JP2024502561A

JP2024502561A - 冷却装置を備えた電気モータおよび冷却装置を制御するための方法

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Publication number: JP2024502561A
Application number: JP2023537999A
Authority: JP
Inventors: フォールシャムジョン; ビーバイダニエル; サントスアンドレ
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2024-01-22
Also published as: WO2022135696A1; CN116600900A; DE112020007883T5; US20240113595A1

Abstract

本発明は、電気モータであって、モータハウジング（６）と、モータハウジング（６）に接続されたステータ（３）であって、第１のステータ端巻線（８）および第２のステータ端巻線（９）を備えるステータ（３）と、ステータ（３）に対して回転可能なロータ（４）と、ロータ（４）に相対回動不能に接続された駆動シャフト（５）であって、回転軸線（Ａ４）を中心として回転可能にモータハウジング（６）内に支持される駆動シャフトとを備え、第１および第２のステータ端巻線（８，９）の一方に軸方向で隣接しかつ半径方向で重なって、軸方向冷却装置（１０，１１）が配置され、軸方向冷却装置（１０，１１）が、周方向に分配されかつ第１および第２のステータ端巻線（８，９）の一方に向けられる複数のノズル（１２）を備えた流体チャンバ（１３）を備える、電気モータに関する。

Description

本発明は、特に自動車の駆動系用の、冷却装置を備えた電気モータ、および電気モータの冷却装置を制御するための方法に関する。

ケーシング内に回転可能に支持された中空ロータシャフトを含む電気車両用モータが、米国特許第５６８２０７４号明細書から知られている。シャフトには円筒形のロータコアが固定され、ケーシングにはステータコアが固定される。ステータコアは、複数のステータスロットと、ステータスロット内に配置された複数の巻線とを有する。ケーシングのエンドベルには、エンドベル通路を通って流れる冷却油と流れ連通するように、油噴霧ノズルリテーナリングがそれぞれ機械的に固定される。各油噴霧ノズルリテーナリングは、モータ構成要素に冷却油を噴霧するための複数のノズルを含む。９つのノズルが、ステータ巻線の半径方向内周面に冷却油を直接噴霧するために、各油噴霧ノズルリテーナリングを中心として周方向に等間隔に配置される。

国際公開第２０１８／００１６０８号からは、電気巻線を備えたステータを取り囲むハウジングを備える電気機械が知られている。ステータの電気巻線は、流体通路の開口を介して流体が噴霧され得る巻線ヘッドをステータの各端面に形成する。流体通路は、ハウジングの内周面に別個のラインとして配置され、流体通路の流体をハウジング内に、特に電気巻線の巻線ヘッドに噴霧するためのノズルを備える。

米国特許第６６３９３３４号明細書からは、電気モータを冷却するためのアセンブリ、衝突流体の流れと電気モータの端巻線の表面との間で熱を伝達するための方法、および噴流衝突冷却アセンブリを備える電気モータが知られている。アセンブリは、ハウジングと、ステータと、ロータと、巻線と、巻線と一体的に形成された端巻線と、端巻線を温度制御された流体の流れに曝すために動作可能な噴流衝突装置とを備える。

米国特許出願公開第２０１９／０００６９１４号明細書からは、動力変速機を冷却するためのシステムおよび方法が知られている。油が、ハウジングに画定された開口を通してステータ冷却リングに、ステータ冷却リングを通してステータ冷却通路内に、ステータ冷却通路を通してハウジングと噴流リングとの間に画定された空間内に、噴流リングの穴を通して端巻線に供給される。ステータ冷却リング、ステータ冷却通路および噴流リングは、ステータおよび端巻線を取り囲み、噴流リングの穴を介して、端巻線、特にその中間領域に様々な角度から油の加圧噴流を噴霧することができる。

