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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
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Eine elektrische Maschine, die ein Kraftfahrzeug antreibt, wird mit hohen Leistungen betrieben. Dies bedeutet, jedoch auch, dass viel Wärme entsteht, die als Abwärme von der elektrischen Maschine möglichst gut abgeführt werden muss, um beispielsweise Lager oder eine Rotorwelle der elektrischen Maschine nicht zu schädigen. Die durch die hohen Leistungen entstehende Wärme kann darüber hinaus auch leistungsgrenzend sein. Sehr kritisch ist dabei die Temperatur in den Wickelköpfen. Ab Erreichen einer bestimmten Wickelkopftemperatur senkt typischerweise eine Steuerung der elektrischen Maschine deren Leistung, was auch unter dem Begriff „Derating“ bekannt ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, Abwärme insbesondere von Wickelköpfen einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs besser abzuführen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Kühlkonzept für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs bereit. Die elektrische Maschine kann insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dienen, entweder allein oder in Kombination mit einem Verbrennungskraftmotor. Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wickelkopfkühlung der elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei Wärme insbesondere aus den Wickelköpfen der elektrischen Maschine mittels einer kombinierten Luft- und Wasserkühlung abgeführt wird. Auf diese Weise wird eine sehr effektive Kühlung insbesondere der Wickelköpfe ermöglicht.
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In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator mit wenigstens einem Wickelkopf. Dabei nimmt Kühlfluid (insbesondere ein Kühlwasser, z.B. eine Mischung aus Wasser und Glysantin) das im Bereich des wenigstens einen Wickelkopfs fließt, und Wärme von dem wenigstens einen Wickelkopf auf. Weiterhin nimmt Luft, die im Bereich des wenigstens einen Wickelkopfs strömt, Wärme von dem Kühlfluid auf. Somit wird ermöglicht, dass das Kühlfluid den Wickelkopf kühlt, und dass die Luft das Kühlfluid (rück)kühlt. Insbesondere fließt in diesem Zusammenhang das Kühlfluid mit geringerem Abstand an dem Wickelkopf vorbei, als die Luft an dem Wickelkopf vorbeiströmt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Kühlfluid in einem Fluidkanal fließt, der an den Wickelkopf angrenzt, wohingegen die Luft in einem Luftkanal strömt, der an den Fluidkanal angrenzt.
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So umfasst die elektrische Maschine in einer Ausführungsform einen ersten Fluidkanal und einen zweiten Fluidkanal. Dabei nimmt Kühlfluid, welches in dem ersten Fluidkanal fließt, Wärme von dem ersten Wickelkopf auf, wobei der erste Fluidkanal in einer axialen Richtung der elektrischen Maschine benachbart zu einer Stirnseite des ersten Wickelkopfs angeordnet ist. Auf der anderen axialen Seite der elektrischen Maschine nimmt gemäß dieser Ausführungsform Kühlfluid, welches in dem zweiten Fluidkanal fließt, Wärme von dem zweiten Wickelkopf auf, wobei der zweite Fluidkanal in der axialen Richtung der elektrischen Maschine benachbart zu einer Stirnseite des zweiten Wickelkopfs angeordnet ist.
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Die elektrische Maschine kann weiterhin einen ersten Luftkanal und einen zweiten Luftkanal umfassen. Der erste Luftkanal ist dabei getrennt von dem ersten Fluidkanal und benachbart zu dem ersten Fluidkanal angeordnet. Unter „getrennt“ ist dabei zu verstehen, dass sich keine Luft, die in dem ersten Luftkanal strömt, mit Fluid mischen kann, die in den ersten Fluidkanal fließt. Dabei nimmt in dem ersten Luftkanal strömende Luft Wärme von dem in dem ersten Fluidkanal fließenden Kühlfluid auf. Auf der anderen axialen Seite der elektrischen Maschine ist in ähnlicher Weise der zweite Luftkanal getrennt von dem zweiten Fluidkanal und benachbart zu dem zweiten Fluidkanal angeordnet. Dabei nimmt in dem zweiten Luftkanal strömende Luft Wärme von dem in dem zweiten Fluidkanal fließenden Kühlfluid auf.
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Die kombinierte Luft- und Wasserkühlung kann insbesondere ermöglicht werden, indem ein Gehäuse und optional auch ein Gehäusedeckel der elektrischen Maschine derart ausgeführt ist, dass die vorstehend beschriebene Kühlung der Wickelköpfe installiert werden kann. In diesem Sinne umfasst die elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Gehäuse. Das Gehäuse wiederum weist ein stirnseitiges Gehäuseteil auf, welches die elektrische Maschine auf einer ersten axialen Stirnseite der elektrischen Maschine zumindest teilweise verschließt. Der erste Luftkanal wird gemäß dieser Ausführungsform zumindest zum Teil durch das stirnseitige Gehäuseteil geformt. Beispielsweise kann das stirnseitige Gehäuseteil den ersten Luftkanal derart Formen, dass er eine offene Seite behält, die wiederum beispielsweise durch ein weiteres Bauteil geschlossen werden kann, z.B. durch ein weiteres Bauteil, welches den ersten Fluidkanal formt.
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Auf ihrer anderen axialen Stirnseite kann die elektrische Maschine weiterhin einen Gehäusedeckel aufweisen. Dieser Gehäusedeckel kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass er die elektrische Maschine auf der zweiten axialen Stirnseite zumindest teilweise verschließt, und dass er gleichzeitig zumindest einen Teil des zweiten Luftkanals formt. Ähnlich wie bereits im Zusammenhang mit dem Gehäuse beschrieben, kann auch der Deckel den zweiten Luftkanal derart Formen, dass er beispielsweise eine offene Seite behält, die wiederum insbesondere durch ein weiteres Bauteil geschlossen werden kann, z.B. durch ein weiteres Bauteil, welches den zweiten Fluidkanal formt.
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Besonders effektiv und effizient ist die Kühlung der elektrischen Maschine, wenn eine Luftkühlung ermöglicht wird, gemäß derer Luft innerhalb der elektrischen Maschine zirkuliert und dabei einerseits Wärme von zu kühlenden Komponenten aufnimmt, z.B. von den Wickelköpfen oder von einer Rotorwelle, und andererseits wieder abgeben kann, insbesondere an eine äußere Umgebung der elektrischen Maschine. In diesem Sinne umfasst die elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform einen geschlossenen Luftkreislauf und einen Ventilator, der innerhalb des geschlossenen Luftkreislaufs angeordnet ist. Dieser geschlossene Luftkreislauf umfasst die bereits weiter oben näher beschriebenen beiden Luftkanäle, d. h. der erste Luftkanal und der zweite Luftkanal bilden einen Abschnitt des geschlossenen Luftkreislaufs.
