. An einer Getriebeausgangswelle ist vorzugsweise eine Getriebedichtungsvorrichtung angeordnet, um ein Ausfließen des Getriebeöls aus dem Getrieberaum sowie eine Verschmutzung des Getrieberaums durch Fremdobjekte zu vermeiden.
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Der Elektromotor ist vorzugsweise als Asynchronmotor ausgebildet. Vorzugsweise ist zumindest ein Teilabschnitt des Rotors, insbesondere ein Aktivteil, vom Stator umgeben. Rotor und Stator sind vorzugsweise koaxial um eine Antriebsachse ausgebildet. Das Statorblech des Stators ist vorzugsweise als Statorblechpaket aus mehreren übereinandergestapelten Blechen ausgebildet. Die einzelnen Bleche sind vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen. Hierdurch wird vermieden, dass ein induzierter elektrischer Strom durch das Statorblech fließen kann und somit einen Wirkungsgrad des Elektromotors herabsetzt.
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Der Stator ist erfindungsgemäß im Motorraum angeordnet, wobei der Motorraum durch die Motorraumwand nach außen begrenzt ist. Die Motorraumwand ist vorzugsweise als Gussteil ausgebildet. Vorzugsweise ist die Motorwand mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet, um eine Montage bzw. Demontage des Elektromotors zu verbessern. Vorzugsweise ist der Rotor überwiegend im Motorraum angeordnet. Ein Teilabschnitt des Rotors erstreckt sich vorzugsweise in den Getrieberaum zur mechanischen Kopplung mit dem Getriebe. Der Motorraum ist als Nassraum zur Aufnahme eines Wärmeleitfluids ausgebildet. Als Wärmeleitfluid ist insbesondere ein flüssiges, insbesondere hochviskoses, oder gelförmiges Wärmeleitfluid vorgesehen. Mittels der Motorraumdichtungsvorrichtung ist der Motorraum zum Getrieberaum abgedichtet, sodass kein Austausch des Wärmeleitfluids mit dem Getriebeöl vermieden wird. Die Motorraumdichtungsvorrichtung ist somit vorzugsweise fluiddicht und/oder öldicht und/oder wasser- bzw. kühlwasserdicht ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Motorraumdichtungsvorrichtung gasdicht, insbesondere luftundurchlässig, ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung hat gegenüber herkömmlichen Antriebsvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Kühlung des Stators, insbesondere der Wickelköpfe des Stators bereitgestellt ist, wobei die Gefahr einer Überhitzung des Getriebeöls durch die Trennung von Maschinenraum und Getrieberaum deutlich reduziert ist. Überdies bietet die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung den Vorteil, dass als Wärmeleitfluid ein vom Getriebeöl verschiedenes Medium mit verbesserten Wärmeleiteigenschaften und/oder einer höheren Viskosität verwendbar ist, sodass der Wärmetransport verbesserbar oder das Risiko eines ungewollten Eindringens des Wärmeleitfluids in den Luftspalt bzw. eines ungewollten Kontaktierens des Rotors durch das Wärmeleitfluid erheblich reduzierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, dass in dem Getrieberaum ein Getriebeöl mit einem Ölpegelstand und in dem Motorraum ein als Wärmeleitflüssigkeit oder Wärmeleitgel ausgebildetes Wärmeleitfluid mit einem Fluidpegelstand angeordnet ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn Getriebeöl und Wärmeleitfluid voneinander verschiedene chemische Medien sind. Dies hat den Vorteil, dass das Getriebeöl und Wärmeleitfluid in Abhängigkeit ihrer primären Funktion, nämlich Herabsetzen von Reibung beim Getriebeöl und Wärmetransport beim Wärmeleitfluid, auswählbar sind. Überdies ist die Antriebsvorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Ölpegelstand und der Fluidpegelstand unabhängig voneinander einstellbar sind, sodass diese jeweils zur optimalen Ausübung ihrer primären Funktion einstellbar sind. Dies ist bei Antriebsvorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht möglich, da ein Fluidaustausch zwischen den einzelnen Räumen möglich ist, sodass sich eine Veränderung des Pegelstands in einem Raum auf den Pegelstand im anderen Raum auswirken würde.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Ölpegelstand des Getriebeöls höher als der Fluidpegelstand des Wärmeleitfluids ist. Als Bezugsfläche gilt hierbei eine Bodenebene auf welcher ein Kraftfahrzeug mit bestimmungsgemäß eingebauter Antriebsvorrichtung abgestellt ist. Demnach wird erfindungsgemäß unter einem höheren Pegelstand ein größerer Abstand von der Bodenfläche verstanden. Durch diese Konfiguration ist es leicht möglich, dass das Getriebe näher an der Antriebsachse des Elektromotors, und nicht mehr, wie beim Stand der Technik, stark exzentrisch am Elektromotor angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Antriebsvorrichtung mit einem besonders kompakten Aufbau bereitstellbar ist. Ferner kann somit gewährleistet werden, dass eine Schmierung des Getriebes sowie ein Wärmeabtransport von den Wickelköpfen jeweils optimiert sowie eine unbeabsichtigte Beeinflussung des Rotors durch ein Fluid, wie beispielsweise Getriebeöl, Wärmeleitfluid oder dergleichen, vermeidbar ist.