国際公開第２０２０／０６９７４４号からは、ハウジングアセンブリと、中空シャフトを備えた電気機械と、遊星型変速機と、入力部品および２つの出力部品を備えた動力分配ユニットとを備える電気駆動装置が知られている。ハウジングアセンブリは、モータ側の第１のハウジング部品と、変速機側の第２のハウジング部品と、それらの間に配置された中間ハウジング部品とを有する。モータ側の中間ハウジングのケーシング部分の外面と第１のハウジング部品の内面との間には、冷媒を流すための封止された空洞が形成される。

電気モータのモータ性能は、動作中に熱的に制限される。電気モータの銅、鉄および磁石には、固有の損失が生じる場合があり、材料特性により各々の構成要素および構造の温度が制限される。効果的な冷却により、トルクおよび／または速度性能を高めることが可能になり、その結果、能動部品のサイズおよびコストが削減される。

したがって、本発明の目的は、良好な冷却特性、高効率およびコンパクトなサイズを有する電気モータを提案することである。さらに、目的は、高効率である電気モータの冷却装置を制御するための方法を提供することである。

この目的を達成するために、電気モータであって、モータハウジングと、モータハウジングに接続されたステータであって、第１のステータ端巻線および第２のステータ端巻線を備えるステータと、ステータに対して回転可能なロータと、ロータと共に回転するようにロータに接続された駆動シャフトであって、回転軸線を中心として回転可能にハウジング内に支持される駆動シャフトと、第１および第２のステータ端巻線の一方に軸方向で隣接しかつ半径方向で重なって配置される軸方向冷却装置とを備え、軸方向冷却装置が、周方向に分配されかつ第１および第２のステータ端巻線の一方に向けられる複数のノズルを備えた流体チャンバを備える、電気モータが提案される。

電気モータの利点は、別個の流体チャンバおよび複数のノズルを含む軸方向冷却装置が、噴霧発生器の単純で効果的な配列を形成し、端巻線および隣接しかつ接続された他の構成要素から相当な量の熱を除去することができる点にある。ステータ端巻線に対して軸方向で隣接しかつ半径方向に重ねて軸方向冷却装置を設けることにより、冷却流体を前記端巻線に直接噴霧することができる。このことに関連して、半径方向に重ねてという用語は、軸方向冷却装置の少なくとも一部分が、ステータ端巻線の半径方向内径と半径方向外径との間の半径方向延在内に配置されることを含むと考えられる。これにより、前記端巻線に流体が効果的に噴霧されることが保証される。

第１のステータ端巻線に面して第１の軸方向冷却装置が設けられてもよく、かつ／または第２のステータ端巻線に面して第２の軸方向冷却装置が設けられてもよいことが理解される。ステータの両側に軸方向冷却装置を設けることにより、電気モータの特に効果的な冷却を達成することができる。ノズルの数は、冷却要件に応じて選択することができる。例えば、周方向に分配されて、特に全周にわたって均等に分配されて、少なくとも２つ、少なくとも４つ、または少なくとも６つ以上のノズルを設けることができる。

実施形態によれば、冷却チャンバは、駆動シャフトが環状冷却装置の中央貫通開口を通って延びることができるような環状形態を有してもよい。特に、冷却チャンバまたはその少なくとも一部は、駆動シャフトに対して同軸にモータハウジングに接続され、周方向に分配されたノズルがステータ端巻線と向かい合って配置された環状リザーバを画定する。流体チャンバは、モータハウジングに接続されたベース部材と、リザーバが内部に形成されるようにベース部材に固定されたカバー部分とを含む、流体ハウジングによって形成することができる。複数のノズルは、ステータ端巻線に面して前記カバー部分に配置されてもよい。カバー部分は、適切な接続手段によって、例えば、非限定的にねじまたはボルトによって、ベース部材に接続され得る別個の部品として、特に環状カバープレートとして形成することができる。環状リザーバをモータハウジングの内側チャンバに向けて封止するために、特に１つ以上のＯリングの形態の封止手段が設けられてもよい。