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Der Ventilator fördert dabei Luft innerhalb des geschlossenen Luftkreislaufs, d. h. er bringt Luft, die sich innerhalb des geschlossenen Luftkreislauf befindet, zum Zirkulieren.
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Besonders vorteilhaft für die Kühlung der elektrischen Maschine ist es, wenn die innerhalb des geschlossenen Luftkreislaufs zirkulierende Luft Wärme von einer Rotorwelle der elektrischen Maschine aufnehmen kann. Diesem Zweck kann die elektrische Maschine einen Rotor mit einer Rotorwelle sowie der Luftkreislauf einen Rotorluftkanal aufweisen. Der Rotorluftkanal kann dabei beispielsweise in der axialen Richtung der elektrischen Maschine entlang der Rotorwelle oder durch die Rotorwelle verlaufen. Dazu kann die Rotorwelle derart geformt sein, dass sie zumindest einen Teil des Rotorluftkanals formt. Beispielsweise kann die Rotorwelle dazu einen sternförmigen oder kreuzförmigen Querschnitt aufweisen, sodass Freigänge gebildet werden, über welche die Luft die Rotorwelle durchströmen kann. Der Rotorluftkanal kann an seinen beiden axialen Enden einerseits mit dem ersten Luftkanal und andererseits mit dem zweiten Luftkanal verbunden sein, wobei Luft aus dem zweiten Luftkanal in den Rotorluftkanal einströmt, und wobei Luft aus dem Rotorluftkanal aus dem Rotorluftkanal ausströmt und in den ersten Luftkanal strömt. In dem Rotorluftkanal strömende Luft nimmt dabei Wärme von der Rotorwelle auf.
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Luft, die Wärme von den Wickelköpfen und von der Rotorwelle aufgenommen hat, kann zumindest einen Teil dieser Wärme gemäß einer weiteren Ausführungsform au-ßen in der Nähe einer insbesondere wassergekühlten Statorkühlbuchse wieder abgeben, sodass die Luft rückgekühlt wird und anschließend wieder Wärme aufnehmen kann, um die Elemente der elektrischen Maschine weiter zu kühlen (geschlossener Luftkreislauf). In diesem Sinne umfasst die elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Statorkühlbuchse und der Luftkreislauf einen Statorluftkanal. Die Statorkühlbuchse umgibt dabei den Stator in einer radialen Richtung der elektrischen Maschine, wobei das Gehäuse die Statorkühlbuchse in der radialen Richtung der elektrischen Maschine umgibt. Der Statorluftkanal kann in der axialen Richtung der elektrischen Maschine entlang eines äußeren Umfangs der Statorkühlbuchse verlaufen. Dabei ist der Statorluftkanal an seinen beiden Enden einerseits mit dem ersten Luftkanal und andererseits mit dem zweiten Luftkanal verbunden, wobei Luft aus dem ersten Luftkanal in den Statorluftkanal strömt, und wobei Luft aus dem Statorluftkanal in den zweiten Luftkanal strömt. Das Gehäuse nimmt Wärme von der Luft auf, die in dem Statorluftkanal strömt, und gibt die aufgenommene Wärme zumindest zum Teil wieder an eine äußere Umgebung der elektrischen Maschine ab.
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Sofern die Statorkühlbuchse ein Fluid leitet, insbesondere Kühlwasser, welches den Stator kühlen soll, insbesondere den Statorkern und gegebenenfalls auch die Wickelköpfe des Stators, so kann dieses Fluid ebenfalls dazu benutzt werden, um die Luft abzukühlen, die zuvor Wärme von den beiden Wickelköpfen des Stators und von der Rotorwelle aufgenommen hat. Auf diese Weise kann die erwärmte Luft sowohl über das Gehäuse und dessen Umgebung abgekühlt werden als auch über das Kühlwasser der Statorkühlbuchse. Die Statorkühlbuchse kann dazu einen von dem Statorluftkanal getrennten Statorfluidkanal bilden, wobei ein Fluid durch den Statorfluidkanal fließt und dabei Wärme von dem Stator aufnimmt. Der Statorluftkanal kann zwischen der Statorkühlbuchse und dem Gehäuse angeordnet sein, wobei dasjenige Fluid, welches durch den Statorfluidkanal fließt, Wärme von der Luft aufnimmt, die durch den Statorluftkanal strömt. Der Statorfluidkanal kann zu dem Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine gehören. Diese Ausführungsform ermöglicht, besonders viel Wärme von dem Stator abzuführen. Weiterhin können derselbe Kühler zur Rückkühlung von Kühlfluid und dieselbe Pumpe zur Förderung von Kühlfluid genutzt werden, um den ersten und den zweiten Fluidkanal sowie den Statorfluidkanal mit gekühltem Kühlfluid zu versorgen. Dadurch können Bauteile, Montage- und Wartungsaufwand sowie Kosten gespart werden.
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In diesem Sinne umfasst der Stator in einer weiteren Ausführungsform einen Statorkern, wobei die Statorkühlbuchse einen Statorfluidkanal bildet, der zwischen dem Statorkern und der Statorkühlbuchse angeordnet ist. Ein Fluid fließt durch den Statorfluidkanal und nimmt dabei Wärme von dem Statorkern auf, wobei der Statorluftkanal getrennt von dem Fluidkanal zwischen der Statorkühlbuchse und dem Gehäuse angeordnet ist. Dasjenige Kühlfluid, welches durch den Fluidkanal fließt, nimmt Wärme von der Luft auf, die durch den Statorluftkanal strömt.
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Die Fluidkanäle können zwischen Gehäuseteilen (z.B. dem vorstehend beschriebenen Gehäuse und Gehäusedeckel der elektrischen Maschine) und dem betreffenden Wickelkopf eingeklemmt sein (Zentrierung und Fixierung). Insbesondere wird gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Fluidkanäle jeweils zweiteilig ausgeführt sind. Dabei umfassen die Fluidkanäle jeweils ein flexibles Element, das insbesondere wie eine Membran wirkt. Das flexible Element kann sich sehr gut an die Kontur des Wickelkopfs anschmiegen. Weiterhin umfassen die Fluidkanäle jeweils ein starres Element (z.B. ein Blechpressteil), das z.B. in den Gehäuseteilen (Deckel oder Gehäuse der elektrischen Maschine) positioniert ist. Durch Anlegen der Membran an die Wickelköpfe entsteht durch Deformation eine besonders große Kontaktfläche. Dies ermöglicht eine sehr gute Wärmeleitung.
