DE102021101854A1

DE102021101854A1 - Motorendkappenkonstruktion, die als schmiermittelverteiler in hybridgetrieben fungiert

Info

Publication number: DE102021101854A1
Application number: DE102021101854.4A
Authority: DE
Inventors: Nathan Radl; Emily Yang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN113285546A; US20210242746A1; US11984787B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine Motorendkappenkonstruktion, die als Schmiermittelverteiler in Hybridgetrieben fungiert, bereit. Eine Endplatte für eine elektrische Maschine kann einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung definiert, und einen entsprechenden Kanal, der sich von dort erstreckt, beinhalten, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen, und eine Lippe, die um einen Umfang des Körpers angeordnet ist und sich von diesem erstreckt, wobei die Lippe dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf eines Stators der elektrischen Maschine zuzuführen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
In dieser Schrift sind Kühlmittelöffnungsplatten zur Kühlung einer elektrischen Maschine offenbart.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrische Maschinen, einschließlich elektrischer Generatoren, Motoren usw., können einen Stator 74 beinhalten, der einen Rotor umgibt. Der Stator 74 kann an einem Gehäuse angebracht sein und Energie kann durch den Stator 74 zu oder von dem Rotor fließen. Der Stator 74 kann einen Eisenkern und Kupferwicklungen beinhalten. Während des Betriebs können die Kupferwicklungen Strom führen, der wiederum Wärme erzeugen kann.
KURZDARSTELLUNG
Eine Endplatte für eine elektrische Maschine kann einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung definiert, und einen entsprechenden Kanal, der sich von dort erstreckt, beinhalten, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen, und eine Lippe, die um einen Umfang des Körpers angeordnet ist und sich von diesem erstreckt, wobei die Lippe dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf eines Stators der elektrischen Maschine zuzuführen.
Eine Endplatte für eine elektrische Maschine kann einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung definiert, und einen entsprechenden Kanal, der sich von dort erstreckt, beinhalten, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die mindestens eine Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen, eine Lippe, die um den distalen Durchmesser des Körpers angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf der elektrischen Maschine zuzuführen, und eine Abdeckung, die dazu konfiguriert ist, an der Lippe anzuliegen und diese abzudecken, um das Kühlmittel innerhalb der Abdeckung zu halten und das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen.
Eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs kann einen Stator einschließlich Wickelköpfe, die sich axial von dem Stator erstrecken, einen Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist und zwei Rotorendplatten beinhaltet, wobei jede Endplatte einen scheibenartigen Körper aufweist, der mindestens eine Öffnung definiert, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen, und einen kreisförmigen Ring beinhalten, der dazu konfiguriert ist, an einem Abschnitt des Körpers einer der zwei Rotorendplatten anzuliegen und diesen abzudecken, wobei der kreisförmige Ring eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Kanälen aufweist, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von der mindestens einen Öffnung der Endplatte zu den Wickelköpfen des Stators während des Betriebs der elektrischen Maschine zu leiten.
Figurenliste
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden besonders in den beigefügten Patentansprüchen hervorgehoben. Andere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher und am besten nachvollziehbar, in denen Folgendes gilt:

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs;
2 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts einer beispielhaften elektrischen Maschine im Querschnitt;
3 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine mit einer Endplatte;
4 veranschaulicht eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer anderen Endplatte, die dazu konfiguriert ist, an eine elektrische Maschine geklemmt zu werden;
5 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Deckels, der an der beispielhaften Endplatte aus 2 angeordnet ist; und
6 veranschaulicht eine andere beispielhafte perspektivische Ansicht einer anderen Endplatte ähnlich 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nach Bedarf werden in dieser Schrift ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in unterschiedlichen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend sondern lediglich als repräsentative Grundlage auszulegen, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Elektrische Maschinen, einschließlich elektrischer Generatoren, Motoren usw., können einen Stator beinhalten, der einen Rotor umgibt. Der Stator kann an einem Gehäuse angebracht sein und Energie kann durch den Stator zu oder von dem Rotor fließen. Der Stator kann einen Eisenkern und Kupferwicklungen beinhalten. Während des Betriebs können die Kupferwicklungen Strom führen, der wiederum Wärme erzeugen kann. Der Eisenkern kann auch Wärme erzeugen. Diese Wärme kann jedoch zu Ineffizienzen im Motor führen. Um derartige Ineffizienzen zu verringern, kann der Stator durch ein Kühlmedium gekühlt werden, wie etwa Getriebefluid/-öl, Schmiermittel, Kühlmittel, andere Flüssigkeit usw. Dieses Kühlmedium kann die Temperatur der Wicklung reduzieren und somit die Fähigkeit der Wicklung, Strom zu führen, erhöhen. Die Wickelköpfe können durch das Kühlmedium gekühlt werden.