流体チャンバはさらに、冷却流体をリザーバ内に圧送できる入口を含む。軸方向冷却装置のリザーバに冷却流体を供給するために、入口によってリザーバと接続される制御可能なポンプが設けられてもよい。流体は、端巻線および電気モータの他の回転構成要素を冷却および／または潤滑するために提供される。本開示の文脈では、流体は、冷却流体と総称される、例えば油であってもよい。電気モータが、自動車を駆動するための電気変速機アセンブリの一部である実施形態では、電気モータの冷却流体は、変速機と共有されてもよい。しかし、一方では電気モータ用の、他方では変速機用の別個の流体を使用してもよいことが理解される。

好ましい実施形態によれば、ノズルには、螺線状特徴部がそれぞれ設けられ、冷却流体が、螺線状特徴部を通過して各々のノズルに達するときに回旋、つまり、スピンさせられてもよい。螺線状特徴部は、流体がスピンさせられ乱流となるように形成される。したがって、液体流は、小滴の噴霧に分散し、この小滴は、銅製端巻線および電気モータの隣接しかつ接続された他の構成要素を冷却するために特に高い冷却能力を有する。螺線状特徴部は、ディスクの複数の非円形穴として設計されてもよく、ディスクは、螺線状特徴部が周方向でノズルと整列するように、カバープレートに接続されてもよい。より詳細には、螺線状特徴部はそれぞれ、中央開口と、中央開口から半径方向外側に延びる複数の螺線状通路とを備えてもよく、螺線状特徴部の中央開口の直径は、環状側壁の各々のノズルの直径よりも大きい。螺線状特徴部は、コンパクトな形態で最小限の圧送力によって噴霧の速度および分布を改善する。

実施形態では、軸方向冷却装置はさらに、周方向に分配された複数の供給要素を含む供給プレートを備えてもよい。複数の供給要素は、ノズル軸線および／または回転軸線に関して、軸方向に複数の螺線状特徴部と整列してもよい。供給要素は、リザーバから供給される流体が螺線状特徴部に到達するときに、その圧力が低下するように、螺線状要素と相互作用してもよい。特に、各供給要素は、複数の穴を含んでもよく、各穴は、各々の螺線状特徴部の螺線状通路の半径方向外側端部に流体接続され、同外側端部に流体を供給する。ノズルを備えたカバープレート、螺線状特徴部を備えたディスク、および供給特徴部を備えた供給プレートは、サンドイッチ構造を形成し、流体は、供給特徴部を通って螺線状特徴部に流れ、そこでスピンおよび乱流効果を受けた後、極めて細かい液滴の噴霧として各々のノズルから出るようになっている。カバープレート、ディスクおよび／または供給プレートは、金属板、特に鋼、ステンレス鋼またはアルミニウムで作られてもよく、各々の穴は、例えば打抜きまたはレーザ切断により、金属板に加工することができる。

実施形態では、第１および第２のステータ端巻線の一方の半径方向外側にかつ第１および第２のステータ端巻線の一方に軸方向で重なるように、モータハウジング内に半径方向冷却装置が配置されてもよく、半径方向冷却装置は、全周にわたって分配されかつ第１および第２のステータ端巻線の前記一方に向けて半径方向内側に向けられる複数の半径方向ノズルを備える。このことに関連して、半径方向は、ロータの回転軸線に関係する。半径方向冷却装置は、ステータ端部巻線に半径方向内側に冷却流体を噴霧するように構成される。軸方向冷却装置に加えて半径方向冷却装置を設けることにより、電気モータの冷却特性がさらに高まる。

半径方向冷却装置は、軸方向冷却装置と同等に設計することができるため、軸方向冷却装置に関連して上述した任意の特徴は、半径方向冷却装置でも類似の方法で実施されてもよいことを理解されたい。さらに、軸方向冷却装置と同様に、ステータの両側に半径方向冷却装置が設けられてもよく、すなわち、第１のステータ端巻線を取り囲む第１の半径方向冷却装置および第２のステータ端巻線を取り囲む第２の半径方向冷却装置が設けられてもよい。

