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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Ein solches Fahrzeugrad für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Elektromaschine ist zum Beispiel aus der
DE 10 2010 033 852 A1 bekannt. Die Elektromaschine weist einen Rotor, einen Stator, einen Rotorträger und einen Statorträger auf. Der Rotor ist an dem Rotorträger angeordnet und/oder ausgebildet. Der Stator ist an einem Außenumfang des Statorträgers angeordnet und/oder ausgebildet. Der Rotor umgibt den Stator zumindest teilweise. Der Rotor weist eine Rotor-Lageranordnung auf. Der Rotorträger ist mittels der Rotor-Lageranordnung an dem Statorträger gelagert. Der Statorträger ist auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite des Statorträgers mit dem Kraftfahrzeug verbindbar und/oder verbunden. Der Statorträger weist einen Grundkörper und ein Hülsenelement auf. Das Hülsenelement ist mit dem Grundkörper wirksam verbindbar und/oder verbunden. Zumindest ein Kühlbereich ist funktional wirksam zwischen dem Grundkörper und dem Hülsenelement ausbildbar. Der Kühlbereich ist von einem Kühlfluid, insbesondere zur Kühlung des Stators, durchströmbar. Der Kühlbereich weist einen ersten Kühlkanal und einen zweiten Kühlkanal auf. Der erste Kühlkanal weist eine geringere radiale Höhe auf als der zweite Kühlkanal. Hierbei weist der erste Kühlkanal mäandrierende Kühlkanalabschnitte auf, welche sich in axialer Richtung des Statorträgers von einem dem Kraftfahrzeug abgewandten Ende des Statorträgers bis zu dem zweiten Kühlkanal erstrecken, wobei der zweite Kühlkanal an einem radinnenseitigen, dem Kraftfahrzeug zugewandten Ende des Statorträgers in dem Statorträger ausgebildet ist. Die mäandrierenden Kühlkanäle erstrecken sich dabei über einen Großteil der axialen Länge des Statorträgers. Der zweite Kühlkanal wird sowohl mittels einer in dem Grundkörper ausgebildeten Nut wie auch mittels einer in dem Hülsenelement ausgebildeten Nut gebildet. Das Hülsenelement weist dazu im Bereich des zweiten Kühlkanals eine größere Wandstärke auf, als im Bereich des ersten Kühlkanals.
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Bei dem zuvor beschriebenen Stand der Technik ist der Stator bei dieser Ausführung des Kühlbereiches mit dem entsprechenden ersten und zweiten Kühlkanal noch nicht optimal kühlbar. Weiterhin wird auch eine Stabilität des Statorträgers durch die derart ausgeführten Kühlkanäle negativ beeinflusst. Die sich über fast die komplette axiale Länge des Statorträgers erstreckenden, mäandrierenden Kühlkanäle führen nämlich zu einer nur schwer einschätzbaren bzw. berechenbaren Stabilität des Statorträgers gegenüber mechanischen Belastungen des Statorträgers. Weiterhin führt das Mäandrieren der Kühlkanäle durch die resultierenden Umlenkungen des Kühlfluids zu einem erhöhten Strömungswiderstand für das Kühlfluid.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Fahrzeugrad für ein Kraftfahrzeug nun derart auszugestalten und/oder weiterzubilden, dass eine Kühlung des Stators und/oder eine Stabilität des Statorträgers verbessert ist.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun zunächst durch ein Fahrzeugrad für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das Grundprinzip der Erfindung liegt zunächst im Wesentlichen darin, dass der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal im Wesentlichen jeweils in einer Umfangsrichtung des Statorträgers verlaufend ausgebildet sind, wobei der Statorträger einen Einlass zur Zufuhr des Kühlfluids zu dem ersten Kühlkanal und zu dem zweiten Kühlkanal aufweist, wobei der Statorträger weiterhin einen Auslass zur Abfuhr des Kühlfluids aus dem ersten Kühlkanal und aus dem zweiten Kühlkanal aufweist, wobei der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal mittels eines Trennsteges strömungstechnisch voneinander getrennt sind, wobei der Trennsteg in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Rotors verlaufenden Ebene in einer Umfangsrichtung des Statorträgers verlaufend angeordnet und/oder ausgebildet, wobei der Trennsteg ein erstes Ende in einer Umgebung des Einlasses und ein zweites Ende in einer Umgebung des Auslasses aufweist, und wobei der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal von dem Kühlfluid in im Wesentlichen jeweiliger zueinander parallel verlaufender Strömungsrichtung durchströmbar ist bzw. sind.