Typischerweise werden elektrische Maschinen durch Tröpfeln von Kraftfahrzeuggetriebefluid (automotive transmission fluid - ATF) auf die Wickelköpfe durch Öffnungen in einem Getriebegehäuse gekühlt. Sprühkonfigurationen oder Zentrifugalaufprallkühlung von den Rotorendplatten können ebenfalls verwendet werden. Derartige Kühlschemata können jedoch zu einer spärlichen oder punktuellen Bedeckung des Kühlmediums über den Kupferwicklungen und dem Eisenkern führen. Diese Ungleichmäßigkeit des Kühlmittelstroms kann zu lokalisierten heißen Stellen oder Bereichen mit extrem hohen Temperaturen in den Wickelköpfen führen. Diese Systeme können auch zu verschwendetem und ungenutztem Fluid führen.
In dieser Schrift ist eine Endplatte für einen Traktionsmotorrotor offenbart, der dazu konfiguriert ist, verschwendetes Fluid zurück zu den Wickelköpfen eines Stators 74 zu leiten, um die Wickelköpfe weiter zu kühlen. Die Endplatte kann eine Vielzahl von Öffnungen zum Austreten von Fluid (z. B. Kühlmittel) definieren. Normalerweise sind diese Öffnungen zur Umgebung offen und das Fluid neigt dazu, aufgrund der Schwerkraft über die Fläche der Endplatte nach unten zu tropfen. Infolgedessen wird ein großer Teil der Motorwickelköpfe von Kühlmittel unberührt gelassen und daher unzureichend gekühlt.
Die Endplatte kann eine Vielzahl von Kanälen definieren, die sich von den Öffnungen erstrecken, um das Kühlmittel, das während des Drehens durch die Löcher austritt, zu leiten und zu verteilen. Die Zentrifugalkraft kann ermöglichen, dass das Kühlmittel durch die Kanäle austritt. Eine Lippe kann sich um den Außenumfang der Endplatte zwischen den Kanälen erstrecken, um dabei zu helfen, das Kühlmittel innerhalb der Endplatte zu halten, und eine Abdeckung kann über der Lippe angeordnet sein. Somit kann das gesamte oder fast das gesamte Fluid von den Öffnungen durch die Kanäle geleitet werden. Das Fluid wird somit verwendet, um gleichmäßig über die Wickelköpfe verteilt zu werden, und ermöglicht ferner eine gleichmäßige, effiziente Kühlung.
Die höheren Zentrifugalkräfte erhöhen die Kühlfähigkeiten und reduzieren die maximalen durchschnittlichen Betriebstemperaturen der Wickelköpfe erheblich, was wiederum die erforderliche Größe der elektrischen Maschine reduzieren kann. Die gleichmäßigere Bedeckung kann auch die Drehmomentdichten der elektrischen Maschine erhöhen.
Ein Beispiel für ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) ist in 1 abgebildet und wird in dieser Schrift im Allgemeinen als Fahrzeug 16 bezeichnet. Das Fahrzeug 16 beinhaltet ein Getriebe 12 und wird durch mindestens eine elektrische Maschine 18 mit selektiver Unterstützung von einer Brennkraftmaschine 20 angetrieben. Bei der elektrischen Maschine 18 kann es sich um einen Wechselstrommotor (Wechselstrom - alternating current (AC)) handeln, der in 1 als „Elektromotor“ 18 abgebildet ist. Die elektrische Maschine 18 nimmt elektrische Leistung auf und stellt ein Drehmoment für den Fahrzeugantrieb bereit. Die elektrische Maschine 18 dient auch als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung durch regeneratives Bremsen.
Das Getriebe 12 kann eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung aufweisen. Das Getriebe 12 beinhaltet die erste elektrische Maschine 18 und eine zweite elektrische Maschine 24. Bei der zweiten elektrischen Maschine 24 kann es sich um einen AC-Motor handeln, der als „Generator“ 24 in 1 abgebildet ist. Wie die erste elektrische Maschine 18 nimmt die zweite elektrische Maschine 24 elektrische Leistung auf und stellt ein Ausgangsdrehmoment bereit. Die zweite elektrische Maschine 24 dient ebenfalls als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung und zum Optimieren des Leistungsflusses durch das Getriebe 12. In anderen Ausführungsformen weist das Getriebe keine Konfiguration mit Leistungsverzweigung auf.
Das Getriebe 12 kann eine Planetenradeinheit 26 beinhalten, die ein Sonnenrad 28, einen Planetenträger 30 und ein Hohlrad 32 beinhaltet. Das Sonnenrad 28 ist mit einer Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 verbunden, um Generatordrehmoment zu empfangen. Der Planetenträger 30 ist mit einer Ausgangswelle des Motors 20 verbunden, um Motordrehmoment zu empfangen. Die Planetenradeinheit 26 kombiniert das Generatordrehmoment und das Motordrehmoment und stellt ein kombiniertes Ausgangsdrehmoment um das Hohlrad 32 bereit. Die Planetenradeinheit 26 dient als ein stufenloses Getriebe, ohne feste oder „schrittweise“ Verhältnisse.