半径方向冷却装置は、モータハウジングのケーシング部分の環状リザーバと、冷却流体を環状リザーバ内に圧送できる入口と、環状リザーバを閉じるスリーブ部分とを備えてもよく、複数の半径方向ノズルは、前記スリーブ部分に設けられてもよい。ノズルには、螺線状特徴部がそれぞれ設けられてもよく、冷却流体が、螺線状特徴部を通過して各々の半径方向ノズルに達するときにスピンさせられる。螺線状特徴部は、スリーブリングの複数の非円形穴として形成されてもよく、スリーブリングは、螺線状特徴部が、半径方向に向けられたノズルと半径方向で整列するように、スリーブ部分の外周面に配置される。さらに、半径方向冷却装置は、全周にわたって分配された複数の供給要素を備えた供給リングを備えることができ、供給リングは、複数の供給要素が複数の螺線状特徴部と整列するように、スリーブリングを取り囲むように配置される。供給リングは、リザーバから供給される流体がスリーブリングの螺線状特徴部に到達するときに、その圧力が低下するように、螺線状要素と相互作用してもよい。各供給特徴部は、複数の穴を含んでもよく、各穴は、各々の螺線状特徴部の螺線状通路の外側端部に流体接続され、同外側端部に流体を供給する。ノズルを含むスリーブ部分、螺線状特徴部を含むスリーブリング、および供給特徴部を含む供給リングは、サンドイッチ構造を形成してもよい。したがって、流体は、供給特徴部を通って螺線状特徴部に流れ、そこでスピンおよび乱流効果を受けた後、極めて細かい液滴の噴霧として各々のノズルから出る。スリーブ部分、スリーブリング、および／または供給リングは、金属板、特に鋼、ステンレス鋼またはアルミニウムで作られてもよく、各々の穴は、例えば打抜きまたはレーザ切断により、金属板に加工することができる。

半径方向冷却装置の入口は、軸方向冷却装置用のものと同じポンプに接続することができる。

上記の目的はさらに、上記の実施形態のいずれか１つに従って構成され得る電気モータを冷却する方法であって、軸方向冷却装置には、電気モータのトルク、速度、温度および反応時間のうちの少なくとも１つに応じて、制御可能なポンプによって冷却流体が供給される、方法によって達成される。

動作中に流体量を制御することで、温度によって変化する粘度およびシステムのデューティサイクルの変化中に常に変化する冷却要件に合わせて圧力を調整することにより、圧送時の消費エネルギーを削減することができる。特に、冷却システムの最小要件を決定することができ、したがって、消費電力を削減することができる、センシング入力およびルックアップテーブルに基づくアルゴリズムが使用されてもよい。特に、ポンプの圧力は、電気モータの温度が高いときに高圧モードで制御されてもよく、電気モータの温度が低いときに低圧モードで制御されてもよい。例えば、電気モータの構成要素のいずれかの温度がある値を上回る場合、例えば、配線の温度が１５０℃または１６０℃を上回る場合、ポンプは、例えば２バールを上回る高圧モードで制御されてもよく、またはポンプは完全に通電され、したがって高い冷却を達成することができる。電気モータの構成部品のいずれかの温度がある値を下回る、例えば、配線の温度が１４０℃または１５０℃を下回る場合、ポンプは、例えば２バールを下回るもしくは１．５バールを下回る低圧モードで制御されてもよく、ポンプは部分的にのみ通電され、したがって要件に合った低い冷却が達成される。ポンプは、完全オンモードと完全オフモードとの間および／またはそれらの間の１つ以上のモードの間で切換可能なように制御されてもよい。変速機と電気モータとは、同じ油を共有することができ、代替的に、異なる油を使用することもできる。