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Auf diese Weise ist das Fahrzeugrad, insbesondere der Stator, besonders effektiv kühlbar. Auch wenn die Elektromaschine nicht abkoppelbar ist und somit in jedem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges mitrotiert, ist mittels eines derart ausgeführten Kühlsystems eine ausreichende Kühlung des Fahrzeugrades, insbesondere des Stators, möglich. Dadurch, dass nur ein Einlass zur Zufuhr des Kühlfluids zu zwei Kühlkanälen und ein Auslass zur Abfuhr des Kühlfluids aus zwei Kühlkanälen vorhanden sind, ist insgesamt eine einfache Strömungsführung erreichbar, welche einfach berechenbar und somit besonders präzise auslegbar ist. Wärme, insbesondere mittels des Stators generierte Wärme, kann dort, wo es notwendig ist, abgeführt werden, insbesondere kann solche Wärme besonderes gleichmäßig über den kompletten Kühlbereich mittels des Kühlfluids abgeführt werden. Mit der „im Wesentlichen“ parallelen Strömungsrichtung des Kühlfluids im ersten und zweiten Kühlkanal ist gemeint, dass die Strömungsrichtung des Kühlfluids in dem ersten und zweiten Kühlkanal entlang der Umfangsrichtung parallel verläuft mit Ausnahme im Bereich des Einlasses bzw. im Bereich des Auslasses, wo das Kühlfluid den jeweiligen Kühlkanälen entsprechend zugeführt bzw. von diesem abgeführt werden muss und hier die Strömungsrichtung in diesen Bereichen dann teilweise axial verläuft.
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Der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal sind im Wesentlichen jeweils in einer Umfangsrichtung des Statorträgers verlaufend ausgebildet sind und der Trennsteg ist in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Rotors verlaufenden Ebene in einer Umfangsrichtung des Statorträgers verlaufend angeordnet und/oder ausgebildet. „Im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass von diesen Anordnungen / Ausbildungen insbesondere in einem bestimmten Toleranzbereich oder bis zu einem bestimmten Winkel abgewichen werden kann, solange die Kühlwirkung ausreichend gut bleibt. Z.B. könnte der Trennsteg und/oder erste Kühlkanal und/oder der zweite Kühlkanal in einem geringen Winkel zur der Umfangsrichtung des Statorträgers angeordnet bzw. ausgebildet sein, wobei der Winkel einen bestimmten Wert, insbesondere 20°, dann nicht überschreitet.
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Der Grundkörper weist in einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugrades einen Außenumfangsbereich und einen Abstützbereich auf. Der Außenumfangsbereich ist im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung des Statorträgers ausgebildet. Insbesondere weist der Außenumfangsbereich somit eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form auf, wobei mit im Wesentlichen in diesem Zusammenhang gemeint ist, dass von der Ausbildung des Außenumfangsbereiches in der Umfangsrichtung des Statorträgers bzw. von der hohlzylindrischen Form des Außenumfangsbereiches in geringem Maße z.B. aus Gründen der Stabilität und/oder zur Ausbildung des Kühlbereiches abgewichen werden kann.
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Der Abstützbereich ist im Wesentlichen in einer senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordneten Ebene angeordnet und/oder ausgebildet. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass von der Ausbildung des Abstützbereiches senkrecht zu der Drehachse des Rotors in geringem Maße z.B. aus Gründen der Stabilität und/oder zur besseren Bauraumausnutzung abgewichen werden kann. Der Außenumfangsbereich des Grundkörpers ist mittels des Abstützbereiches des Grundkörpers in radialer Richtung abstützbar. Hierbei ist der erste Kühlkanal insbesondere im Bereich des dem Abstützbereich zugeordneten Außenumfangsbereich ausgebildet. Nochmal mit anderen Worten ausgedrückt: Der erste Kühlkanal umschließt insbesondere den Abstützbereich radial außerhalb und in Umfangsrichtung.
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Der zweite Kühlkanal ist auf einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite des Abstützbereiches in dem Statorträger, insbesondere an dem entsprechenden Außenumfangsbereich des Statorträgers ausgebildet. Insbesondere ist der Einlass und/oder der Auslass auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite im Bereich des dem Abstützbereich zugeordneten Außenumfangsbereich in dem Statorträger ausgebildet.