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In diesem Sinne umfasst der erste Fluidkanal gemäß einer weiteren Ausführungsform ein starres Element und ein flexibles Element. Das starre Element und das flexible Element begrenzen gemeinsam den ersten Fluidkanal, wobei das flexible Element an einer Außenkontur der axialen Stirnseite des ersten Wickelkopfs anliegt. Das flexible Element ist dazu eingerichtet, sich an die Außenkontur der axialen Stirnseite des ersten Wickelkopfs anzupassen. Alternativ oder zusätzlich umfasst der zweite Fluidkanal gemäß dieser Ausführungsform ebenfalls ein starres Element und ein flexibles Element, wobei das starre Element und das flexible Element gemeinsam den zweiten Fluidkanal begrenzen. Dabei liegt das flexible Element an einer Außenkontur der axialen Stirnseite des zweiten Wickelkopfs an und ist dazu eingerichtet, sich an die Außenkontur der axialen Stirnseite des zweiten Wickelkopfs anzupassen.
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Unter „fluiddicht“ kann verstanden werden, dass das Kühlfluid, welches sich in dem Kühlkanal befindet, nicht über das starre Element und das flexible Element in einen Innenraum der elektrischen Maschine gelangt, wenn die Kühlkanalanordnung in der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dadurch kann der Innenraum der elektrischen Maschine trocken, d.h. frei von Kühlfluid, gehalten werden. Dadurch können beispielsweise Planschverluste durch den rotierenden Rotor vermieden werden. Bei dem Kühlfluid kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, z.B. gemischt mit einem Additiv wie Glysantin®.
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Das Kühlfluid kann im Sinne eines Kühlwasserkreislaufs durch einen Einlass dem Kühlkanal zugeführt, durch den Kühlkanal zur Wärmeabfuhr parallel (getrennt lediglich durch das flexible Element) an der axialen Stirnseite des Wickelkopfs entlanggeführt, anschließend über einen Auslass abgeführt, außerhalb des Kühlkanals rückgekühlt (beispielsweise mittels eines Kühlers bzw. Wärmetauschers) und anschließend durch den Einlass erneut dem Kühlkanal zugeführt werden.
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In einer Ausführungsform ist das starre Element ringförmig und weist einen U-förmigen Querschnitt auf, sodass das starre Element einen ringförmigen Kühlkanal bildet, der auf einer ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und auf einer zweiten axialen Stirnseite offen ist, die der ersten Stirnseite abgewandt ist. Das flexible Element ist in dieser Ausführungsform ebenfalls von ringförmiger Gestalt, sodass das flexible Element dazu eingerichtet ist, den ringförmigen Kühlkanal auf der zweiten axialen Stirnseite zu verschließen. Das starre Element und das flexible Element sind fluiddicht miteinander verbunden, sodass sie gemeinsam den fluiddichten Kühlkanal bilden. Diese Ausführungsform kommt mit lediglich zwei ringförmigen Dichtstellen zwischen dem starren Element und dem flexiblen Element aus.
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In einer weiteren Ausführungsform sind das starre Element und das flexible Element durch eine Vulkanisation, eine Klebeverbindung eine Schweißverbindung oder eine Klemmverbindung miteinander verbunden. Das flexible Element ist insbesondere an einem radial inneren und einem radial äußeren Schenkel des im Querschnitt U-förmigen starren Elements befestigt. Die Schnittstelle zwischen dem flexiblen Element und dem betreffenden Schenkel des starren Elements muss fluiddicht sein. Dies kann besonders gut über Klemmstellen, Kleben, Vulkanisieren oder Verschweißen erfolgen.
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Das flexible Element ist bevorzugt aus einem wärmeleitenden Material hergestellt, sodass Kühlfluid, welches sich innerhalb der Kühlkanalanordnung befindet, über das flexible Element Wärme von dem zu kühlenden Wickelkopf aufnehmen kann, sodass der Wickelkopf gekühlt wird. Beispielsweise kann das flexible Element aus Gummi oder Kautschuk, z.B. FKM (Fluorkautschuk), hergestellt sein. Es gibt hierzu eine breite Auswahl geeigneter Kunststoffmischungen. Wichtig sind die Temperaturbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit des Materials.
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Das flexible Element kann weiterhin aus einem Komposit-Material hergestellt sein. Ein Komposit-Material bzw. ein Verbundmaterial ist ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, wobei dieser Werkstoff andere Werkstoffeigenschaften besitzt als die einzelnen miteinander verbundenen Materialien. Komposit-Materialien sind vorteilhaft, da sie durch die Verwendung von zwei oder mehreren Materialien die günstigen Eigenschaften von verschiedenen Materialien kombinieren können.
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Das starre Element kann ein kostengünstig herstellbares Blechpressteil sein.
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Das starre Element des ersten Fluidkanals kann in eine zu der Außenkontur des starren Elements passende Ausnehmung des Gehäuseteils der elektrischen Maschine eingelegt sein (Zentrierung und Fixierung), wobei das flexible Element des ersten Fluidkanals derart an dem ersten Wickelkopf anliegt, dass sich die Oberfläche des flexiblen Elements an eine Außenkontur des ersten Wickelkopfes anpasst. Weiterhin kann das starre Element des zweiten Fluidkanals in eine zu der Außenkontur des starren Elements passende Ausnehmung des Gehäusedeckels der elektrischen Maschine eingelegt sein, wobei das flexible Element des zweiten Fluidkanals derart an dem zweiten Wickelkopf anliegt, dass sich die Oberfläche des flexiblen Elements an eine Außenkontur des zweiten Wickelkopfes anpasst.
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Die elektrische Maschine kann als Motor oder als Generator betrieben werden. Wenn die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, kann eine insbesondere zeitvariable Spannung an den Stator und an die darin befindlichen Wicklungen angelegt werden, um ein zeitvariables Magnetfeld zu erzeugen, das im Rotor wirkt, um ein Drehmoment zu induzieren und damit eine Drehbewegung zu erzeugen. Wenn die elektrische Energie als Generator betrieben wird, kann beispielsweise elektrische Energie durch Induktion eines variierenden Magnetfeldes (z.B. durch Rotation des Rotors) in einen geschleiften oder gewickelten Leiter des Stators erzeugt werden, um einen Strom in den Leiter zu induzieren.