Das Getriebe 12 kann zudem eine Einwegkupplung (one way clutch - O.W.C.) und eine Generatorbremse 33 beinhalten. Die O.W.C. ist an die Ausgangswelle des Motors 20 gekoppelt, um zu ermöglichen, dass die Ausgangswelle nur in einer Richtung dreht. Die O.W.C. verhindert, dass das Getriebe 12 den Motor 20 rückwärts antreibt. Die Generatorbremse 33 ist an die Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 gekoppelt. Die Generatorbremse 33 kann aktiviert werden, um zu „bremsen“ oder eine Drehung der Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 und des Sonnenrads 28 zu verhindern. Alternativ dazu können die O.W.C. und die Generatorbremse 33 weggelassen und durch Steuerstrategien für den Motor 20 und die zweite elektrische Maschine 24 ersetzt sein.
Das Getriebe 12 kann ferner eine Vorgelegewelle mit Zwischenzahnrädern, einschließlich eines ersten Zahnrads 34, eines zweiten Zahnrads 36 und eines dritten Zahnrads 38, beinhalten. Ein Planetenausgangszahnrad 40 ist mit dem Hohlrad 32 verbunden. Das Planetenausgangszahnrad 40 kämmt mit dem ersten Zahnrad 34, um Drehmoment zwischen der Planetenradeinheit 26 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Ausgangszahnrad 42 ist mit einer Ausgangswelle der ersten elektrischen Maschine 18 verbunden. Das Ausgangszahnrad 42 kämmt mit dem zweiten Zahnrad 36, um Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine 18 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Getriebeausgangszahnrad 44 ist mit einer Antriebswelle 46 verbunden. Die Antriebswelle 46 ist durch ein Differenzial 50 an ein Paar von angetriebenen Rädern 48 gekoppelt. Das Getriebeausgangszahnrad 44 kämmt mit dem dritten Zahnrad 38, um Drehmoment zwischen dem Getriebe 12 und den angetriebenen Rädern 48 zu übertragen.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet eine Energiespeichervorrichtung, wie etwa eine Traktionsbatterie 52 zum Speichern von elektrischer Energie. Bei der Batterie 52 kann es sich um eine Hochspannungsbatterie handeln, die in der Lage ist, elektrische Leistung auszugeben, um die erste elektrische Maschine 18 und die zweite elektrische Maschine 24 zu betreiben. Die Batterie 52 nimmt auch elektrische Leistung von der ersten elektrischen Maschine 18 und der zweiten elektrischen Maschine 24 auf, wenn diese als Generatoren betrieben werden. Die Batterie 52 ist ein Batteriepack, der aus mehreren Batteriemodulen (nicht gezeigt) besteht, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen (nicht gezeigt) enthält. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 16 ziehen andere Arten von Energiespeichervorrichtungen in Betracht, wie etwa Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht gezeigt), welche die Batterie 52 ergänzen oder ersetzen. Ein Hochspannungsbus verbindet die Batterie 52 elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine 18 und der zweiten elektrischen Maschine 24.
Das Fahrzeug beinhaltet ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 54 zum Steuern der Batterie 52. Das BECM 54 empfängt eine Eingabe, die Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen angibt, wie etwa Batterietemperatur, -spannung und -strom. Das BECM 54 berechnet und schätzt Batterieparameter, wie etwa einen Batterieladezustand und die Batterieleistungsfähigkeit. Das BECM 54 stellt eine Ausgabe (BSOC, P_cap) bereit, die anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen einen Batterieladezustand (battery state of charge - BSOC) und eine Batterieleistungsfähigkeit (P_cap) angibt.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet einen DC-DC-Wandler oder variablen Spannungswandler (variabel voltage converter - VVC) 10 und einen Wechselrichter 56. Der VVC 10 und der Wechselrichter 56 sind elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 52 und der ersten elektrischen Maschine 18 und zwischen der Batterie 52 und der zweiten elektrischen Maschine 24 verbunden. Der VVC 10 „verstärkt“ oder erhöht das Spannungspotenzial der elektrischen Leistung, die durch die Batterie 52 bereitgestellt wird. Der VVC 10 „drosselt“ oder verringert auch das Spannungspotenzial der elektrischen Leistung, die der Batterie 52 bereitgestellt wird, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Wechselrichter 56 kehrt Gleichstrom, der durch die Hauptbatterie 52 (durch den VVC 10) zugeführt wird, in Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschinen 18, 24 um. Der Wechselrichter 56 richtet ebenfalls Wechselstrom, der durch die elektrischen Maschinen 18, 24 bereitgestellt wird, in Gleichstrom zum Aufladen der Traktionsbatterie 52 gleich. Andere Ausführungsformen des Getriebes 12 beinhalten mehrere Wechselrichter (nicht gezeigt), wie etwa einen Wechselrichter, der jeder elektrischen Maschine 18, 24 zugeordnet ist. Der VVC 10 beinhaltet eine Induktorbaugruppe 14.