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Auf diese Weise ist der Statorträger, insbesondere der Grundkörper des Statorträgers, besonders stabil ausführbar. Der Statorträger ist angrenzend zum ersten Kühlkanal wegen der geringen Höhe des ersten Kühlkanals besonders stabil ausführbar. Dadurch können die während des Betriebes des Fahrzeugrades angrenzend zum ersten Kühlkanal im Statorträger auftretenden besonders hohen Lasten sicher aufgenommen werden. Angrenzend zum zweiten Kühlkanal treten während des Betriebes des Fahrzeugrades im Statorträger üblicherweise vergleichsweise geringe Lasten auf, so dass eine Stabilität des Statorträgers trotz der im Vergleich zum ersten Kühlkanal größeren Höhe des zweiten Kühlkanals sichergestellt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Fahrzeugrades weist der Trennsteg ein Strömungstrennelement, insbesondere eine Nase, auf. Das durch den Einlass zugeführte Kühlfluid ist mittels des Strömungstrennelementes derart aufteilbar, dass ein Teil des Kühlfluids mit einem ersten Massenstrom in den ersten Kühlkanal einströmt und dass ein weiterer Teil des Kühlfluids mit einem zweiten Massenstrom in den zweiten Kühlkanal einströmt. Das Strömungstrennelement ist im Bereich des ersten Endes des Trennsteges angeordnet und/oder ausgebildet. Das Strömungstrennelement ist im Wesentlichen in einer axialen Richtung der Drehachse des Rotors angeordnet. Insbesondere erstreckt sich das Strömungstrennelement bis zu einem Rand des Einlasses.
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Mittels des Strömungstrennelementes ist somit sichergestellt, dass in dem ersten Kühlkanal trotz der im Vergleich zum zweiten Kühlkanal geringeren Höhe ein zur gewünschten Kühlung ausreichend großer Massenstrom erreichbar bzw. realisierbar ist. Insbesondere ist eine besonders gleichmäßige Kühlung über den kompletten Kühlbereich hinweg erreichbar.
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Von der Anordnung des Strömungstrennelementes in einer axialen Richtung der Drehachse des Rotors kann abgewichen werden, wenn trotzdem die gewünschte Aufteilung des Massenstromes des Kühlfluides erreichbar ist.
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Vorteilhafterweise ist in dem Kühlbereich, insbesondere in dem ersten Kühlkanal und/oder in dem zweiten Kühlkanal, zumindest eine Rippe angeordnet. Die zumindest eine Rippe ist von dem Kühlfluid umströmbar. Insbesondere ist eine Vielzahl von jeweils von dem Kühlfluid umströmbarer Rippen über den Umfang des Statorträgers in dem Kühlbereich, insbesondere in dem ersten Kühlkanal und/oder in dem zweiten Kühlkanal, an dem Grundkörper des Statorträgers angeordnet und/oder ausgebildet.
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Somit ist die Kühlwirkung noch präziser beeinflussbar. Insbesondere kann die Gleichmäßigkeit der Kühlung über den kompletten Kühlbereich hinweg weiter verbessert werden. Die zumindest eine Rippe führt weiterhin zu einer turbulenten Strömung des Kühlfluids, wobei bei einer solchen turbulenten Strömung des Kühlfluids ein besonders guter konvektiver Wärmeübergang an das Kühlfluid ermöglicht ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugrades ist eine Schrumpfverbindung zwischen dem Hülsenelement und dem Grundkörper des Statorträgers erzeugbar bzw. realisierbar. Eine Abstützung zwischen dem Hülsenelement und dem Grundkörper des Statorträgers ist mittels des Trennsteges und/oder mittels der zumindest einen Rippe ermöglicht.
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Mittels der Schrumpfverbindung ist eine sicherere Verbindung zwischen dem Hülsenelement und dem Grundkörper erreichbar, so dass insbesondere auch die in Umfangsrichtung auftretenden Lasten zwischen dem Hülsenelement und dem Grundkörper sicher aufnehmbar sind. Solche Umfangslasten treten insbesondere bei einer positiven oder negativen Beschleunigung der Elektromaschine auf. Aufgrund der Abstützung des Hülsenelementes mittels des Trennsteges und/oder mittels der zumindest einen Rippe ist das Hülsenelement besonders dünn ausführbar, so dass weiterhin der Wärmedurchgang durch das Hülsenelement hindurch verbessert ist. Trotz des „dünnen“ Hülsenelementes ist eine ausreichende Stabilität des Statorträgers erreichbar.
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Bevorzugterweise weist das Hülsenelement auf einer dem Grundkörper des Statorträgers zugewandten Seite eine glatte Oberfläche auf.
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Ein derartiges Hülsenelement ist besonders einfach herstellbar und auch besonders einfach an dem Grundkörper montierbar. Alternativ wäre denkbar, dass das Hülsenelement auf einer dem Grundkörper des Statorträgers zugewandten Seite keine glatte Oberfläche, sondern zum Beispiel zumindest eine Rippe aufweist.
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Das Hülsenelement ist in einer vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeugrades auf einer dem Stator zugewandten Seite oder auf einer dem Stator abgewandten Seite des Grundkörpers des Statorträgers anordnenbar.