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In einer Ausführungsform weist das starre Element des ersten Fluidkanals einen eingangsseitigen Anschluss zum Zufluss von Kühlfluid in den ersten Fluidkanal auf.
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Weiterhin weist das starre Element des ersten Fluidkanals einen ausgangsseitigen Anschluss zum Abfluss von Kühlfluid aus dem ersten Fluidkanal auf. Dabei ist der eingangsseitige Anschluss fluiddicht mit einem ersten Anschluss eines Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine verbunden, und der ausgangsseitige Anschluss ist fluiddicht mit einem zweiten Anschluss des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine verbunden.
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Auf ähnliche Weise kann das starre Element des zweiten Fluidkanals einen eingangsseitigen Anschluss zum Zufluss von Kühlfluid in den zweiten Fluidkanal aufweisen, wobei das starre Element des zweiten Fluidkanals weiterhin einen ausgangsseitigen Anschluss zum Abfluss von Kühlfluid aus dem zweiten Fluidkanal aufweist. Dabei ist der eingangsseitige Anschluss fluiddicht mit einem ersten Anschluss des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine verbunden, und der ausgangsseitige Anschluss ist fluiddicht mit einem zweiten Anschluss des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine verbunden.
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Vorteilhafterweise sind sowohl der erste Fluidkanal als der zweite Fluidkanal mit demselben Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine verbunden. Bei den genannten Anschlüssen des Kühlwasserkreislaufs kann es sich beispielsweise um Hydraulikstecker handeln, z.B. aus einem Metall. Der Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine umfasst insbesondere eine Hydraulikpumpe zur Umwälzung des Kühlfluids innerhalb des Kühlwasserkreislaufs und einen Wärmetauscher zur Rückkühlung von Kühlfluid, welches zuvor Wärme von zu kühlenden Komponenten der elektrischen Maschine aufgenommen hat.
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Der eingangsseitige Anschluss und der erste Anschluss des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine können durch eine Vulkanisation, eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung miteinander verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich können der ausgangsseitige Anschluss und der zweite Anschluss des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine durch eine Vulkanisation, eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung miteinander verbunden sein. Die Verbindung zwischen den betreffenden Anschlüssen kann weiterhin vorteilhaft durch eine Flächendichtung oder einen Dichtring zwischen dem eingangsseitige/ausgangsseitigen Anschluss des Kühlwasserkanals und dem ersten/zweiten Hydraulikanschluss des Kühlwasserkreislaufs realisiert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches eine elektrische Maschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Das Kraftfahrzeug kann einen elektrischen Achsantrieb aufweisen, der von der elektrischen Maschine angetrieben wird. Die elektrische Maschine ist dabei derart in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine angetrieben werden kann, wenn sich die elektrische Maschine im Motorbetrieb befindet. Weiterhin kann die elektrische Maschine derart innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, dass die elektrische Maschine durch das Kraftfahrzeug angetrieben wird, wenn sich die elektrische Maschine im Generatorbetrieb befindet. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Nutzfahrzeug, ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Motorrad, Motorroller, Moped, Fahrrad, E-Bike, Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z.B. mit einem Gewicht von über 3,5 t), oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug wie Helikopter oder Flugzeug. Mit anderen Worten ist die Erfindung in allen Bereichen des Transportwesens wie Automotive, Aviation, Nautik, Astronautik etc. einsetzbar. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise zu einer Fahrzeugflotte gehören. Das Kraftfahrzeug kann durch einen Fahrer gesteuert werden, möglicherweise unterstützt durch ein Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug kann jedoch auch beispielsweise ferngesteuert und/oder (teil-)autonom gesteuert werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine Längsschnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 2 die elektrische Maschine nach 1 in einer alternativen Schnittdarstellung,
- 3 einen Teil eines Gehäuses der elektrischen Maschine nach 1 in einer perspektivischen Darstellung, mit Blickrichtung auf den Innenraum, welcher für die Installation der elektrischen Maschine vorgesehenen ist,
- 4 einen Teil eines Gehäusedeckels der elektrischen Maschine nach 1 in einer perspektivischen Darstellung, mit Blickrichtung auf den Innenraum, welcher für die Installation der elektrischen Maschine vorgesehenen ist,
- 5 eine perspektivische Darstellung des Gehäusedeckels nach 4, wobei in den Gehäusedeckel ein Fluidkanal eingelegt ist, der aus einem flexiblen und einem starren Element geformt ist,
- 6 eine perspektivische Ansicht des starren Elements und des flexiblen Elements nach 5,
- 7 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, das durch die elektrische Maschine nach 1 angetrieben werden kann, und
- 8 eine Draufsicht auf einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, das durch die elektrische Maschine nach 1 angetrieben werden kann.
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1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Stator 2 und mit einem Rotor 3. Die elektrische Maschine 1 umfasst weiterhin ein Gehäuse 4 und einen Gehäusedeckel 5. Die elektrische Maschine 1 kann als Motor und als Generator betrieben werden. Die elektrische Maschine 1 kann ein Kraftfahrzeug 6 oder 38 antreiben, das durch 7 bzw. 8 gezeigt ist.
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Wenn die elektrische Maschine 1 als Motor betrieben wird, kann eine zeitvariable Spannung an den Stator 2 und an die darin befindlichen Wicklungen angelegt werden, um ein zeitvariables Magnetfeld zu erzeugen, das im Rotor 3 wirkt, um ein Drehmoment zu induzieren und damit eine Drehbewegung zu erzeugen. Wenn die elektrische Maschine 1 als Generator betrieben wird, kann elektrische Energie durch Induktion eines variierenden Magnetfeldes (z.B. durch Rotation des Rotors 3) in einem geschleiften oder gewickelten Leiter des Stators 2 erzeugt werden, um einen Strom in den Leiter zu induzieren.
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Der Stator 2 umfasst einen Statorkern 7, eine Statorkühlbuchse 8 sowie einen ersten Wickelkopf 9 auf einer ersten Stirnseite S1 der elektrischen Maschine 1 und einen zweiten Wickelkopf 10 auf einer zweiten Stirnseite S2 der elektrischen Maschine 1. Der Statorkern 7 und die Statorkühlbuchse 8 sind fest (d.h. sie rotieren nicht) in dem Gehäuse 4 aufgenommen. Der Statorkern 7 weist einen zylindrischen Innenhohlraum auf, in welchem der Rotor 3 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist drehbar um eine Längsachse L der elektrischen Maschine 1 in einem ersten Wälzlager 11 und in einem zweiten Wälzlager 12 gelagert. Die Längsachse L verläuft in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1.