本発明の実施形態を図面に示し、以下で説明する。

本発明による電気モータを長手方向断面で示す斜視図である。図１の電気モータの軸方向冷却装置を示す分解斜視図である。図１の電気モータの軸方向冷却装置の詳細を示す斜視断面図である。図１の電気モータの軸方向冷却装置のノズルを示す詳細図である。図１の電気モータの軸方向冷却装置のノズルおよび螺線状特徴部を示す詳細図である。図１の電気モータの軸方向冷却装置の基礎となる螺線状特徴部を備えた供給要素を示す詳細図である。図１の電気モータの軸方向冷却装置のノズル装置を示す詳細図である。図１の電気モータの半径方向冷却装置の断面を示す分解斜視図である。取り付け状態にある図８の半径方向冷却装置を示す断面斜視図である。本発明による電気モータの第２の実施形態を長手方向断面で示す斜視図である。本発明による電気モータの第３の実施形態を長手方向断面で示す斜視図である。本発明による電気モータを備えた駆動アセンブリを示す概略図である。

以下で併せて説明する図１～図９は、本発明による電気機械２を示す。

電気機械２は、ステータ３と、ステータ３に対して回転可能であり、電気機械２に通電すると接続された駆動シャフト５を駆動するロータ４とを備える。ステータ３およびロータ４は、モータハウジング６内に配置され、ステータは、モータハウジング６に相対回動不能に接続され、ロータは、回転軸線Ａ４を中心として回転可能にハウジング６内に支持される。ロータ４は、例えば、駆動シャフト５に取り付けられたロータ積層体スタックとして構成されてもよい。電気機械２は、同期式または非同期式の機械として構成することができる。駆動シャフト５の回転運動は、動力経路の下流に位置する、変速機または動力分配ユニットなどの任意のさらなる駆動ユニットに伝達することができる。

ハウジング６は、実質的に円筒形の部品１６と、その両端部にあり、それに接続された第１および第２のハウジング側方部品１７，１８とを含む。駆動シャフト５は、軸受２０，２１を用いてハウジングの側方部品１７，１８に回転するように支持されることが分かる。したがって、側方部品１７，１８は、軸受シールドまたは端部シールドとも呼ぶことができる。側方部品１７，１８は、各々の孔２２，２３にねじ込まれるボルトなどの適切な接続手段、または溶接によって、円筒部品に固定することができる。オプションとして、ハウジング６にスリーブ状のステータキャリア１９を接続することができるが、ステータは、ハウジングに直接接続されてもよい。相互接続されたハウジング部品１６，１７，１８，１９の間には、ハウジング６によって囲まれたモータチャンバ２６を外部に対してシールするために、シール２４，２５、特にＯリングが設けられる。ハウジングは、例えば、カバー形状の部品によって閉じられる開口を１つのみ備えたカップ形状の部品を備えるなど、異なる設計であってもよいことを理解されたい。

電気機械２は、例えば、自動車の駆動アクスルを駆動するための駆動源として機能してもよく、統合型の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備えたパルスインバータなどのパワーエレクトロニクスを用いて制御されてもよい。電気機械２には、電流制御源（図示せず）から給電することができる。電気機械２は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して、駆動シャフト５および駆動するように同シャフト５に接続された構成要素を駆動するモータモード、または逆に機械エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリに蓄えることができる発電機モードで動作することができる。本開示では、電気機械は電気モータとも呼ばれる。

ステータ３は、ステータの第１の側に第１の端巻線８を形成し、ステータの第２の反対側に第２の端巻線９を形成する電気巻線７を含む。ステータには、第１の端巻線８に軸方向で隣接して位置する第１の軸方向冷却装置１０および第２の端巻線９に軸方向で隣接して位置する第２の軸方向冷却装置１１によって、流体を、特に、油または絶縁耐力、熱伝導率および／もしくは比熱容量が高い他の流体を噴霧することができる。第１および第２の冷却装置１０，１１は、各々のステータ端巻線８，９と半径方向で重なるようにモータハウジング６内に配置される。このために、軸方向冷却装置１０，１１の少なくとも一部分、特にノズル１２は、それぞれ第１および第２のステータ端巻線８，９である、電気巻線７の内径ｄ７と外径Ｄ７との間に配置される。第１および第２の軸方向冷却装置１０，１１は、本実施形態では同じ設計である。したがって、軸方向冷却装置（１０，１１）の一方が例示的に説明され、説明される特徴は、軸方向冷却装置（１１，１０）の他方にも等しく当てはまることが理解される。しかし、軸方向冷却装置は、互いに異なる設計であってもよいことが理解される。

