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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinheit umfasst zumindest einen elektrischen Antrieb, einen Inverter und ein Getriebe. Der elektrische Antrieb stellt ein Antriebsdrehmoment zum Antrieb des Kraftfahrzeuges zur Verfügung. Eine derartige Antriebseinheit ist insbesondere zur Verbindung eines elektrischen Antriebs mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dabei kann über die Antriebswelle eine Antriebsleistung des elektrischen Antriebs z. B. auf mindestens ein Rad oder auf mehrere Räder einer oder mehrerer Achsen des Kraftfahrzeugs zum Antrieb des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
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Aus der
DE 10 2011 084 030 A1 ist eine Getriebeeinrichtung umfassend ein Getriebe mit einem Ölsumpf und einem Elektromotor bekannt. Der Ölsumpf erstreckt sich dort auch unterhalb des Elektromotors. Ein von dem Ölsumpf fluidtechnisch getrennt ausgeführter Kühlkreislauf ist unterhalb des Ölsumpfes zur Kühlung des Getriebeöls angeordnet.
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Es wurde herausgefunden, dass aufgrund der vollständigen Abdeckung der Antriebseinheit, die zur Reduzierung von Geräuschen und Vibrationen gewünscht wird und einen Umluftstrom und/oder die Wärmeableitung verhindert, die Kühlung des Getriebes problematisch ist. Weiter wurde erkannt, dass die Integration einer externen Kühlung bauraumbedingt nicht ohne weiteres möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Antriebseinheit bereitzustellen, die kompakt ausgeführt ist und eine ausreichende Kühlung aller Komponenten ermöglicht.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Antriebseinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebseinheit sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Es wird eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen elektrischen Antrieb mit zumindest einem Rotor und einem Stator, einen Inverter zur Steuerung des elektrischen Antriebs sowie ein Getriebe, das ein von dem elektrischen Antrieb erzeugtes Antriebsdrehmoment mit zumindest einer Übersetzung an einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges weiterleitet. Der elektrische Antrieb, der Inverter und das Getriebe sind in einem gemeinsamen (ggf. mehrteilig ausgeführtem) Gehäuse angeordnet, wobei ein Kühlkreislauf in dem Gehäuse angeordnet ist, der den elektrischen Antrieb, den Inverter und das Getriebe temperiert.
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Der Kühlkreislauf weist insbesondere ein Kühlfluid auf, das den Kühlkreislauf durchströmt. Das Kühlfluid ist insbesondere Wasser, bevorzugt zumindest wasserhaltig und besonders bevorzugt eine Wasser-Glykol-Mischung.
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Insbesondere weist der Kühlkreislauf entlang seiner Erstreckung durch das Gehäuse voneinander getrennt angeordnete, jeweils vergrößerte Wandbereiche auf, die unmittelbar benachbart zu dem Inverter, zu dem elektrischen Antrieb und dem Getriebe angeordnet sind. Der Kühlkreislauf weist also voneinander räumlich getrennt angeordnete Kühlzonen auf, wobei eine erste Kühlzone dem Inverter, eine zweite Kühlzone dem elektrischen Antrieb und eine dritte Kühlzone dem Getriebe zugeordnet ist.
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Insbesondere wird der Kühlkreislauf zwischen diesen vergrößerten Wandbereichen bzw. zwischen den Kühlzonen durch Kanäle gebildet, die einen kleineren Durchströmungsquerschnitt aufweisen als die Kühlzonen bzw. die vergrößerten Wandbereiche.
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Insbesondere ist das Getriebe (zur Schmierung und/oder Kühlung) von einem Getriebefluid beaufschlagt, wobei das Getriebe einen Getriebesumpf aufweist. Der Kühlkreislauf ist zumindest im Bereich des Getriebes unterhalb (bezogen auf die Richtung der Schwerkraft) des Getriebesumpfs und unmittelbar benachbart dazu angeordnet.