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Die Anordnung des Hülsenelementes auf einer dem Stator zugewandten Seite des Grundkörpers führt dazu, dass die Kühlkanäle, insbesondere der insbesondere auch angrenzend zum Abstützbereich angeordnete und/oder ausgebildete erste Kühlkanal, besonders einfach herstellbar sind. Dann sind nämlich zum Beispiel beide Kühlkanäle mithilfe in den Grundkörper eingebrachter Nuten ausbildbar, wobei diese Nuten dann zur Ausbildung der Kühlkanäle mittels des Hülsenelementes überdeckbar sind.
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Die Anordnung des Hülsenelementes auf einer dem Stator abgewandten Seite des Grundkörpers weist den Vorteil auf, dass das Hülsenelement dann im Betrieb des Fahrzeugrades - im Vergleich zu der Anordnung des Hülsenelementes auf der dem Stator zugewandten Seite des Grundkörpers - weniger stark belastet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugrades sind der Einlass und der Auslass im Wesentlichen nebeneinander aber strömungstechnisch voneinander getrennt im Statorträger ausgebildet. „Im Wesentlichen“ nebeneinander aber strömungstechnisch voneinander getrennt bedeutet dabei, dass zum einen eine direkte Strömung auf kürzestem Wege zwischen dem Einlass und dem Auslass vermieden ist, insbesondere, dass also weiterhin auch schon eine Strömung von dem Einlass direkt in Richtung des Auslasses vermieden ist. Nochmal anders ausgedrückt, der Einlass und der Auslass sind zwar nah beieinander angeordnet, aber zwischen dem Einlass und dem Auslass bildet sich kein Bereich aus, ohne dass eine Zufuhr des Kühlfluids vom Einlass direkt zum Auslass ohne eine Durchströmung des ersten bzw. des zweiten Kühlkanals erfolgt. Der Einlass und der Auslass erstrecken sich gemeinsam über einen Winkelbereich des Statorträgers von 10° bis 60°, bevorzugterweise von 20° bis 40°.
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Auf diese Weise ist die Strömungsführung des Kühlfluides in dem Kühlbereich, insbesondere hinsichtlich einer gleichmäßigeren Kühlung über dem kompletten Kühlbereich hinweg, verbessert. Es kann sichergestellt werden, dass das Kühlfluid nur in einer Umfangsrichtung durch den Kühlbereich hindurchströmt und insbesondere diese Umfangsrichtung nicht wechselt. So kann ein Strömungswiderstand des Kühlbereiches geringgehalten werden, so dass z.B. nur eine Pumpe geringer Leistung zur Förderung des Kühlfluides durch den Kühlbereich notwendig ist.
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Vorteilhafterweise ist zur Ausrichtung des Stators eine Passfeder in einer axialen Richtung parallel zu einer Drehachse des Rotors formschlüssig zwischen dem Statorträger und dem Stator anordnenbar.
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Der Statorträger, insbesondere das Hülsenelement, weist dann eine Statorträger-Passfedernut auf, wobei die Passfeder in dieser Statorträger-Passfedernut anordenbar ist. Weiterhin ist die Passfeder auch in einer in dem Stator ausgebildeten Stator-Passfedernut anordnenbar. Mittels der Passfeder kann dann so eine Momentenübertragbarkeit zwischen dem Statorträger und dem Stator erreicht bzw. verbessert werden. Weiterhin ist der Stator, insbesondere ein Blechpaket des Stators, mittels der Passfeder zum Statorträger hin ausrichtbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Fahrzeugrades ist zumindest eine Radialdichtung zwischen dem Hülsenelement und dem Grundkörper des Statorträgers anordnenbar. Insbesondere ist eine erste Radialdichtung auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite der Kühlkanäle und eine zweite Radialdichtung auf einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite der Kühlkanäle anordnenbar.
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Mittels der Radialdichtung, insbesondere der ersten und der zweiten Radialdichtung, kann eine Dichtigkeit des Kühlbereiches sichergestellt werden, so dass das Kühlfluid den Kühlbereich nicht an unerwünschter Stelle, sondern ausschließlich über den Auslass wieder verlässt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Fahrzeugrad für ein Kraftfahrzeug in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Es darf hierzu zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert bzw. beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
- 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug in einer Seitenansicht im Schnitt,
- 2 in schematischer Darstellung einen Grundkörper eines Statorträgers des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug aus 1 in einer dreidimensionalen Ansicht,
- 3 in schematischer Explosionsdarstellung den Statorträger des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug aus 1 in einer dreidimensionalen Ansicht im Schnitt,
- 4 in schematischer Darstellung den Statorträger des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug aus 1 in einer dreidimensionalen Ansicht im Schnitt,
- 5 in schematischer Darstellung den Statorträger und einen Stator des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug aus 1 in einer dreidimensionalen Ansicht im Schnitt,
- 6 in schematischer Darstellung den Statorträger, den Stator, einen Rotor und einen Rotorträger des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug aus 1 in einer dreidimensionalen Ansicht im Schnitt, und
- 7 in schematischer Darstellung das Ausführungsbeispiel des Fahrzeugrades für ein Kraftfahrzeug aus 1 in einer weiteren, von einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite des Kraftfahrzeuges auf das Fahrzeugrad gerichteten Seitenansicht im Schnitt.