Das Getriebe 12 beinhaltet ein Getriebesteuermodul (transmission control module - TCM) 58 zum Steuern der elektrischen Maschinen 18, 24, des VVC 10 und des Wechselrichters 56. Das TCM 58 ist dazu konfiguriert, unter anderem Position, Drehzahl und Leistungsverbrauch der elektrischen Maschinen 18, 24 zu überwachen. Das TCM 58 überwacht zudem elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen innerhalb des VVC 10 und des Wechselrichters 56. Das TCM 58 stellt anderen Fahrzeugsystemen Ausgangssignale, die diesen Informationen entsprechen, bereit.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 60, die mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen in Kommunikation steht, um deren Funktion zu koordinieren. Auch wenn die VSC 60 als einzelne Steuerung gezeigt ist, kann sie mehrere Steuerungen beinhalten, die verwendet werden können, um mehrere Fahrzeugsysteme gemäß einer Gesamtfahrzeugsteuerlogik oder -software zu steuern.
Die Fahrzeugsteuerungen, einschließlich der VSC 60 und des TCM 58, beinhalten im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Die Steuerungen beinhalten zudem vorbestimmte Daten oder „Lookup-Tabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und in dem Speicher gespeichert sind. Die VSC 60 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen (z. B. mit dem BECM 54 und dem TCM 58) über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen, die übliche Bus-Protokolle (z. B. CAN und LIN) verwenden. Die VSC 60 empfängt eine Eingabe (PRND), die eine aktuelle Position des Getriebes 12 darstellt (z. B. Parken, Rückwärtsgang, Leerlauf oder Fahren). Die VSC 60 empfängt zudem eine Eingabe (APP), die eine Gaspedalposition darstellt. Die VSC 60 stellt eine Ausgabe bereit, die ein gewünschtes Raddrehmoment, eine gewünschte Motordrehzahl und einen Generatorbremsbefehl an das TCM 58 sowie eine Schützsteuerung an das BECM 54 darstellt.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet ein Motorsteuermodul (engine control module - ECM) 64 zum Steuern des Motors 20. Die VSC 60 stellt eine Ausgabe (gewünschtes Motordrehmoment) an das ECM 64 bereit, die auf einer Anzahl von Eingabesignalen basiert, darunter APP, und einer Fahreranforderung nach Fahrzeugantrieb entspricht.
Wenn das Fahrzeug 16 ein PHEV ist, kann die Batterie 52 periodisch AC-Energie aus einer externen Leistungsversorgung oder einem Leistungsnetz über einen Ladeanschluss 66 empfangen. Das Fahrzeug 16 beinhaltet zudem ein bordeigenes Ladegerät 68, das AC-Energie von dem Ladeanschluss 66 empfängt. Bei dem Ladegerät 68 handelt es sich um einen AC/DC-Wandler, der die empfangene AC-Energie in DC-Energie, die zum Laden der Batterie 52 geeignet ist, umwandelt. Das Ladegerät 68 wiederum führt der Batterie 52 die DC-Energie während des Wiederaufladens zu. Obwohl im Kontext eines PHEV 16 veranschaulicht und beschrieben, versteht es sich, dass die elektrischen Maschinen 18, 24 an anderen Arten von Elektrofahrzeugen, wie etwa einem Hybridelektrofahrzeug oder einem Vollelektrofahrzeug, umgesetzt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet eine beispielhafte elektrische Maschine 100 einen Stator 74, der eine Vielzahl von Lamellen 78 aufweist. Jede der Lamellen 78 beinhaltet eine Vorderseite 101 und eine Rückseite. Im gestapelten Zustand sind die Vorder- und die Rückseite gegen eine benachbarte Vorder- und Rückseite angeordnet, um einen Statorkern 80 zu bilden. Jede der Lamellen 78 kann ringförmig sein und einen hohlen Mittelpunkt definieren. Jede Lamelle 78 beinhaltet zudem einen Außendurchmesser (oder eine Außenwand) 82 und einen Innendurchmesser (oder eine Innenwand) 84. Die Außendurchmesser 82 wirken zusammen, um eine Außenfläche 86 des Statorkerns 80 zu definieren, und die Innendurchmesser 84 wirken zusammen, um einen Hohlraum 88 zu definieren.