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Insbesondere ist das Getriebefluid ein Getriebeöl und damit ein anderes Fluid als das Kühlfluid, das durch den Kühlkreislauf geleitet wird. Das Getriebeöl wird gerade im Bereich des Getriebesumpfes durch die dritte Kühlzone des Kühlkreislaufs gekühlt. Die dritte Kühlzone deckt zumindest auf der Unterseite des Getriebesumpfes zumindest 80% einer Grundfläche des Getriebesumpfes ab.
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Bevorzugt erstrecken sich ausgehend von einer Wandung des Getriebesumpfes Kühlkörper in den Kühlkreislauf bzw. in die dritte Zone hinein, wobei der Kühlkreislauf zumindest im Bereich des Getriebes einen anschraubbaren Deckel aufweist, der mit dem Gehäuse zur Ausbildung des Kühlkreislaufes verbunden ist.
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Bevorzugt werden die Kühlkörper durch Rippen gebildet, die an dem Gehäuse angeformt sind (z. B. infolge eines Urformverfahrens, z. B. Gießen). Die dritte Zone des Kühlkreislaufes weist insbesondere einen an das Gehäuse anschraubbaren Deckel auf. Durch die Rippen kann die von dem Kühlkreislauf beaufschlagte Oberfläche deutlich vergrößert werden.
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Insbesondere weist das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für ein den Kühlkreislauf durchlaufendes Kühlfluid auf, wobei das Kühlfluid in der folgenden Reihenfolge die Antriebseinheit durchströmt: Einlass, Inverter, elektrischer Antrieb, Getriebe, Auslass.
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Der Inverter steuert die Leistungsaufnahme des elektrischen Antriebs, wobei eine Kühlung des Inverters ebenfalls erforderlich ist.
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Insbesondere ist der Kühlkreislauf an einer Umfangsfläche des elektrischen Antriebs ausgebildet und umgibt den elektrischen Antrieb (mit einer zweiten Zone) zumindest in einer Umfangsrichtung vollumfänglich. Bevorzugt erstreckt sich der elektrische Antrieb, oder zumindest der Stator, entlang einer axialen Richtung. Insbesondere erstreckt sich der Kühlkreislauf mit der zweiten Zone über zumindest 80% der Erstreckung des elektrischen Antriebs bzw. des Stators entlang der axialen Richtung.
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Insbesondere weist der elektrische Antrieb eine Nennleistung von 1 bis 2.000 kW [kiloWatt], bevorzugt von 50 bis 500 kW auf.
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Die hier vorgeschlagene Antriebseinheit weist einen integrierten Kühlkreislauf auf, durch den alle Komponenten der Antriebseinheit, der Inverter, der elektrische Antrieb und das Getriebe ausreichend gekühlt werden. Insbesondere ist eine Abführung der innerhalb der Antriebseinheit generierten Wärme alleine über das Kühlmittel (ggf. zusätzlich über das Getriebefluid) möglich. Insbesondere ist also eine zusätzliche Luftkühlung über das Gehäuse an die Umgebung hier nicht erforderlich. Damit ist eine Einhausung der Antriebseinheit zur Reduzierung einer Abstrahlung von Geräuschen und Vibrationen (NVH – noise, vibration, harshness) möglich.
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Derart kann grundsätzlich die Integration eines Kühlhohlraum in das Getriebegehäuse erreicht werden, damit die Kühlflüssigkeit des Motor- und/oder eines Inverterschaltkreises auch eine beträchtliche Menge an Getriebegehäuseoberfläche passieren und dort Wärme austauschen kann.