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Die 1 bis 7 zeigen jeweils in schematischer Darstellung das gleiche Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugrades 1 für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Elektromaschine 2, wobei der Übersichtlichkeit halber in einigen Figuren bestimmte Bauteile des Fahrzeugrades 1 weggelassen worden sind. Für gleiche Bauteile werden in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die Elektromaschine 2 weist einen Rotor 3, einen Stator 4, einen Rotorträger 5 und einen Statorträger 6 auf. Der Rotor 3 ist an dem Rotorträger 5 angeordnet und/oder ausgebildet. Der Stator 4 ist an einem Außenumfang des Statorträgers 5 angeordnet und/oder ausgebildet. Der Rotor 3 umgibt den Stator 4 zumindest teilweise. Der Rotor 3 weist eine Rotor-Lageranordnung 7 auf. Der Rotorträger 5 ist mittels der Rotor-Lageranordnung 7 an dem Statorträger 6 gelagert. Der Statorträger 6 ist auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite Szu des Statorträgers 6 mit dem Kraftfahrzeug verbindbar und/oder verbunden. Der Statorträger 6 weist einen Grundkörper 6.1 und ein Hülsenelement 6.2 auf. Das Hülsenelement 6.2 ist mit dem Grundkörper 6.1 wirksam verbindbar und/oder verbunden. Zumindest ein Kühlbereich 8 ist funktional wirksam zwischen dem Grundkörper 6.1 und dem Hülsenelement 6.2 ausbildbar. Der Kühlbereich 8 ist von einem Kühlfluid 9, insbesondere zur Kühlung des Stators 4, durchströmbar. Der Kühlbereich 8 weist einen ersten Kühlkanal 8.1 und einen zweiten Kühlkanal 8.2 auf. Der erste Kühlkanal 8.1 weist eine geringere radiale Höhe auf als der zweite Kühlkanal 8.2. Die radiale Höhe h1 des ersten Kühlkanals 8.1 ist somit kleiner als die radiale Höhe h2 des zweiten Kühlkanals 8.2.
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Der Rotor 3 weist insbesondere eine Vielzahl von über den Umfang des Rotors 3 verteilte Permanentmagnete 3.1 auf. Insbesondere weist der Stator 4 ein Blechpaket 4.1 und an dem Blechpaket 4.1 angeordnete Statorwicklungen 4.2 auf. Die Elektromaschine 2 ist als sogenannte Außenläufermaschine ausgeführt, da der Rotor 3 im Betrieb der Elektromaschine 2 um den Stator 4 herum rotiert, wobei der Stator 4 im Betrieb der Elektromaschine 2 stillsteht.
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Der erste Kühlkanal 8.1 und der zweite Kühlkanal 8.2 sind im Wesentlichen jeweils in einer Umfangsrichtung U des Statorträgers 6 verlaufend ausgebildet. Der Statorträger 6 weist einen Einlass 6.3 zur Zufuhr des Kühlfluids 9 zu dem ersten Kühlkanal 8.1 und zu dem zweiten Kühlkanal 8.2 auf. Der Statorträger 6 weist weiterhin einen Auslass 6.4 zur Abfuhr des Kühlfluids 9 aus dem ersten Kühlkanal 8.1 und zur Abfuhr aus dem zweiten Kühlkanal 8.2 auf. Der erste Kühlkanal 8.1 und der zweite Kühlkanal 8.2 sind mittels eines Trennsteges 6.5 strömungstechnisch voneinander getrennt. Der Trennsteg 6.5 ist in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse L des Rotors 3 verlaufenden Ebene in einer Umfangsrichtung U des Statorträgers 6 verlaufend angeordnet und/oder ausgebildet. Der Trennsteg 6.5 weist ein erstes Ende 6.5.1 in einer Umgebung des Einlasses 6.3 und ein zweites Ende 6.5.2 in einer Umgebung des Auslasses 6.4 auf. Der erste Kühlkanal 8.1 und der zweite Kühlkanal 8.2 ist von dem Kühlfluid 9 in im Wesentlichen jeweiliger zueinander parallel verlaufender Strömungsrichtung durchströmbar. Anders ausgedrückt, die Strömungsrichtung des Kühlfluids im ersten und zweiten Kühlkanal 8.1 und 8.2 verläuft im Wesentlichen entlang des Umfanges parallel zueinander. Auch darf an dieser Stelle kurz darauf hingewiesen werden, dass die Drehachse L des Rotors 3 insbesondere auch der Achse des Statorträgers 6 entspricht bzw. insbesondere korrespondierend zu der jeweiligen Fahrzeugradachse ausgerichtet ist.