Jede Lamelle 78 beinhaltet eine Vielzahl von Zähnen, die sich radial nach innen zu dem Innendurchmesser hin erstrecken. Benachbarte Zähne wirken zusammen, um Schlitze zu definieren. Die Zähne und die Schlitze jeder Lamelle sind mit benachbarten Lamellen ausgerichtet, um Statorschlitze zu definieren, die sich durch den Statorkern 80 zwischen den gegenüberliegenden Endflächen 112 erstrecken. Eine Vielzahl von Wicklungen (auch als Spulen, Drähte oder Leiter bekannt) 96 ist um den Statorkern 80 gewickelt und innerhalb der Statorschlitze angeordnet. Die Wicklungen 96 können in einem Isoliermaterial (nicht gezeigt) angeordnet sein. Abschnitte der Wicklungen 96 erstrecken sich im Allgemeinen in eine axiale Richtung entlang der Statorschlitze. An den Endflächen 112 des Statorkerns 80 können sich die Wicklungen biegen, um sich in Umfangsrichtung um die Endflächen 112 des Statorkerns 80 zu erstrecken, wodurch Wickelköpfe 98 gebildet werden. Die Endflächen 112 definieren die gegenüberliegenden Enden des Kerns 80 und werden durch die erste und die letzte Lamelle des Statorkerns 58 gebildet. Während sie der Darstellung nach verteilte Wicklungen aufweisen, können die Wicklungen ebenfalls von der konzentrierten Art sein.
Ein Rotor 72 ist innerhalb des Hohlraums angeordnet. Der Rotor 72 ist an einer Welle 76 fixiert, die mit dem Getriebekasten wirkverbunden ist. Wenn dem Stator 74 Strom zugeführt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Rotor 72 dazu veranlasst, sich innerhalb des Stators 74 zu drehen, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, das dem Getriebekasten über eine oder mehrere Wellen zugeführt wird.
Während des Betriebs erzeugt die elektrische Maschine 100 Wärme innerhalb des Statorkerns 80 und der Wicklungen 96. Um eine Überhitzung der elektrischen Maschine zu verhindern, kann ein Fluidkreislauf bereitgestellt sein, um während des Betriebs erzeugte Wärme abzuführen. Kühlmittel kann durch die Antriebswelle 76, die sich um eine Achse 250 dreht, in die elektrische Maschine 100 eintreten. Wenn sich die Antriebswelle 76 dreht, strömt Kühlmittel durch hohle Tunnel in den Rotor 72. Kühlmittel wird dann aus den Rotorendkappen 110 freigegeben. Die Endkappen 110 können eine gekrümmte oder bogenförmige Form aufweisen, um Kühlmittel, das aus dem Rotor 72 freigesetzt wird, an die Wickelköpfe oder Endwindungen 98 an unterschiedlichen axialen Stellen zu schleifen.
3 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine 100. Bei der elektrischen Maschine kann es sich um eine Komponente eines Elektrofahrzeug (EV) einschließlich eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV), das sowohl durch Kraftstoff als auch Elektrizität mit Leistung versorgt wird, eines Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV) und eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV) handeln. Bei Elektrofahrzeugen kann der Wirkungsgrad der Maschine sehr wichtig sein und Ineffizienzen des Motors können eine Verringerung der Reichweite verursachen.
Die elektrische Maschine 100 kann zwei Endplatten 110 beinhalten, die auf jeder Seite des Rotors 72 angeordnet sind. Der Rotor 72 kann einen Stator 74 aufnehmen, der dazu konfiguriert ist, als Magnet zu fungieren, um zu ermöglichen, dass sich in einem Elektromotor Energie bildet und durch diesen fließt. Der Stator 74 kann aus Eisen, Aluminium, Stahl, Kupfer usw. gefertigt sein. Der Stator 74 kann aus einer Vielzahl von Lamellen bestehen, die nebeneinander platziert und gestapelt sind, um die scheibenartige Kreisform des Stators 74 zu bilden. Die Lamellen können einen Eisenkern oder einen magnetischen Rückschluss des Stators 74 bilden. Bei dem magnetischen Rückschluss kann es sich um einen massiven Abschnitt um den Außenumfang des Stators 74 handeln. Jede Lamelle kann zudem Zähne (nicht konkret gezeigt) bilden, die sich von dem magnetischen Rückschluss radial nach innen in die Mitte des Stators 74 erstrecken. Im ausgerichteten und gestapelten Zustand erstrecken sich die Zähne axial entlang des Stators 74. Die Zähne des Stators 74 können dazu konfiguriert sein, Kupferspulen dazwischen festzuhalten.
Die Spulen können eine Vielzahl von Drähten beinhalten und sich von den axialen Enden des Stators 74 nach außen erstrecken. Diese Endabschnitte werden als Wickelköpfe bezeichnet und beinhalten den freiliegenden Abschnitt der Spulen. Diese Wickelköpfe können ein Kühlmedium oder Kühlmittel, wie etwa Getriebeöl oder eine andere Flüssigkeit, aufnehmen, um Wärme abzuleiten oder diesem zu entziehen.