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Es wird weiter ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer vorstehend beschriebenen Antriebseinheit vorgeschlagen, wobei die Antriebseinheit zum Antrieb zumindest eines Rades oder zumindest einer Achse des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste”, „zweite”, „dritte”, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:
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1: ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit in einer perspektivischen Ansicht;
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2: einen Teil der Antriebseinheit nach 1 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt;
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3: einen anderen Teil der Antriebseinheit nach 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt;
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4: den anderen Teil nach 3 mit einer Darstellung des Kühlkreislaufs;
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5: einen weiteren Teil der Antriebseinheit nach 1 bis 4 in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Antriebseinheit 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Antriebseinheit 1 ist zum Antrieb zumindest eines Rades oder zumindest einer Achse des Kraftfahrzeuges 2 vorgesehen. Die Antriebseinheit 1 umfasst einen elektrischen Antrieb 3 mit einem Rotor 4 und einem Stator 5 (die auch in den weiteren 2 bis 5 nur angedeutet sind), einen Inverter 6 zur Steuerung des elektrischen Antriebs 3 sowie ein Getriebe 7, das ein von dem elektrischen Antrieb 3 erzeugtes Antriebsdrehmoment mit zumindest einer Übersetzung an einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges 2 weiterleitet. Der elektrische Antrieb 3, der Inverter 6 und das Getriebe 7 sind in einem gemeinsamen (mehrteilig ausgeführtem) Gehäuse 8 angeordnet, wobei ein Kühlkreislauf 9 in dem Gehäuse 8 angeordnet ist, der den elektrischen Antrieb 3, den Inverter 6 und das Getriebe 7 temperiert.
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Das Gehäuse 8 weist einen Einlass 15 und einen Auslass 16 für ein den Kühlkreislauf 9 durchlaufendes Kühlfluid 17 auf, wobei das Kühlfluid 17 in der folgenden Reihenfolge die Antriebseinheit 1 durchströmt: Einlass 15, Inverter 6, elektrischer Antrieb 3, Getriebe 7, Auslass 16.
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Der Kühlkreislauf 9 weist ein Kühlfluid 17 auf, das den Kühlkreislauf 9 durchströmt. Der Kühlkreislauf 9 weist entlang seiner Erstreckung durch das Gehäuse 8 voneinander getrennt angeordnete, jeweils vergrößerte Wandbereiche auf, die unmittelbar benachbart zu dem Inverter 6, zu dem elektrischen Antrieb 3 und dem Getriebe 7 angeordnet sind. Der Kühlkreislauf 9 weist also voneinander räumlich getrennt angeordnete Kühlzonen 21, 22, 23 (siehe 2 bis 5) auf, wobei eine erste Kühlzone 21 dem Inverter 6, eine zweite Kühlzone 22 dem elektrischen Antrieb 3 und eine dritte Kühlzone 23 dem Getriebe 7 zugeordnet ist.
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Der Kühlkreislauf 9 wird zwischen diesen vergrößerten Wandbereichen bzw. zwischen den Kühlzonen 21, 22, 23 durch Kanäle 24 (siehe 2 bis 5) gebildet, die einen kleineren Durchströmungsquerschnitt aufweisen als die Kühlzonen 21, 22, 23 bzw. die vergrößerten Wandbereiche.
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Die hier vorgeschlagene Antriebseinheit 1 weist einen integrierten Kühlkreislauf 9 auf, durch den alle Komponenten der Antriebseinheit 1, der Inverter 6, der elektrische Antrieb 3 und das Getriebe 7 ausreichend gekühlt werden. Insbesondere ist eine Abführung der innerhalb der Antriebseinheit 1 generierten Wärme alleine über das Kühlfluid 17 (ggf. zusätzlich über das Getriebefluid 10) möglich. Insbesondere ist also eine zusätzliche Luftkühlung über das Gehäuse 8 an die Umgebung hier nicht erforderlich. Damit ist eine Einhausung der Antriebseinheit 1 zur Reduzierung einer Abstrahlung von Geräuschen und Vibrationen (NVH – noise, vibration, harshness) möglich.
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2 zeigt einen Teil der Antriebseinheit 1 nach 1 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu 1 wird Bezug genommen. Hier ist ein Teil des Inverters 6 und des elektrischen Antriebs 3 nicht dargestellt. Der Kühlkreislauf 9 weist im Anschluss an den Einlass 15 eine erste Kühlzone 21 auf, die unmittelbar benachbart zum Inverter 6 angeordnet ist.
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3 zeigt einen anderen Teil der Antriebseinheit 1 nach 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu 1 und 2 wird Bezug genommen. Hier ist ein (kleinerer) Teil des Inverters 6 und des elektrischen Antriebs 3 nicht dargestellt. Ausgehend von der ersten Kühlzone 21 erstreckt sich ein Kanal 24 des Kühlkreislaufs 9 hin zu der zweiten Kühlzone 22, die dem elektrischen Antrieb 3 zugeordnet ist.