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Weiter bevorzugt liegt der Fluidpegelstand unterhalb des Luftspalts des Elektromotors. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass der Ölpegelstand oberhalb des Luftspalts des Elektromotors liegt. Als Bezugsfläche gilt hierbei eine Bodenebene auf welcher ein Kraftfahrzeug mit bestimmungsgemäß eingebauter Antriebsvorrichtung abgestellt ist. Ein Fluidpegelstand unterhalb des Luftspalts des Elektromotors hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine unbeabsichtigte Beeinflussung des Rotors durch das Wärmeleitfluid vermeidbar ist. Ein Ölpegelstand oberhalb des Luftspalts des Elektromotors hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine besonders vorteilhafte Schmierung des Getriebes bzw. einer Kupplung zum mechanischen koppeln von Rotor und Getriebe, insbesondere einer Lamellenkupplung, erzielbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Antriebsvorrichtung die Getrieberaumwand und die Motorraumwand als Teilbereiche einer gemeinsamen Vorrichtungswand ausgebildet. Mit anderen Worten sind der Getrieberaum und der Motorraum von der Vorrichtungswand umgeben. Die Vorrichtungswand ist vorzugsweise als Gussteil ausgebildet. Vorzugsweise ist die Vorrichtungswand mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet, um eine Montage bzw. Demontage von Elektromotor und/oder Getriebe zu verbessern. Eine derartige Antriebsvorrichtung ist auf vorteilhafte Weise mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar.
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Vorzugsweise weisen die Getrieberaumwand und/oder die Motorraumwand mehrere Wandsegmente auf. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Getrieberaumwand und/oder die Motorraumwand zwei Wandsegmente aufweist. Eine derartige Antriebsvorrichtung ist auf vorteilhafte Weise mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar. Zudem ist eine Montage bzw. Demontage von Elektromotor und/oder Getriebe auf diese Weise verbessert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Motorraumwand mindestens ein Kühlkanal zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet. Der Kühlkanal kann beispielsweise gemäß einem Kühlkanal einer herkömmlichen Wasserkühlung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Kühlkanal ausgebildet, die Motorraumwand in Abhängigkeit einer vom Wärmeleitfluid bereitstellbaren Kühlung des Wickelkopfes derart zu kühlen, dass der Stator besonders gleichmäßig gekühlt wird. Wenn beispielsweise mittels des Wärmeleitfluids ein unterer Teil des Stators besonders stark kühlbar ist, während einem oberen Teil des Stators eine schlechtere Kühlung bereitstellbar ist, ist der Kühlkanal vorzugsweise ausgebildet, diese Kühldifferenz auszugleichen und den oberen Teil des Stators besser als den unteren Teil zu kühlen. Dies kann beispielsweise durch Anzahl, Größe und Verlauf des Kühlkanals bzw. der Kühlkanäle realisiert werden. So kann beispielsweise erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sich der Kühlkanal nur über einen oberen Bereich der Motorraumwand erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich der Kühlkanal über den oberen Bereich und einen unteren Bereich der Motorraumwand bzw. vorzugsweise über den kompletten Umfang der Motorraumwand. Ein Kühlkanal hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln eine verbesserte Kühlung des Stators bereitstellbar ist. Unter einer verbesserten Kühlung wird im Rahmen der Erfindung beispielsweise eine stärkere und/oder gleichmäßigere Kühlung des Stators verstanden.