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Insbesondere sind der Grundkörper 6.1 und der Trennsteg 6.5 einteilig ausgeführt. Z.B. werden der erste Kühlkanal 8.1 und der zweite Kühlkanal 8.2 aus dem Grundkörper 6.1 spanabtragend herausgefräst, wobei der Trennsteg 6.5 stehengelassen wird. Die beiden Kühlkanäle 8.1 und 8.2 wären dann zum Teil als Nuten in dem Grundkörper 6.2 ausgebildet. Ein solches einteiliges, den Grundkörper 6.1 und den Trennsteg 6.5 aufweisendes Bauteil könnte auch in einem Gussverfahren hergestellt werden. Demgegenüber wäre auch denkbar, dass der Trennsteg 6.5 und das Hülsenelement 6.2 einteilig ausgeführt sind.
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Der Grundkörper 6.1 weist einen Außenumfangsbereich 6.1.1 und einen Abstützbereich 6.1.2 auf. Der Außenumfangsbereich 6.1.1 ist im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung U des Statorträgers 6 ausgebildet. Der Abstützbereich 6.1.2 ist im Wesentlichen in einer senkrecht zu der Drehachse L des Rotors 3 angeordneten Ebene angeordnet und/oder ausgebildet. Der Außenumfangsbereich 6.1.1 des Grundkörpers 6.1 ist mittels des Abstützbereiches 6.1.2 des Grundkörpers 6.1 in radialer Richtung R abstützbar.
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Der Außenumfangsbereich 6.1.1 weist insbesondere den Kühlbereich 8 mit dem ersten und mit dem zweiten Kühlkanal 8.1 und 8.2 auf. Hierbei ist insbesondere der erste Kühlkanal 8.1 in dem Bereich des Außenumfangsbereiches 6.1.1 ausgebildet, der dem Abstützbereich 6.1.2 zugeordnet ist bzw. - einfach ausgedrückt - der sich radial an den Abstützbereich 6.1.2 anschließt. Nochmals mit anderen Worten ausgedrückt: Der erste Kühlkanal 8.1 umschließt den Abstützbereich 6.1.2 radial außerhalb und in Umfangsrichtung U. Der zweite Kühlkanal 8.2 ist auf einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite Sab des Abstützbereiches 6.1.2 in dem Statorträger 6 insbesondere am Außenumfangsbereich 6.1.1 entsprechend ausgebildet, insbesondere der zum Abstützbereich 6.1.2 axial versetzt ausgebildet ist. Insbesondere ist der Einlass 6.3 und/oder der Auslass 6.4 auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite Szu des Abstützbereiches 6.1.2 in dem Statorträger 6 ausgebildet. Nochmals anders ausgedrückt: Der Einlass 6.3 und/oder der Auslass 6.4 ist auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite Szu im Bereich des dem Abstützbereich 6.1.2 zugeordneten Außenumfangsbereich 6.1.1 in dem Statorträger 6 ausgebildet.
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Der Außenumfangsbereich 6.1.1 kragt im Wesentlichen von dem Abstützbereich 6.1.2 in eine Richtung der dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite Sab des Abstützbereiches 6.1.2 aus. Insbesondere ist an dem Abstützbereiches 6.1.2 ein Lagersitz zur Aufnahme eines Lagers der Rotor-Lageranordnung 7 angeordnet und/oder ausgebildet.
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Der Trennsteg 6.5 weist ein Strömungstrennelement 6.5.3, insbesondere eine Nase, auf. Das Strömungstrennelement 6.5.3, insbesondere die Nase, ist insbesondere aus 2 ersichtlich. Das durch den Einlass 6.3 zugeführte Kühlfluid 9 ist mittels des Strömungstrennelementes 6.5.3 derart aufteilbar, dass ein Teil des Kühlfluids 9 mit einem ersten Massenstrom in den ersten Kühlkanal 8.1 einströmt und dass ein weiterer Teil des Kühlfluids 9 mit einem zweiten Massenstrom in den zweiten Kühlkanal 8.2 einströmt. Dieser Umstand wird durch entsprechende Pfeile in 2 symbolisiert. Das Strömungstrennelement 6.5.3 ist im Bereich des ersten Endes 6.5.1 des Trennsteges 6.5 angeordnet und/oder ausgebildet. Das Strömungstrennelement 6.5.3 ist im Wesentlichen in einer axialen Richtung der Drehachse L des Rotors 3 angeordnet. Insbesondere erstreckt sich das Strömungstrennelement 6.5.3 bis zu einem Rand des Einlasses 6.3.