Die Endplatte 110 kann eine kreisförmige Scheibe sein, die einen scheibenartigen Körper 114 aufweist, der dazu konfiguriert ist, an jedes Ende des Rotors 72 geklemmt zu werden. Die Endplatte 110 kann Kühllöcher 124 definieren, die in Umfangsrichtung um die Mitte der Rotorendplatte 110 angeordnet sind. Die Kühllöcher 124 können so bemessen und platziert sein, dass mit zunehmendem Fluidpegel innerhalb der elektrischen Maschine etwas Fluid durch die Endplatte 110 bewegt werden kann, um den Rotor zu kühlen. Die Endplatte 110 kann zudem Baugruppenhubpunkte 118 definieren, die als Öffnungen konfiguriert sind, um das Aufnehmen und Platzieren der elektrischen Maschine innerhalb des Getriebes (nicht gezeigt) während der Montage zu erleichtern.
4 veranschaulicht eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer anderen Endplatte 110, die an den Rotor 72 geklemmt werden soll. Die Endplatte 110 kann eine kreisförmige Scheibe sein, die dazu konfiguriert ist, an jedes Ende des Rotors 72 geklemmt zu werden, ähnlich dem Beispiel aus 3. Die Endplatte 110 kann einen Verriegelungsbereich 122 definieren, der in der Mitte der Endplatte 110 definiert und dazu konfiguriert ist, einen Verriegelungsmechanismus zum Anbringen oder Klemmen der Endplatte 110 an dem Rotor 72 bereitzustellen.
Die Endplatte 110 kann eine Vielzahl von Kühlöffnungen 126 definieren. Die Kühlöffnungen 126 können in Umfangsrichtung um die Mitte der Endplatte 110 angeordnet sein. Das Beispiel in 4 veranschaulicht vier Kühlöffnungen 126, die in gleichem Abstand um die Endplatte 110 beabstandet sind. Es können jedoch mehr oder weniger und in unterschiedlichen Abstandskonfigurationen umgesetzt werden. Darüber hinaus ist jede der Kühlöffnungen an einer gleichen oder nahezu gleichen diametralen Position entlang der Endplatte 110 angeordnet. Die diametrale Stelle der Kühlöffnungen 126 kann von Öffnung zu Öffnung variieren, oder die Stellen können unter den Öffnungen konsistent sein, wie in 4 gezeigt.
Jede Kühlöffnung 126 kann ein Kühlloch 124 und einen Kanal 128 beinhalten, der sich von dort erstreckt. Der Kanal 128 kann sich bis zu dem Außendurchmesser 130 der Endplatte 110 erstrecken. Die Kühlöffnungen 126, einschließlich der Löcher 124 und der Kanäle 128, können so bemessen und platziert sein, dass mit zunehmendem Fluidpegel innerhalb der elektrischen Maschine etwas Fluid durch die Endplatte bewegt werden kann, um den Rotor zu kühlen.
Die Endplatte 110 kann zudem Baugruppenhuböffnungen 132 definieren, die als Öffnungen konfiguriert sind, um das Aufnehmen und Platzieren der elektrischen Maschine innerhalb des Getriebes (nicht gezeigt) während der Montage zu erleichtern. Ähnlich wie die Kühlöffnungen 126 können die Huböffnungen 132 einen Hubpunkt 118 beinhalten. Die Huböffnungen 132 können in Umfangsrichtung um die Mitte der Rotorendplatte 110 angeordnet sein. Das Beispiel in 4 veranschaulicht vier Huböffnungen 132, die in gleichem Abstand um die Endplatte 110 beabstandet sind. Es können jedoch mehr oder weniger und in unterschiedlichen Abstandskonfigurationen umgesetzt werden. Darüber hinaus ist jede der Huböffnungen 132 an einer gleichen oder nahezu gleichen diametralen Position entlang der Endplatte 110 angeordnet. Die diametrale Stelle der Kühlöffnungen 126 kann von Öffnung zu Öffnung variieren, oder die Stellen können unter den Öffnungen konsistent sein, wie in 4 gezeigt.
Jede Huböffnung 132 kann einen Hubkanal 134 beinhalten, der sich von dort erstreckt. Der Hubkanal 134 kann sich bis zu dem Außendurchmesser 130 der Endplatte 110 erstrecken. Die Huböffnungen 132, einschließlich der Punkte 118 und der Kanäle 134, können so bemessen und platziert sein, dass mit zunehmendem Fluidpegel innerhalb der elektrischen Maschine etwas Fluid durch die Endplatte bewegt werden kann, um den Rotor zu kühlen.
Während des Betriebs kann Fluid in und um die Endkappe strömen. Dieses Fluid wird typischerweise verwendet, um den Stator 74 und den sich von dort erstreckenden Wickelkopf zu kühlen. Die Kühlöffnungen 124 und die Huböffnungen 132 können ermöglichen, dass das Fluid den Stator 74 verlässt sowie erneut in den Stator 74 eintritt, um die Wickelköpfe weiter zu kühlen. Die Drehung des Rotors 72 kann eine Zentrifugalkraft erzeugen, die bewirkt, dass sich das Fluid weiter durch die Kanäle 128, 132 bewegt.