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Besonders bevorzugt ist der Wickelkopf des Stators über eine starre Wärmeleitvergussmasse mit der Motorraumwand thermisch leitend verbunden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der gesamte Wickelkopf oder nur ein Teilbereich des Wickelkopfes in die Wärmeleitvergussmasse eingegossen ist. Unter einer Wärmeleitvergussmasse wird eine Vergussmasse mit besonders guten wärmeleitenden Eigenschaften verstanden, sodass eine gute Wärmeabfuhr vom Wickelkopf gewährleistet ist. Vorzugsweise ist die Wärmeleitvergussmasse als elektrischer Isolator ausgebildet. Es ist weiter bevorzugt, dass mittels der Wärmeleitvergussmasse ein Spalt zwischen Wickelkopf und Motorgehäuse ausgegossen bzw. zumindest teilweise ausgegossen ist. Die Wärmeleitvergussmasse ist vorzugsweise derart beschaffen, dass diese bei Betriebstemperatur der Antriebsvorrichtung starr, erstarrt, fest oder zumindest derart hochviskos ist, dass kein Fließen der Wärmeleitvergussmasse stattfindet. Vorzugsweise hat die Wärmeleitvergussmasse eine höhere Viskosität als das Wärmeleitfluid. Eine Wärmeleitvergussmasse hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeanbindung des Stators, insbesondere des Wickelkopfes, an das Maschinengehäuse verbesserbar ist. Überdies ist mittels der Wärmeleitvergussmasse in Verbindung mit einer Wickelkopfabdichtvorrichtung eine verbesserte Abdichtung des Luftspalts zum Maschinengehäusewand erzielbar.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Wickelkopf mittels einer Wickelkopfdichtungsvorrichtung zum Rotor abgedichtet ist. Die Wickelkopfdichtungsvorrichtung ist vorzugsweise als Dichtzylinder ausgebildet, welcher vom Wickelkopf umgeben ist und sich um einen Teilabschnitt des Rotors erstreckt. Vorzugsweise ist die Wickelkopfdichtungsvorrichtung derart zum Stator, insbesondere zum Wickelkopf und/oder Statorblechpaket sowie zum Rotor und/oder zur Maschinengehäusewand abgedichtet, dass hierdurch ein abgeschlossener Wärmeleitfluidraum im Motorraum bereitgestellt wird. Für diese Abdichtung weist die Antriebsvorrichtung vorzugsweise eine Vergussmasse, insbesondere eine Wärmeleitvergussmasse, auf. Ein Einfließen des Wärmeleitfluids in den Luftspalt ist auf diese Weise vermeidbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein sich über den Luftspalt erstreckender Fluidpegelstand erzielbar ist. Hierdurch ist eine verbesserte Kühlung des Stators erreichbar.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung gelöst. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Kühlung des Stators, insbesondere der Wickelköpfe des Stators bereitgestellt ist, wobei die Gefahr einer Überhitzung des Getriebeöls durch die Trennung von Maschinenraum und Getrieberaum deutlich reduziert ist. Überdies bietet das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug den Vorteil, dass als Wärmeleitfluid ein vom Getriebeöl verschiedenes Medium mit verbesserten Wärmeleiteigenschaften und/oder einer höheren Viskosität verwendbar ist, sodass der Wärmetransport verbesserbar oder das Risiko eines ungewollten Eindringens des Wärmeleitfluids in den Luftspalt bzw. eines ungewollten Kontaktierens des Rotors durch das Wärmeleitfluid erheblich reduzierbar ist.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Schnittdarstellung eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
- 2 in einer Schnittdarstellung eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
- 3 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt einer bevorzugten dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
- 4 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, und
- 5 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Antriebsvorrichtung 1 weist einen Elektromotor 3 und ein mit dem Elektromotor 3 gekoppeltes Getriebe 6 auf. Der Elektromotor 3 weist einen Stator 5 mit einem Statorblech 7 auf, um welches eine Statorwicklung 8 angeordnet ist. An Endbereichen des Statorblechs 7 ist die Statorwicklung 8 als Wickelkopf 9 ausgebildet. Ferner weist der Elektromotor 3 einen um eine Rotorachse R rotierbaren Rotor 4 auf, welcher im Wesentlichen innerhalb des Stators 5 angeordnet ist. Endbereiche des Rotors 4 ragen aus dem Stator 5 heraus und sind drehbar an einer Motorraumwand 14 der Antriebsvorrichtung 1 gelagert. Die Motorraumwand 14 umgibt einen als Nassraum ausgebildeten Motorraum 12 wobei der Stator 5 im Motorraum 12 angeordnet ist und in einem Presssitz zwischen in eine hohlzylinderförmige Motorraumwand 14 gepresst ist. In der hohlzylinderförmigen Motorraumwand 14 sind Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet. Zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 6 ist ein Luftspalt 10 ausgebildet. Im Motorraum 12 ist ein Wärmeleitfluid Wangeordnet, wobei ein Fluidpegelstand F des Wärmeleitfluids W niedriger als der untere Luftspalt 10 ist.