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Der Kühlkreislauf 9 ist an einer Umfangsfläche 18 des elektrischen Antriebs 3 ausgebildet und umgibt den elektrischen Antrieb 3 mit einer zweiten Kühlzone 22 zumindest in einer Umfangsrichtung 19 vollumfänglich. Dabei erstreckt sich der elektrische Antrieb 3, oder zumindest der Stator 5, entlang einer axialen Richtung 20. Der Kühlkreislauf 9 erstreckt sich mit der zweiten Kühlzone 22 über zumindest 80% der Erstreckung des elektrischen Antriebs 3 bzw. des Stators 5 entlang der axialen Richtung 20.
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4 zeigt den anderen Teil nach 3 mit einer Darstellung des Kühlkreislaufs 9. Auf die Ausführungen zu 3 wird Bezug genommen. Das Kühlfluid 17 umströmt den elektrischen Antrieb 3 an seiner Umfangsfläche 18.
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5 zeigt einen weiteren Teil der Antriebseinheit 1 nach 1 bis 4 in einer perspektivischen Ansicht. Ausgehend von der zweiten Kühlzone 22 erstreckt sich der Kühlkreislauf 9 über einen Kanal 24 hin zu der dritte Kühlzone 23 an dem Getriebe 7. Das Getriebe 7 wird (zur Schmierung und/oder Kühlung) von einem Getriebefluid 10 beaufschlagt, wobei das Getriebe 7 einen Getriebesumpf 11 aufweist. Der Kühlkreislauf 9 ist im Bereich des Getriebes 7 unterhalb (bezogen auf die Richtung der Schwerkraft) des Getriebesumpfes 11 und unmittelbar benachbart dazu angeordnet.
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Das Getriebefluid 10 ist ein Getriebeöl und damit ein anderes Fluid als das Kühlfluid 17, das durch den Kühlkreislauf 9 geleitet wird. Das Getriebefluid 10 wird gerade im Bereich des Getriebesumpfes 11 durch die dritte Kühlzone 23 des Kühlkreislaufs 9 gekühlt. Die dritte Kühlzone 23 deckt zumindest auf der Unterseite des Getriebesumpfes 11 zumindest 80% einer Grundfläche des Getriebesumpfes 11 ab.
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Ausgehend von einer Wandung 12 des Getriebesumpfes 11 erstrecken sich Kühlkörper 13 in den Kühlkreislauf 9 bzw. in die dritte Kühlzone 23 hinein, wobei der Kühlkreislauf 9 zumindest im Bereich des Getriebes 7 einen anschraubbaren Deckel 14 aufweist, der mit dem Gehäuse 8 zur Ausbildung des Kühlkreislaufes 9 verbunden ist. Die Kühlkörper 13 werden durch Rippen gebildet, die an dem Gehäuse 8 angeformt sind (z. B. infolge eines Urformverfahrens, z. B. Gießen). Durch die Rippen kann die von dem Kühlkreislauf 9 bzw. von dem Kühlfluid 17 zur Kühlung beaufschlagte Oberfläche deutlich vergrößert werden. Die dritte Kühlzone 23 ist über einen Kanal 24 mit dem Auslass 16 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Antrieb
- 4
- Rotor
- 5
- Stator
- 6
- Inverter
- 7
- Getriebe
- 8
- Gehäuse
- 9
- Kühlkreislauf
- 10
- Getriebefluid
- 11
- Getriebesumpf
- 12
- Wandung
- 13
- Kühlkörper
- 14
- Deckel
- 15
- Einlass
- 16
- Auslass
- 17
- Kühlfluid
- 18
- Umfangsfläche
- 19
- Umfangsrichtung
- 20
- axiale Richtung
- 21
- erste Kühlzone
- 22
- zweite Kühlzone
- 23
- dritte Kühlzone
- 24
- Kanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084030 A1 [0002]
