DE102020216239A1

DE102020216239A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020216239A1
Application number: DE102020216239.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Nickel; Philipp Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse (1) und mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator (2) und einem Rotor (3) zum Antrieb des Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei ein Statorträger (4) mit einem Wasserkühlkreislauf (5) zur Statormantelkühlung vorgesehen ist und wobei ein Ölversorgungskreislauf (6) zum Schmieren und Kühlen in dem Gehäuse (1) vorgesehen ist, wobei zumindest ein Abschnitt eines Gehäusebodens (7) unterhalb eines Ölsumpfes (8) als Wärmetauscherbereich (9) zur Ölkühlung ausgebildet ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse und mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor zum Antrieb des Fahrzeuges, wobei ein Statorträger mit einem Wasserkühlkreislauf zur Statormantelkühlung vorgesehen ist und wobei ein Ölversorgungskreislauf zum Schmieren und Kühlen in dem Gehäuse vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb.
Ein derartiger elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug ist aus der Fahrzeugtechnik bekannt. Um die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine nicht zu beeinträchtigen, ist eine Kühlung der Bauteile der elektrischen Maschine erforderlich. Hierzu wird ein Wasserkühlkreislauf vorgesehen, der eine Statormantelkühlung der elektrischen Maschine realisiert. Ferner ist zum Schmieren und weiteren Kühlen der in dem Gehäuse vorgesehenen Bauteile des elektrischen Antriebes ein Ölversorgungskreislauf vorgesehen. Um ein unerwünschtes Ansteigen der Öltemperatur bei dem Ölversorgungskreislauf zu verhindern, ist ein zusätzlicher separater Ölkühler erforderlich, der neben dem Bauraumbedarf auch die Herstellungskosten erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb sowie ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb vorzuschlagen, bei denen die Ölkühlung bauraumgünstig und kostengünstig realisiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 8 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, der ein Gehäuse und zumindest eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor zum Antrieb des Fahrzeuges aufweist. Ein Statorträger ist mit einem Wasserkühlkreislauf zur Statormantelkühlung vorgesehen. Ferner ist ein Ölversorgungskreislauf zum Schmieren und Kühlen in dem Gehäuse vorgesehen. Um eine kosten- und bauraumgünstige Ölkühlung des Ölversorgungskreislaufes zu realisieren, ist vorgesehen, dass ein Abschnitt eines Gehäusebodens unterhalb eines Ölsumpfes als Wärmetauscherbereich zur Ölkühlung ausgebildet ist.
Somit wird bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb eine Ölsumpfkühlung durch einen in den Gehäuseboden integrierten Wärmetauscherbereich bauraumgünstig und auch kostengünstig realisiert. Der vorhandene Gehäuseboden wird quasi zum Wärmetauscherbereich vorgesehen, sodass zur vorteilhaften Ölkühlung keine zusätzlichen Bauteile, wie z.B. ein Ölkühler oder dergleichen erforderlich sind.
Einen besonderen Vorteil ergibt sich bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb dadurch, dass der Ölsumpf einerseits dem Wasserkühlkreislauf der Statormantelkühlung und andererseits dem Wärmetauscherbereich zugewandt ist. Auf diese Weise wird in dem Gehäuse des vorgeschlagenen elektrischen Antriebes eine doppelseitige Ölkühlung realisiert, da das Öl in dem Ölsumpf einerseits von der Statormantelkühlung und andererseits von dem vorgesehenen Wärmetauscherbereich im Gehäuseboden gekühlt wird, sodass der vorhandenen Statormantelkühlung eine Doppelfunktion zukommt. Demzufolge realisiert die Kombination mit dem integrierten Wärmetauscherbereich ein Kühlkonzept bei dem elektrischen Antrieb, bei dem bauraumaufwändige und kostenintensive Plattenwärmetauscher bzw. Ölkühler eingespart werden können.
Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscherbereich durch mehrere in den Gehäuseboden geformte Kühlrippen oder dergleichen ausgeführt wird. Demzufolge ermöglichen die vorgesehenen Kühlrippen eine entsprechende Kühlung des darüberliegenden Öls in dem Ölsumpf, indem lediglich die Form des Gehäusebodens entsprechend ausgeführt wird.
Beispielsweise kann bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb als Kühlmedium dem Gehäuseboden umströmende Luft oder dergleichen verwendet werden. Demzufolge ist kein zusätzliches Medium erforderlich, da die vorgesehenen bzw. in den Gehäuseboden integrierten Kühlrippen durch Umgebungsluft entsprechend gekühlt werden, welches besonders kostengünstig ist.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der vorliegenden Erfindung dadurch, dass ein von einem Kühlmedium durchströmter Innenraum gebildet wird, indem die Kühlrippen des Wärmetauscherbereiches lediglich mit einem Deckel oder dergleichen versehen werden. Dadurch wird kostengünstig ein geschlossener Wärmetauscherbereich realisiert, wodurch die Kühlleistung weiter erhöht werden kann.
Der geschlossene Wärmetauscherbereich kann beispielsweise durch Wasser oder dergleichen als Kühlmedium gekühlt werden. Bei der Verwendung von Wasser ergibt sich ein weiterer Vorteil bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb dadurch, dass der bereits vorhandene Wasserkühlkreislauf zur Statormantelkühlung hierfür verwendet werden kann. Hierzu wird der Innenraum bzw. der geschlossene Wärmetauscherbereich mit dem vorhandenen Wasserkühlkreislauf der Statormantelkühlung verbunden. Somit können sonst erforderliche weitere Bauteile, wie eine Pumpe sowie ein zusätzlicher Wasserkühlkreislauf eingespart werden und die vorhandenen Bauteile des Wasserkühlkreislaufes genutzt werden, sodass eine Doppelfunktion realisiert wird.
Im Rahmen eines weiteren Aspektes der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Fahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb beansprucht wird. Als Fahrzeuge können beliebige Fahrzeuge zum Einsatz kommen. Beispielsweise können rein elektrisch angetriebene, aber auch Hybridfahrzeuge mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb ausgestattet werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei einem Fahrzeug, bei dem der elektrische Antrieb als Achsantrieb ausgeführt ist. Hierzu kann der Rotor vorzugsweise mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb der Abtriebswellen gekoppelt sein. Um z. B. mehrere Gangstufen zu realisieren, kann auch ein entsprechendes Übersetzungsgetriebe vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische dreidimensionale geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug;
2 eine schematische dreidimensionale geschnittene Teilansicht des elektrischen Antriebes; und
3 eine schematische quergeschnittene Ansicht des elektrischen Antriebes.

In den 1 bis 3 sind verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes eines Fahrzeuges beispielhaft dargestellt. Der elektrische Antrieb umfasst ein Gehäuse 1 mit einer elektrischen Maschine mit einem Stator 2 und einem Rotor 3 zum Antrieb des Fahrzeuges. In dem Gehäuse 1 ist ein Statorträger 4 vorgesehen, in den die Statorbleche mit den Spulen eingepresst sind, wobei der Statorträger 4 an seinem äußeren Umfang einen Wasserkühlkreislauf 5 zur Statormantelkühlung aufweist. Ferner ist ein Ölversorgungskreislauf 6 zum Schmieren und Kühlen der im Gehäuse 1 vorgesehenen Bauteile vorgesehen.
Um eine besonders bauraumgünstige und kostengünstige Ölkühlung des Ölversorgungskreislaufes 6 zu realisieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Gehäusebodens 7 unterhalb eines Ölsumpfes 8 als Wärmetauscherbereich 9 ausgebildet ist. Der Ölsumpf 8 wird einerseits durch den Wasserkühlkreislauf 5 der Statormantelkühlung und andererseits von dem Wärmetauscherbereich 9 gekühlt bzw. ist diesen zugewandt. Auf diese Weise erfolgt eine doppelseitige Kühlung des Öls in dem Ölsumpf 8.