Eine in Umfangsrichtung verlaufende Lippe 140 kann um den Außenumfang 130 der Endplatte 110 herum angeordnet sein, wobei Öffnungen mit den Kanälen 128, 134 ausgerichtet sind. Die in Umfangsrichtung verlaufende Lippe 140 kann sich axial oder in Längsrichtung erstrecken, wenn sie in dem Motor positioniert ist (von der Endplatte 110 in 4 nach oben) und während des Gießens der Endplatte 110 einstückig aus einer einstückigen Konstruktion gebildet sein. Die Lippe 140 kann dabei helfen, das Kühlmedium innerhalb der Endplatte 110 zu halten, um das Kühlmedium zu den Kanälen 128, 134 zu leiten. Die Lippe 140 kann sich an den Kanälen 128, 134 öffnen, damit das Fluid daraus austreten kann. Die Lippe 140 kann ermöglichen, dass Fluid, das durch die Kühllöcher 124 und die Hubpunkte 118 ausgetreten ist, zurück in die Löcher 124 und Hubpunkte 118 und durch die entsprechenden Kanäle 128, 134 geleitet wird. Das heißt, anstelle dessen, dass Fluid die verschiedenen Öffnungen der Endplatte 110 verlässt und in den umgebenden Bereich austritt, kann das Fluid durch die Lippe 140 zurück in die Kühlöffnung 126 und die Huböffnungen 132 geführt werden, sodass das Fluid durch die Kanäle 128, 134 zu den Wickelköpfen des Stators 74 geleitet werden kann.
5 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Deckels 150. Der Deckel 150 ist dazu konfiguriert, auf der Endplatte 110 aus 3 angeordnet zu sein, sodass der Deckel eine Lippe (nicht gezeigt) und mindestens einen Abschnitt der Öffnungen 126 umgibt. Der Deckel 150 kann eine ringartige Form aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die Lippe zu umgeben und an dieser anzuliegen. Der Deckel 150 kann mindestens eine Aussparung definieren, die dazu konfiguriert ist, einen Bolzen oder einen anderen Anbringungsmechanismus aufzunehmen, um den Deckel 150 an dem Körper 114 der Endplatte 110 anzubringen.
Der Deckel 150 kann ermöglichen, dass Fluid, das ansonsten verschwendet werden könnte, in die Öffnungen 126 zurückgeleitet wird. Nicht nur wird das ansonsten verschwendete Fluid zum Kühlen der Wickelköpfe wiederverwendet, sondern die durch den Deckel 50 und die Endplatte 110 erzeugte Konfiguration ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung des Fluids, was ebenfalls zu einer gleichmäßigeren Kühlung der Wickelköpfe führt. Eine Abdeckung (nicht gezeigt) kann über Bolzen über dem ringartigen Deckel 150 angeordnet sein.
6 veranschaulicht eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer anderen Endplatte 110 ähnlich der 4. In dieser beispielhaften Endplatte 110 können sich die Kanäle 128, 132 in einem Winkel oder einer Kurve erstrecken. Andere Kanalkonfigurationen als die in den Figuren gezeigten können ebenfalls beinhaltet sein.
Somit können die in dieser Schrift beschriebenen Beispiele eine verbesserte Kühlleistung im Hinblick auf das Senken der maximalen und der durchschnittlichen Temperatur der Wickelköpfe ermöglichen. Dies ermöglicht eine höhere Kühlleistung als herkömmliches Öltropfen, was zu einer deutlichen Reduzierung der maximalen und durchschnittlichen Betriebstemperaturen führt. Dieser verbesserte Kühlmittelansatz reduziert die Größenanforderungen der elektrischen Maschine für eine gegebene Drehmomentausgabe, erhöht die Drehmomentdichten der elektrischen Maschine und erhöht die Effizienz.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und keine einschränkenden Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Endplatte für eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung definiert, und einen entsprechenden Kanal, der sich von dort erstreckt, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen; und eine Lippe, die um einen Umfang des Körpers angeordnet ist und sich von diesem erstreckt, wobei die Lippe dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf eines Stators der elektrischen Maschine zuzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Abdeckung, die dazu konfiguriert ist, an der Lippe anzuliegen und diese abzudecken, um das Kühlmittel innerhalb der Abdeckung zu halten und das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Abdeckung eine ringartige Form auf, die dazu konfiguriert ist, mit dem Körper verschraubt zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die Abdeckung mindestens eine Kerbe, um jedem Kanal im eingebauten Zustand zu entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Hubpunkte, die dazu konfiguriert sind, das Aufnehmen und Platzieren der elektrischen Maschine zu erleichtern.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Kühlräume, die dazu konfiguriert sind, zu ermöglichen, dass sich Fluid durch die Endplatte bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Öffnungen in gleichem Abstand und in Umfangsrichtung um den Körper herum angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Endplatte für eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung definiert, und einen entsprechenden Kanal, der sich von dort erstreckt, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die mindestens eine Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen; eine Lippe, die um den distalen Durchmesser des Körpers angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf der elektrischen Maschine zuzuführen; und eine Abdeckung, die dazu konfiguriert ist, an der Lippe anzuliegen und diese abzudecken, um das Kühlmittel innerhalb der Abdeckung zu halten und das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Abdeckung eine ringartige Form auf, die dazu konfiguriert ist, mit dem Körper verschraubt zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die Abdeckung mindestens eine Kerbe, um jedem Kanal im eingebauten Zustand zu entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Hubpunkte, die dazu konfiguriert sind, das Aufnehmen und Platzieren der elektrischen Maschine zu erleichtern.