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Insbesondere gehen der Trennsteg 6.5 und das Strömungstrennelement 6.5.3 fließend ineinander über. Es wäre dem gegenüber aber auch denkbar, dass zwischen dem Trennsteg 6.5 und Strömungstrennelement 6.5.3 ein kleiner Abstand ausgebildet ist.
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In dem Kühlbereich 8 ist, insbesondere in dem ersten Kühlkanal 8.1 und/oder in dem zweiten Kühlkanal 8.2, zumindest eine Rippe 10 angeordnet. Die zumindest eine Rippe 10 ist von dem Kühlfluid 9 umströmbar. Diese Umströmung der zumindest einen Rippe 10 ist in 2 mit entsprechenden Pfeilen symbolisiert. Insbesondere ist eine Vielzahl von jeweils von dem Kühlfluid 9 umströmbarer Rippen 10 über den Umfang des Statorträgers 6 in dem Kühlbereich 8, insbesondere in dem ersten Kühlkanal 8.1 und/oder in dem zweiten Kühlkanal 8.2, an dem Grundkörper 6.1 des Statorträgers 6 angeordnet und/oder ausgebildet.
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Insbesondere sind dabei in Umfangsrichtung U hintereinander angeordnete Rippen 10 jeweils axial versetzt zueinander angeordnet. So kann die Turbulenz der Strömung des Kühlfluids 9 und somit ein Wärmeübergang an das Kühlfluid 9 verbessert werden.
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Eine Schrumpfverbindung ist zwischen dem Hülsenelement 6.2 und dem Grundkörper 6.1 des Statorträgers 6 realisiert. Eine Abstützung zwischen dem Hülsenelement 6.2 und dem Grundkörper 6.1 des Statorträgers 6 ist mittels des Trennsteges 6.5 und/oder mittels der zumindest einen Rippe 10 ermöglicht.
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Ein Montagevorgang des Hülsenelementes 6.1 des Stators 4, des Rotors 3 und des Rotorträgers 5 ist insbesondere aus einer Zusammenschau der 3 bis 6 ersichtlich. 3 zeigt das Hülsenelement 6.2 und insbesondere zugehörige Schrauben neben dem Grundkörper 6.1 vor der Montage in einer Explosionsdarstellung.
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Zur Erzeugung der Schrumpfverbindung wird die Temperatur des Hülsenelementes 6.2 vor der Montage des Hülsenelementes 6.2 an dem Grundkörper 6.1 zunächst gegenüber der Temperatur des Grundkörpers 6.1 verändert. Dann wird das Hülsenelement 6.2 kraftlos auf den Grundköroper 6.1 gefügt und insbesondere mittels Schrauben axial fixiert. Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. Nach einem Temperaturausgleichsvorgang, nach welchem das Hülsenelement 6.2 und der Grundkörper 6.1 wieder eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen, stellt sich zwischen dem Hülsenelement 6.2 und dem Grundkörper 6.1 eine Presspassung ein, so dass dann eine Verdrehsicherung zwischen dem Hülsenelement 6.2 und dem Grundkörper 6.1 besteht.
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Auf dem Statorträger 6, insbesondere auf dem Hülsenelement 6.2, wird dann der Stator 4, bestehend aus dem Blechpaket 4.1 und den Statorwicklungen 4.2, angeordnet, wie in 5 gezeigt. Der Stator 4, insbesondere das Blechpaket 4.1, ist insbesondere an einem an dem Statorträger 6 ausgebildeten, umlaufenden Kragen in axialer Richtung abstützbar. Der umlaufende Kragen ist insbesondere an dem Hülsenelement 6.2 ausgebildet.
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Das Hülsenelement 6.2 weist auf einer dem Grundkörper 6.1 des Statorträgers 6 zugewandten Seite eine glatte Oberfläche auf.
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In dem Ausführungsbeispiel aus 1 bis 7 ist das Hülsenelement 6.2 auf einer dem Stator 4 zugewandten Seite des Grundkörpers 6.1 anordnenbar. Es ist aber auch denkbar, dass das Hülsenelement 6.2 auf einer dem Stator 4 abgewandten Seite des Grundkörpers 6.1 anordnenbar ist.
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Wenn das Hülsenelement 6.2 auf der dem Stator 4 zugewandten Seite des Grundkörpers 6.1 anordnenbar ist, weist das Hülsenelement 6.2 dann z.B. an einem Innenumfang, insbesondere über den kompletten Innenumfang, eine glatte Oberfläche auf.