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Neben dem Motorraum 12 weist die Antriebsvorrichtung 1 einen Getrieberaum 11 auf, welcher durch eine Getrieberaumwand 13 nach außen begrenzt ist. Der Getrieberaum 11 ist ebenfalls als Nassraum ausgebildet. Im Getrieberaum 11 sind das Getriebe 6 und ein Getriebeöl G mit einem Ölpegelstand P angeordnet. Der Ölpegelstand P ist höher als der untere Luftspalt 10. Der Motorraum 12 ist durch eine Motorraumdichtungsvorrichtung 15 zum Getrieberaum 11 abgedichtet. Hierdurch wird ein Vermischen von Getriebeöl G und Wärmeleitfluid W vermieden.
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2 zeigt eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser Darstellung ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit der Rotor 4 nicht gezeigt. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass zwischen dem Wickelkopf 9 und einem Lagersitz einer Lagerung des Rotors 4 eine Wickelkopfdichtungsvorrichtung 18 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Wickelkopf 9 in eine Vergussmasse eingegossen, um eine bessere Abdichtung zu erzielen. Auf diese Weise ist der Luftspalt 10 von einem Teil des Motorraums 12 fluiddicht getrennt. Somit ist der Fluidpegelstand F wesentlich erhöhbar, ohne dass ein Eindringen des Wärmeleitfluids W in den Luftspalt 10 droht. Dies hat den Vorteil, dass eine Kühlung der Wickelköpfe 9 mittels des Wärmeleitfluids W verbessert ist.
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In 3 ist ein Ausschnitt einer bevorzugten dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. In dieser dritten Ausführungsform ist eine zusätzliche Wärmeleitvergussmasse 17 in den Motorraum 12 zwischen Wickelkopf 9 und Motorraumwand 14 eingebracht und stellt somit eine wärmeleitende Verbindung zwischen Wickelkopf 9 und Motorraumwand 14 her. Auf diese Weise ist ein Wärmetransport vom Wickelkopf 9 zur Motorraumwand 14 verbessert. Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass Wärmeleitvergussmasse 17 eine seitliche Stirnseite der Wickelköpfe 9 mit der benachbarten Motorraumwand 14 verbindet, um einen Wärmetransport zu verbessern. Vorzugsweise ist die Wärmeleitvergussmasse 17 derart porös und/oder derart ausgebildet, dass das Wärmeleitfluid W durch die Wärmeleitvergussmasse 17 oder durch von der Wärmeleitvergussmasse 17 gebildete Kanäle hindurchfließen kann. Auf diese Weise ist eine robuste Wärmeabfuhr bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs 2 (vgl. 5) gewährleistbar.
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In 4 ist ein Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. In dieser Ansicht ist deutlich erkennbar, dass der Fluidpegelstand F niedriger als der Luftspalt 10 ist, sodass eine zusätzliche Abdichtung zum Luftspalt 10 nicht erforderlich ist. Ein unterer Teil des Wickelkopfs 9 ist in das Wärmeleitfluid W getaucht und weist somit eine Verbesserte Kühlung auf. Um diese asymmetrische Kühlung des Wickelkopfs 9 zu kompensieren oder zumindest teilweise zu kompensieren, ist der Kühlkanal 16 vorzugsweise ausgebildet, die nicht direkt vom Wärmeleitfluid W gekühlten Teile des Wickelkopfes 9 stärker oder zumindest teilweise stärker zu kühlen als den bereits vom Wärmeleitfluid W gekühlten Teil des Wickelkopfs 9. Vorzugsweise ist der Kühlkanal 16 ausgebildet, den Teil des Wickelkopfs 9, welcher dem vom durch den Wärmeleitfluid W gekühlten Teil des Wickelkopfs 9 entgegengesetzt ist, stärker zu kühlen als die übrigen Teile des Wickelkopfs 9.
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5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht. In dieser bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 2 an jedem Rad eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Elektromotor
- 4
- Rotor
- 5
- Stator
- 6
- Getriebe
- 7
- Statorblech
- 8
- Statorwicklung
- 9
- Wickelkopf
- 10
- Luftspalt
- 11
- Getrieberaum
- 12
- Motorraum
- 13
- Getrieberaumwand
- 14
- Motorraumwand
- 15
- Motorraumdichtungsvorrichtung
- 16
- Kühlkanal
- 17
- Wärmeleitvergussmasse
- 18
- Wickelkopfdichtungsvorrichtung
- F
- Fluidpegelstand
- G
- Getriebeöl
- P
- Ölpegelstand
- R
- Rotorachse
- W
- Wärmeleitfluid
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017213513 A1 [0009]
- DE 102014204088 A1 [0009]
- DE 102016204980 A1 [0009]