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Der erste Wickelkopf 9 ist innerhalb eines ersten Wickelkopfraumes 13 angeordnet, der links in 1 dargestellt ist (erste Stirnseite S1). Der zweite Wickelkopf 10 ist innerhalb eines zweiten Wickelkopfraumes 14 angeordnet, der rechts in 1 dargestellt ist (zweite Stirnseite S2).
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Der erste Wickelkopfraum 13 ist ein Hohlraum. In einer axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 wird der erste Wickelkopfraum 13 durch ein Gehäuseteil 19 des Gehäuses 4 begrenzt, wobei das Gehäuseteil 19 die elektrische Maschine 1 auf der ersten Stirnseite S1 verschließt. Der erste Wickelkopfraum 13 wird weiterhin in einer radialen Richtung r der elektrischen Maschine 1 außen durch das Gehäuse 4 begrenzt. Innen in der radialen Richtung r geht der Wickelkopfraum 13 in einen ersten Rotorraum 25 über. Der erste Wickelkopfraum 13 und der erste Rotorraum 25 sind trocken, d.h. es befindet sich kein Kühlfluid innerhalb des ersten Wickelkopfraums 13 und innerhalb des ersten Rotorraums 25.
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Der zweite Wickelkopfraum 14 ist ebenfalls ein Hohlraum. In der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 wird der zweite Wickelkopfraum 14 durch den Gehäusedeckel 5 begrenzt, welcher die elektrische Maschine 1 auf der zweiten Stirnseite S2 nach außen verschließt. Der zweite Wickelkopfraum 14 wird weiterhin in einer radialen Richtung r der elektrischen Maschine 1 außen durch das Gehäuse 4 begrenzt. Innen in der radialen Richtung r geht der zweite Wickelkopfraum 14 in einen zweiten Rotorraum 27 über. Der zweite Wickelkopfraum 14 und der zweite Rotorraum 27 sind trocken, d.h. es befindet sich kein Kühlfluid innerhalb des zweiten Wickelkopfraums 14 und innerhalb des zweiten Rotorraums 27.
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Innerhalb des ersten Wickelkopfraums 13 ist ein ringförmiger erster Fluidkanal 15 angeordnet, der einen starres Element 16, z.B. ein Blechpressteil, und ein flexibles Element 17, z.B. aus einem Kautschuk, umfasst. Das starre Element 16 ist ringförmig und weist einen U-förmigen Querschnitt auf. Ein längerer innerer Schenkel des starren Elements 16 begrenzt den ringförmigen ersten Kühlkanal 15 in der axialen Richtung x auf der zweiten Stirnseite S2 der elektrischen Maschine 1. Zwei kleinere Schenkel begrenzen den ersten Fluidkanal 15 innen bzw. außen in der radialen Richtung r.
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Das starre Element 16 bildet den ersten Fluidkanal 15 somit derart, dass der erste Fluidkanal 15 in der axialen Richtung x auf der ersten Stirnseite S1 geschlossen ist. In Richtung der zweiten Stirnseite S2 hingegen ist der durch das starre Element 16 gebildete erste Fluidkanal 15 offen (6) und wird durch das flexible Element 17 geschlossen (6). Dazu ist das flexible Element 17 ebenfalls ringförmig und komplementär zu dem starren Element 16 geformt. Einander abgewandte Endabschnitte des flexiblen Elements 17 sind derart mit jeweils einem der Schenkel des starren Elements 16 verbunden, dass der durch das starre Element 16 und das flexible Element 17 gebildete erste Fluidkanal 15 geschlossen und fluiddicht ist. Die Verbindung zwischen den Endabschnitten und den Schenkeln kann über Klemmstellen, Klebeverbindungen, Vulkanisieren, Verschweißungen oder andere geeignete Verbindungsverfahren erfolgen, die eine fluiddichte Verbindung zwischen dem starren Element 16 und dem flexiblen Element 17 ermöglichen.
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Das starre Element 16 ist in Richtung der ersten Stirnseite S1 in eine zu der äußeren Kontur des starren Elements 16 passende Ausnehmung 26 (vgl. 3) der inneren Oberfläche des Gehäuses 4 bzw. dessen Gehäuseteil 19 eingesetzt, welches dort einen in axialer Richtung abgestuften Zentrier- und Fixierdurchmesser 18 aufweist ( 3). Das flexible Element 17 liegt an der in Richtung der ersten Stirnseite S1 orientierten äußeren Oberfläche des ersten Wickelkopfs 9 an. Durch seine Flexibilität kann sich das flexible Element 17 wie eine Membran sehr gut an die Kontur des ersten Wickelkopfs 9 anschmiegen. Durch das Anliegen des flexiblen Elements 17 an dem ersten Wickelkopf 9 wie eine Membran ist eine sehr gute Wärmeleitung möglich (große Kontaktfläche durch Deformation).
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Das starre Element 16 weist einen eingangsseitigen Anschluss 28 auf (2, 6), über welchen dem ersten Fluidkanal 15 ein Volumenstrom gekühltes Kühlfluid zugeführt werden kann. Dieser Volumenstrom gekühltes Kühlfluid ist in 6 durch dicke Strömungspfeile innerhalb des starren Elements 16 angedeutet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der eingangsseitige Anschluss 28 an dem inneren Schenkel angeordnet und umfasst eine Bohrung in dem inneren Schenkel sowie ein hohlzylindrisches Anschlussstück. Der eingangsseitige Anschluss 28 ist mit einem durch das Gehäuseteil 19 verlaufenden Leitungselement 29 eines Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine 1 fluiddicht verbunden (2), z.B. über Klemmen, Klebeverbindungen, Vulkanisieren, Verschweißungen oder andere geeignete Verbindungsverfahren erfolgen, die eine fluiddichte Verbindung zwischen dem eingangsseitigen Anschluss 28 und dem Leitungselement 29 des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine 1 ermöglichen.