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Kühlräume, die dazu konfiguriert sind, Fluid zu ermöglichen, sich durch die Endplatte zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Öffnungen in gleichem Abstand und in Umfangsrichtung um den Körper herum angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Stator einschließlich Wickelköpfe, die sich axial von dem Stator erstrecken; einen Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist und zwei Rotorendplatten beinhaltet, wobei jede Endplatte einen scheibenförmigen Körper aufweist, der mindestens eine Öffnung definiert, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen; und einen kreisförmigen Ring, der dazu konfiguriert ist, an einen Abschnitt des Körpers einer der zwei Rotorendplatten anzuliegen und diesen abzudecken, wobei der kreisförmige Ring eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Kanälen aufweist, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von der mindestens einen Öffnung der Endplatte zu den Wickelköpfen des Stators während des Betriebs der elektrischen Maschine zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der kreisförmige Ring eine sich axial erstreckende Lippe, die um einen Außenumfang angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um den Wickelköpfen Kühlmittel zuzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kreisförmige Ring dazu konfiguriert, mit dem Körper der Endplatte verschraubt zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich jeder der Vielzahl von sich radial erstreckenden Kanälen von einem Innenumfang zu einem Außenumfang des kreisförmigen Rings.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen.

Claims

Endplatte für eine elektrische Maschine, umfassend: einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung und einen entsprechenden Kanal definiert, der sich von dort erstreckt, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen; und eine Lippe, die um einen Umfang des Körpers angeordnet ist und sich von dort erstreckt, wobei die Lippe dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf eines Stators der elektrischen Maschine zuzuführen.
Endplatte nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Abdeckung, die dazu konfiguriert ist, an der Lippe anzuliegen und diese abzudecken, um das Kühlmittel innerhalb der Abdeckung zu halten und das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen.
Endplatte nach Anspruch 2, wobei die Abdeckung eine ringartige Form aufweist, die dazu konfiguriert ist, mit dem Körper verschraubt zu werden.
Endplatte nach Anspruch 2, wobei die Abdeckung mindestens eine Kerbe definiert, um jedem Kanal im eingebauten Zustand zu entsprechen.
Endplatte nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet.
Endplatte nach Anspruch 5, wobei es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Hubpunkte handelt, die dazu konfiguriert sind, das Aufnehmen und Platzieren der elektrischen Maschine zu erleichtern.
Endplatte nach Anspruch 5, wobei es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Kühlräume handelt, die dazu konfiguriert sind, Fluid zu ermöglichen, sich durch die Endplatte zu bewegen.
Endplatte nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von Öffnungen in gleichem Abstand und in Umfangsrichtung um den Körper herum angeordnet ist.
Endplatte für eine elektrische Maschine, umfassend: einen scheibenartigen Körper, der mindestens eine Öffnung und einen entsprechenden Kanal definiert, der sich von dort erstreckt, wobei sich der Kanal von der mindestens einen Öffnung zu einem distalen Durchmesser des Körpers erstreckt, wobei die mindestens eine Öffnung dazu konfiguriert ist, Kühlmittel dort hindurchzulassen; eine Lippe, die um den distalen Durchmesser des Körpers angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen, um Kühlmittel an einem Wickelkopf der elektrischen Maschine zuzuführen; und eine Abdeckung, die dazu konfiguriert ist, an der Lippe anzuliegen und diese abzudecken, um das Kühlmittel innerhalb der Abdeckung zu halten und das Kühlmittel in die mindestens eine Öffnung zu führen.
Endplatte nach Anspruch 9, wobei die Abdeckung eine ringartige Form aufweist, die dazu konfiguriert ist, mit dem Körper verschraubt zu werden.
Endplatte nach Anspruch 10, wobei die Abdeckung mindestens eine Kerbe definiert, um jedem Kanal im eingebauten Zustand zu entsprechen.
Endplatte nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet.
Endplatte nach Anspruch 12, wobei es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Hubpunkte handelt, die dazu konfiguriert sind, das Aufnehmen und Platzieren der elektrischen Maschine zu erleichtern.
Endplatte nach Anspruch 12, wobei es sich bei mindestens einem Abschnitt der Vielzahl von Öffnungen um Kühlräume handelt, die dazu konfiguriert sind, Fluid zu ermöglichen, sich durch die Endplatte zu bewegen.
Endplatte nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Öffnungen in gleichem Abstand und in Umfangsrichtung um den Körper herum angeordnet ist.