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Wenn das Hülsenelement 6.2 auf der dem Stator 4 zugewandten Seite des Grundkörpers 6.1 anordnenbar ist, wird zur Erzeugung der Schrumpfverbindung vor Montage des Hülsenelementes 6.2 an dem Grundkörper 6.1 das Hülsenelement 6.2 erwärmt und/oder der Grundkörper 6.1 gekühlt.
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Wenn das Hülsenelement 6.2 auf der dem Stator 4 abgewandten Seite des Grundkörpers 6.1 anordnenbar ist, wird zur Erzeugung der Schrumpfverbindung vor Montage des Hülsenelementes 6.2 an dem Grundkörper 6.1 das Hülsenelement 6.2 gekühlt und/oder der Grundkörper 6.1 erwärmt.
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Nachdem der Stator 4 an dem Statorträger 6 montiert wurde, werden der Rotor 3 und der Rotorträger 5 montiert, wobei der Zustand nach der Montage des Rotors 3 und des Rotorträgers 5 in 6 gezeigt ist.
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Der Einlass 6.3 und der Auslass 6.4 sind im Wesentlichen nebeneinander aber strömungstechnisch voneinander getrennt im Statorträger 6 ausgebildet. Der Einlass 6.3 und der Auslass 6.3 erstrecken sich gemeinsam über einen Winkelbereich α des Statorträgers 6 von 10° bis 60°, bevorzugterweise von 20° bis 40°. Dieser Umstand ist insbesondere aus 7 ersichtlich.
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Die strömungstechnische Trennung von Einlass 6.3 und Auslass 6.4 ist insbesondere mittels eines - in einer axialen Richtung parallel zu einer Drehachse L des Rotors 3 in dem Statorträger 6 angeordneten und/oder ausgebildeten - Axial-Trennsteges 6.6 erreichbar. Ein solcher Axial-Trennsteg 6.6 erstreckt sich dann von einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite Szu des Kühlbereiches 8 bis zu einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite Sab des Kühlbereiches 8.
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Zur Ausrichtung des Stators 4 ist eine Passfeder 11 in einer axialen Richtung parallel zu einer Drehachse L des Rotors 3 formschlüssig zwischen dem Statorträger 6 und dem Stator 4 anordnenbar. Insbesondere ist die Passfeder 11 - aus Gründen der besseren Stabilität - radial außerhalb des Axial-Trennsteges 6.6 angeordnet.
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Eine Radialdichtung 12 ist zwischen dem Hülsenelement 6.2 und dem Grundkörper 6.1 des Statorträgers 6 anordnenbar. Insbesondere ist eine erste Radialdichtung 12.1 auf einer dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite Szu der Kühlkanäle 8.1 und 8.2 und eine zweite Radialdichtung 12.2 auf einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite Sab der Kühlkanäle 8.1 und 8.2 anordnenbar.
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Eine Felge 13 ist mit dem Rotorträger 5, z.B. mittels einer Übertragungsscheibe 14 verbunden. Alternativ wäre es denkbar, dass Rotorträger und Felge einteilig ausgeführt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Elektromaschine
- 3
- Rotor
- 3.1
- Permanentmagnete
- 4
- Stator
- 4.1
- Blechpaket
- 4.2
- Statorwicklungen
- 5
- Rotorträger
- 6
- Statorträger
- 6.1
- Grundkörper
- 6.1.1
- Außenumfangsbereich
- 6.1.2
- Abstützbereich
- 6.2
- Hülsenelement
- 6.3
- Einlass
- 6.4
- Auslass
- 6.5
- Trennsteg
- 6.5.1
- erstes Ende
- 6.5.2
- zweites Ende
- 6.5.3
- Strömungstrennelement, insbesondere Nase
- 6.6
- Axial-Trennsteg
- 7
- Rotor-Lageranordnung
- 8
- Kühlbereich
- 8.1
- erster Kühlkanal
- 8.2
- zweiter Kühlkanal
- 9
- Kühlfluid
- 10
- Rippe, insbesondere Vielzahl von Rippen
- 11
- Passfeder
- 12
- Radialdichtung
- 12.1
- erste Radialdichtung
- 12.2
- zweite Radialdichtung
- 13
- Felge
- 14
- Übertragungsscheibe
- Szu
- dem Kraftfahrzeug zugewandte Seite jeglicher Bauteile des Fahrzeugrades 1
- Sab
- dem Kraftfahrzeug abgewandte Seite jeglicher Bauteile des Fahrzeugrades 1
- h1
- radiale Höhe des ersten Kühlkanals 8.1
- h2
- radiale Höhe des zweiten Kühlkanals 8.2
- U
- Umfangsrichtung des Statorträgers 6
- L
- Drehachse
- R
- radiale Richtung
- α
- Winkelbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010033852 A1 [0002]