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Das starre Element 16 weist weiterhin einen ausgangsseitigen Anschluss 56 auf, über welchen aus dem ersten Fluidkanal 15 ein Volumenstrom Kühlfluid abgeführt werden kann, welches zuvor Wärme von dem ersten Wickelkopf 9 aufgenommen hat. Der ausgangsseitige Anschluss 56 kann ebenfalls an dem inneren Schenkel des starren Elements 16 angeordnet sein und eine Bohrung in dem inneren Schenkel sowie ein hohlzylindrisches Anschlussstück umfassen. Der ausgangsseitige Anschluss kann mit einem durch das Gehäuseteil 19 verlaufenden Leitungselement des Kühlwasserkreislaufs der elektrischen Maschine 1 fluiddicht verbunden sein, z.B. über Klemmen, Klebeverbindungen, Vulkanisieren, Verschweißungen oder andere geeignete Verbindungsverfahren erfolgen, die eine fluiddichte Verbindung zwischen ermöglichen.
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Spiegelsymmetrisch zu dem ersten Fluidkanal 15 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb des zweiten Wickelkopfraums 14 ein zweiter Fluidkanal 20 angeordnet. Der zweite Fluidkanal 20 weist mit einem weiteren starren Element 16 und einem weiteren flexiblen Element 17 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel prinzipiell den gleichen Aufbau auf wie der erste Fluidkanal 15. Der zweite Fluidkanal 20 bzw. dessen weiteres starre Element 16 und weiteres flexibles Element 17 sind spiegelsymmetrisch zu dem ersten Fluidkanal 15 angeordnet und an den Kühlwasserkreislauf angeschlossen.
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Das weitere starre Element 16 weist einen eingangsseitigen Anschluss 29 auf, über welchen dem zweiten Fluidkanal 20 ein Volumenstrom gekühltes Kühlfluid zugeführt werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der eingangsseitige Anschluss 29 an dem inneren Schenkel des weiteren starren Elements 16 angeordnet und umfasst eine Bohrung in dem inneren Schenkel. Der Gehäusedeckel 5 umfasst eine in der axialen Richtung verlaufende Bohrung 22 (Zulaufbohrung), die mit dem Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine 1 verbunden ist bzw. ein Teil dieses Kühlwasserkreislaufs ist. Die Bohrung 22 im Gehäusedeckel 5 ist mit der Bohrung in dem inneren Schenkel des weiteren starren Elements 16 verbunden, sodass gekühltes Kühlfluid aus dem Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine 1 in den zweiten Fluidkanal 20 geleitet werden kann, um den zweiten Wickelkopf 10 zu kühlen. Das weitere starre Element 16 weist weiterhin einen ausgangsseitigen Anschluss 23 auf, über welchen aus dem zweiten Fluidkanal 16 ein Volumenstrom Kühlfluid abgeführt werden kann, welches zuvor Wärme von dem zweiten Wickelkopf 10 aufgenommen hat. Der ausgangsseitige Anschluss 23 ist mit einer Ablaufbohrung 24 innerhalb des Gehäusedeckels 5 verbunden. Die Ablaufbohrung 24 ist mit dem Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine 1 verbunden bzw. ist ein Teil dieses Kühlwasserkreislaufs.
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1 und 2 zeigen, dass die Statorkühlbuchse 8 den Stator 2 bzw. dessen Statorkern 7 in der radialen Richtung r außen umgibt. Das Gehäuse 4 wiederum umgibt die Statorkühlbuchse 8 in der radialen Richtung r der elektrischen Maschine 1. Die Statorkühlbuchse 8 weist Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 auf. Die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 können sich beispielsweise teilweise oder vollständig (d.h. 360°) in einer Umfangsrichtung um die Statorkühlbuchse 8 herum erstrecken. Die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 können gemeinsam einen Statorfluidkanal bilden, der beispielsweise spiralförmig verläuft. Alternativ können die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 auch beispielsweise mehrere parallel zueinander verlaufende und mit Abstand in der axialen Richtung x zueinander angeordnete einzelne Statorfluidkanäle bilden. Die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 verlaufen zwischen der Statorkühlbuchse 8 und dem Gehäuse 4 der elektrischen Maschine 1, sodass durch die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 gefördertes Kühlfluid den Statorkern 7 kühlen kann. Kühlfluid, das durch die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 fließt, kann Wärme von dem Statorkern 7 aufnehmen und über das Gehäuse 4 an eine äußere Umgebung 32 der elektrischen Maschine 1 abgegeben, insbesondere an Luft in der äußeren Umgebung 32 der elektrischen Maschine 1. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlfluid durch einen Wärmetauscher (nicht gezeigt) des Kühlwasserkreislaufs rückgekühlt werden. Das Kühlfluid kann mittels einer Pumpe (nicht gezeigt) des Kühlwasserkreislaufs gefördert werden. Die Ausnehmungen 30.1, 30.2, 30.3 können zu demselben Kühlwasserkreislauf gehören wie die Fluidkanäle 15, 20, die durch die starren Elemente 16 und die flexiblen Element 17 gebildet werden.
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Neben der vorstehend genannten Kühlung der elektrischen Maschine 1 durch das Kühlfluid, werden eine Rotorwelle 36 des Rotors 3 sowie die beiden Wickelköpfe 9, 10 durch einen Luftkreislauf gekühlt, der geschlossen innerhalb der elektrischen Maschine 1 verläuft. Der Verlauf des Luftkreislaufs ist in 1, 2 und 5 durch eine Reihe von Strömungspfeilen 37 verdeutlicht. Ein Ventilator 53 ist innerhalb des Luftkreislaufs 37 angeordnet und fördert darin befindliche Luft, sodass sie innerhalb des Luftkreislaufs 37 zirkuliert. Der Ventilator 53, insbesondere dessen Lüfterrad, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel benachbart zu dem ersten Rotorlager 11 drehfest auf der Rotorwelle 36 gelagert.