In 1 ist der Ölversorgungskreislauf 6 schematisch durch Pfeile angedeutet. Hieraus ist ersichtlich, dass der Ölversorgungskreislauf 6 mit einer Ölpumpe 10 verbunden ist. Das Öl des Ölversorgungskreislaufes 6 wird durch den Rotor 3 zum Kühlen der Spulenköpfe 11 und weiterer Bauteile in dem Gehäuse 1 geführt. Das Öl sammelt sich in dem Ölsumpf 8 am Gehäuseboden 7 und wird anschließend aus dem Ölsumpf 8 über einen Filter zur Ölpumpe 10 geführt.
Der Wärmetauscherbereich 9 weist mehrere in dem Gehäuseboden 7 geformte Kühlrippen 12 auf, wie dies insbesondere in 2 dargestellt ist. Beispielsweise können diese Kühlrippen 12 durch Luft als Kühlmedium gekühlt werden.
Gemäß 1 und 3 ist es auch möglich, dass die Kühlrippen 12 des Wärmetauscherbereichs 9 mit einem Deckel 13 zum Bilden eines von einem Kühlmedium durchströmten Innenraumes versehen wird. Als Kühlmedium kann hier Wasser verwendet werden. Hierzu wird der Innenraum des Wärmetauscherbereiches 9 mit dem Wasserkühlkreislauf 5 der Statormantelkühlung verbunden. Der Deckel 13 wird einfach an den Gehäuseboden 7 am Wärmetauscherbereich 9 durch Verschrauben oder dergleichen befestigt.
Aus den Ansichten der 1 bis 3 wird deutlich, dass sich der Ölversorgungskreislauf 6 bezogen auf den Wasserkühlkreislauf 5 radial außen befindet. Somit wird der Ölversorgungskreislauf einerseits von dem Wasser des Wasserkühlkreislaufes 5 der Statormantelkühlung und andererseits von dem radial außenliegenden bzw. unterhalb des Ölsumpfes 8 angeordneten Wärmetauscherbereich 9 gekühlt. Dies deshalb, weil der Ölsumpf 8 des Ölversorgungskreislaufes 6 einerseits dem Wasserkühlkreislauf 5 der Statormantelkühlung und andererseits dem Wärmetauscherbereich 9 zugewandt ist.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator
3: Rotor
4: Statorträger
5: Wasserkühlkreislauf
6: Ölversorgungskreislauf
7: Gehäuseboden
8: Ölsumpf
9: Wärmetauscherbereich
10: Ölpumpe
11: Spulenköpfe
12: Kühlrippen
13: Deckel

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse (1) und mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator (2) und einem Rotor (3) zum Antrieb des Fahrzeuges, wobei ein Statorträger (4) mit einem Wasserkühlkreislauf (5) zur Statormantelkühlung vorgesehen ist und wobei ein Ölversorgungskreislauf (6) zum Schmieren und Kühlen in dem Gehäuse (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt eines Gehäusebodens (7) unterhalb eines Ölsumpfes (8) als Wärmetauscherbereich (9) zur Ölkühlung ausgebildet ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölsumpf (8) einerseits dem Wasserkühlkreislauf (5) der Statormantelkühlung und andererseits dem Wärmetauscherbereich (9) zugewandt ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherbereich (9) mehrere in den Gehäuseboden (7) geformte Kühlrippen (12) aufweist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium den Gehäuseboden (7) umströmende Luft vorgesehen ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (12) des Wärmetauscherbereiches (9) mit einem Deckel (13) zum Bilden von einem Kühlmedium durchströmten Innenraumes versehen sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium Wasser vorgesehen ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Wärmetauscherbereiches (9) mit dem Wasserkühlkreislauf (5) der Statormantelkühlung verbunden ist.
Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb als Achsantrieb ausgeführt ist.