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Der Luftkreislauf 37 weist einen ersten Luftkanal 54 (1) und einen zweiten Luftkanal 55 (2) auf. Der erste Luftkanal 54 und der zweite Luftkanal 55 verlaufen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der radialen Richtung r der elektrischen Maschine 1 von innen nach außen. Der erste Luftkanal 54 und der zweite Luftkanal 55 umfassen dabei jeweils mehrere Luftkanalabschnitte, welche sternförmig nebeneinander angeordnet sind. Das stirnseitige Gehäuseteil 19 und eine dem ersten Fluidkanal 15 abgewandte Oberfläche des längeren inneren Schenkels des starren Elements 16 begrenzen dabei gemeinsam den ersten Luftkanal 54, sodass der erste Luftkanal 54 von dem ersten Fluidkanal 15 getrennt und in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 benachbart zu dem ersten Fluidkanal 15 angeordnet ist. Dabei sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die einzelnen Luftkanalabschnitte des ersten Luftkanals 54 durch die Zentrier- und Fixier-Elemente 18 voneinander getrennt. Beispielsweise formt das stirnseitige Gehäuseteil 19 im Bereich des ersten Luftkanals 54 insgesamt sechs Zentrier- und Fixier-Elemente 18, welche zwischen sich insgesamt sieben Luftkanalabschnitt der 54.1 bis 54.7 begrenzen und voneinander trennen (3). Fluid, welches durch den ersten Fluidkanal 15 fließt, nimmt Wärme von dem ersten Wickelkopf 9 auf. Luft, die durch den ersten Luftkanal 54 bzw. durch dessen Luftkanalabschnitte 54.1 bis 54.7 strömt, nimmt Wärme von dem Fluid auf, welches durch den ersten Fluidkanal 15 strömt und die Wärme von dem ersten Wickelkopf 9 aufgenommen hat. Auf diese Weise wird der erste Wickelkopf 9 durch Fluid und Luft gekühlt.
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Der Gehäusedeckel 5 und eine dem zweiten Fluidkanal 20 abgewandte Oberfläche des längeren inneren Schenkels des weiteren starren Elements 16 des zweiten Fluidkanals 20 begrenzen gemeinsam den zweiten Luftkanal 55, sodass der zweite Luftkanal 55 von dem zweiten Fluidkanal 20 getrennt und benachbart zu dem zweiten Fluidkanal 20 angeordnet ist. Dabei sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Luftkanalabschnitte des zweiten Luftkanals 20 durch die Zentrier- und Fixier-Element 18 voneinander getrennt (vgl. 4, 5). Fluid, welches durch den zweiten Fluidkanal 20 fließt, nimmt Wärme von dem zweiten Wickelkopf 10 auf. Fluid, welches durch den zweiten Fluidkanal 20 fließt, nimmt Wärme von dem zweiten Wickelkopf 10 auf. Luft, die durch den zweiten Luftkanal 55 bzw. durch dessen Luftkanalabschnitte strömt, nimmt Wärme von dem Fluid auf, welches durch den zweiten Fluidkanal 20 strömt und die Wärme von dem zweiten Wickelkopf 10 aufgenommen hat. Auf diese Weise wird der zweite Wickelkopf 10 durch Fluid und Luft gekühlt.
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Zur Kühlung der Rotorwelle 36 weist der Luftkreislauf 37 einen Rotorluftkanal 57 auf. Der Rotorluftkanal 57 verläuft in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 durch die Rotorwelle 36. Die Rotorwelle 36 bildet den Rotorluftkanal 57 beispielsweise, in dem die Rotorwelle 36 einen sternförmigen Querschnitt aufweist. Auf der zweiten Stirnseite S2 mündet der zweite Luftkanal 55 in den zweiten Rotorraum 27, der wiederum in den Rotorluftkanal 57 mündet (2). Auf diese Weise ist der Rotorluftkanal 57 über den zweiten Rotorraum 27 mit dem zweiten Luftkanal 55 verbunden. Somit kann Luft aus dem zweiten Luftkanal 55 über den zweiten Rotorraum 27 in den Rotorluftkanal 57 strömen. Auf der ersten Stirnseite S1 mündet der Rotorluftkanal 57 in den ersten Rotorraum 25, der wiederum in den ersten Luftkanal 54 mündet (1). Auf diese Weise ist der Rotorluftkanal 57 über den ersten Rotorraum 25 mit dem ersten Luftkanal 54 verbunden. Somit kann Luft aus dem Rotorluftkanal 57 über den ersten Rotorraum 25 in den ersten Luftkanal 54 strömen. Die durch den Rotorluftkanal 57 strömende Luft nimmt Wärme von der Rotorwelle 36 auf und kühlt dadurch die Rotorwelle 36.
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Um die Luft, die zuvor Wärme von dem zweiten Wickelkopf 10, von der Rotorwelle 36 und von dem ersten Wickelkopf 9 aufgenommen hat (in dieser Reihenfolge bzw. Strömungsrichtung), wieder abzukühlen, damit sie im Folgenden erneut Wärme von den vorstehend genannten Komponenten aufnehmen kann (in der vorstehend genannten Reihenfolge bzw. Strömungsrichtung), um diese zu kühlen, weist der Luftkreislauf 37 im Bereich der Statorkühlbuchse 8 einen Statorluftkanal 58 auf. Der Statorluftkanal 58 verläuft in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 entlang des äußeren Umfangs 31 der Statorkühlbuchse 8 zwischen der Statorkühlbuchse 8 und dem Gehäuse 4 der elektrischen Maschine 1. Auf der ersten Stirnseite S1 mündet der erste Luftkanal 54 in den ersten Wickelkopfraum 13, der wiederum in den Statorluftkanal 58 mündet. Auf diese Weise ist der Statorluftkanal 58 über den ersten Wickelkopfraum 13 mit dem ersten Luftkanal 54 verbunden. Somit kann Luft aus dem ersten Luftkanal 54 über den ersten Wickelkopfraum 13 in den Statorluftkanal 58 strömen.
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Auf diese Weise kann Luft, die aus dem ersten Luftkanal 14 über den ersten Wickelkopfraum 13 in den Statorluftkanal 58 strömt, zum einen Wärme an das Gehäuse 4 abgeben, welches die aufgenommene Wärme zumindest zum Teil wieder an die äu-ßere Umgebung 32 der elektrischen Maschine 1 abgeben kann. Zum anderen kann die Luft, die durch den Statorluftkanal 58 strömt, Wärme an das Kühlfluid abgeben, welches durch den Statorfluidkanal 30.1, 30.2, 30.3 strömt. Auf diese Weise wird die Luft, die durch den Statorluftkanal 58 strömt, in beiden radialen Richtungen r (nämlich radial nach innen und radial nach außen) abgekühlt bzw. rückgekühlt. Auf der zweiten Stirnseite mündet der Statorluftkanal 58 in den zweiten Wickelkopfraum 14, der wiederum in den zweiten Luftkanal 55 mündet. Auf diese Weise ist der Statorluftkanal 58 über den zweiten Wickelkopfraum 14 mit dem zweiten Luftkanal 55 verbunden. Somit kann Luft aus dem Statorluftkanal 58 über den zweiten Wickelkopfraum 14 in den zweiten Luftkanal 55 strömen. Da sich die Luft abkühlt, während sie den Statorluftkanal 58 durchströmt, steht stromabwärts des Statorluftkanals 58 erneut kühle Luft zur Verfügung, um insbesondere den zweiten Wickelkopf 10, die Rotorwelle 36 und den ersten Wickelkopf 9 zu kühlen.
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7 zeigt rein beispielhaft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs 6 mit der elektrischen Maschine 1 nach 1. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Hybridfahrzeug 6. Ein Verbrennungskraftmotor 33 kann dabei mit einem Getriebe 34 gekoppelt werden, sodass ein Drehmoment von einer Ausgangswelle des Verbrennungskraftmotors 33 auf eine Eingangswelle des Getriebes 34 übertragen werden kann. Auf ähnliche Weise kann die elektrische Maschine 1 mit dem Getriebe 34 gekoppelt werden, sodass ein Drehmoment von einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine 1 auf eine Eingangswelle des Getriebes 34 übertragen werden kann.
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Bei dem Getriebe 34 kann es sich somit um ein Hybridgetriebe handeln, wobei der Verbrennungskraftmotor 33 und/oder die elektrische Maschine 1 mit dem Getriebe 34 gekoppelt werden können. Das Getriebe 34 kann ein Automatikgetriebe sein. Ein Antrieb des Kraftfahrzeugs 6 kann wahlweise über den Verbrennungskraftmotor 33, den elektrischen Motor 1 (d.h. die elektrische Maschine 1 im Motorbetrieb) oder über eine Kombination beider Antriebsaggregate 1, 33 erfolgen. Der rein beispielhafte Antriebsstrang mit dem Getriebe 34 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Parallelhybrid mit P2-Architektur, wobei die elektrische Maschine 1 zwischen dem Verbrennungskraftmotor 33 und dem Getriebe 34 angeordnet ist. Der Verbrennungskraftmotor 33 kann dabei über eine Trennkupplung 35 von der elektrischen Maschine 1 und von dem Getriebe 34 getrennt werden.
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8 zeigt ein weiteres Kraftfahrzeug 38, z.B. ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftfahrwagen (Pkw). Das Kraftfahrzeug 38 weist einen im Folgenden näher erläuterten Antriebstrang 39 auf, der optional einen zuschaltbaren und abschaltbaren Allradantrieb ermöglicht. Der Antriebsstrang 39 umfasst eine Antriebseinheit 40. Die Antriebseinheit 40 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Motor 41, z.B. einen Verbrennungskraftmotor (z.B. den Verbrennungskraftmotor 33 nach 7) oder eine elektrische Maschine 1, wie sie durch 1 gezeigt ist, sowie ein Getriebe 42 (z.B. das Getriebe 34 nach 5). Die Antriebseinheit 40 treibt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über ein vorderes Differenzialgetriebe 43 zwei Vorderräder 44 und 45 permanent an, die an einer Vorderachse 46 des Kraftfahrzeugs 38 angebracht sind.
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Der Antriebsstrang 39 kann alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen Vorderachsantrieb einen zuschaltbaren und abschaltbaren elektrischen Achsantrieb 47 aufweisen, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine elektrische Maschine 1 nach 1 und ein hinteres Differentialgetriebe 48 umfasst. Der elektrische Achsantrieb 47 kann (wie durch 8 gezeigt) als zentraler Achsantrieb ausgeführt sein und beispielsweise sowohl ein erstes Hinterrad 49 über eine erste Seitenwelle 50 als auch ein zweites Hinterrad 51 über eine zweite Seitenwelle 52 antreiben. Alternativ kann auch die erste Seitenwelle 50 über einen ersten elektrischen Achsantrieb 47 und die zweite Seitenwelle 52 über einen zweiten elektrischen Achsantrieb 47 angetrieben werden, wobei die elektrischen Achsantriebe 47 dann jeweils kein Differentialgetriebe 48 aufweisen müssen.
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Bezugszeichenliste
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- L
- Längsachse elektrische Maschine
- S1, S2
- erste/zweite Stirnseite elektrische Maschine
- x/r
- axiale/radiale Richtung
- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Gehäuse
- 5
- Gehäusedeckel
- 6
- Kraftfahrzeug
- 7
- Statorkern
- 8
- Statorkühlbuchse
- 9
- erster Wickelkopf
- 10
- zweiter Wickelkopf
- 11
- erstes Rotorlager
- 12
- zweites Rotorlager
- 13
- erster Wickelkopfraum
- 14
- zweiter Wickelkopfraum
- 15
- erster Fluidkanal
- 16
- starres Element
- 17
- flexibles Element
- 18
- Zentrier- und Fixierelemente
- 19
- Gehäuseteil auf der ersten Stirnseite
- 20
- zweiter Fluidkanal
- 22
- Zulaufbohrung
- 23
- ausgangsseitiger Anschluss starres Element zweiter Fluidkanal
- 24
- Ablaufbohrung
- 25
- erster Rotorraum
- 26
- Ausnehmung Gehäuse
- 27
- zweiter Rotorraum
- 28
- eingangsseitiger Anschluss erster Fluidkanal
- 29
- eingangsseitiger Anschluss zweiter Fluidkanal
- 30.1
- Ausnehmung Statorkühlbuchse
- 30.2
- Ausnehmung Statorkühlbuchse
- 30.3
- Ausnehmung Statorkühlbuchse
- 31
- Außenumfang Statorkühlbuchse
- 32
- äußere Umgebung der elektrischen Maschine
- 33
- Verbrennungskraftmotor
- 34
- Getriebe
- 35
- Trennkupplung
- 36
- Rotorwelle
- 37
- Luftkreislauf
- 38
- Kraftfahrzeug
- 39
- Antriebsstrang
- 40
- Antriebseinheit
- 41
- Motor
- 42
- Getriebe
- 43
- vorderes Differentialgetriebe
- 44
- Vorderrad
- 45
- Vorderrad
- 46
- Vorderachse
- 47
- elektrischer Achsantrieb
- 48
- hinteres Differentialgetriebe
- 49
- erstes Hinterrad
- 50
- erste Seitenwelle
- 51
- zweites Hinterrad
- 52
- zweite Seitenwelle
- 53
- Ventilator
- 54
- erster Luftkanal
- 55
- zweiter Luftkanal
- 56
- ausgangsseitiger Anschluss
- 57
- Rotorluftkanal