軸方向冷却装置１０，１１は、小さな流体リザーバ１４によって形成された流体チャンバ１３と、流体チャンバの側面の全周にわたって分配された複数のノズル１２とを有する。ノズル１２は、各々のステータ端巻線８，９に向けられ、ノズル軸線Ａ１２は、回転軸線Ａ４とそれぞれ平行に延びることができるか、またはその平行線と最大で２０°の角度を取り囲むことができる。噴霧角度は、例えば、ノズル軸線Ａ１２と最大で±４５°の角度を有してもよい。

流体チャンバ１３は、駆動シャフト５が環状冷却装置１０，１１の中央貫通開口１５を通って延びることができるような環状ハウジングによって形成されることが、特に図２および図３から分かる。環状ハウジングは、モータハウジング６に、特に、ハウジング６の各々の側方部品１７，１８に接続することができる。環状ハウジングは、冷却流体用の環状リザーバ１４を画定し、周方向に分配されたノズル１２は、ステータ端巻線８，９に対向して配置される。環状ハウジングは、モータハウジング６に接続されたベース部材２８と、リザーバ１４が内部に形成されるようにベース部材に固定された環状カバープレート２９とを含む。カバープレート２９は、ボルト固定接続部３０，３１によってベース部材２８に固定されるディスク要素として構成され、相互接続された部品の間に、モータハウジング６の内側チャンバ２６に対してリザーバ１４をシールするようにシール３２，３３が配置される。

環状ハウジングは、冷却流体をリザーバ１４内に圧送できる入口３４をさらに含む。第１および／または第２の軸方向冷却装置１０，１１に冷却流体を供給するために、（概略的に示す）ポンプ３５が設けられてもよい。流体は、端巻線８，９および電気モータ２の他の回転構成要素を冷却および／または潤滑するように構成される。例えば、冷却流体として油を使用してもよく、これは、電気モータ６に接続された別の駆動系構成要素とは別個であることができ、またはそれと共有することができる。

特に図２、図５および図７に見られるように、各ノズル１２には螺線状特徴部３６が設けられ、冷却流体は、螺線状特徴部３６を通過して各々のノズル１２に達するときに回旋、つまり、スピンさせられる。したがって、液体流は、小さな液滴の噴霧に分散し、これは、端巻線８，９および電気モータの他の構成要素を冷却するための特に高い冷却能力を有する。特に図５に見られるように、各螺線状特徴部３６は、中央の貫通開口３７と、そこから外側に円弧状に延びる複数の螺線状通路３８とを備える。螺線状通路３８の数および形態は、要件に応じて構成することができ、ここでは、周方向に分配された２つ以上の数の螺線状通路を使用することができる。中央開口３７の内径ｄ３７は、各々のノズル１２の内径ｄ１２よりも大きい。螺線状要素と呼ぶこともできる螺線状特徴部３６は、カバープレート２９に接続されるディスク３９の貫通開口として設けられる。

さらに、特に図２、図６および図７に見られるように、軸方向冷却装置１３はさらに、オプションで、周方向に分配された複数の供給要素４１を備えた供給プレート４０を含む。図７は、ノズル軸線Ａ１２に関して軸方向で整列するように配置されたノズル１２、螺線状要素３６および供給要素４１を備える噴霧生成ユニットを示す。したがって、冷却流体は、リザーバ１４から供給要素４１の開口を通って螺線状要素３６の通路に、そしてノズル１２に流入することができる。供給要素４１は、リザーバ１４から供給される流体が螺線状特徴部に到達するときに、その圧力が低下するように、螺線状要素３６と相互作用する。各供給要素４１は、複数の穴４２を含み、各穴は、螺線状通路３８のうちの対応する通路の半径方向外側端部４３に流体接続される。したがって、穴４２の数は、通路３８の数に対応する。

カバープレート２９、螺線状特徴部ディスク３９および／または供給プレート４０は、金属板で作ることができ、各々の開口は、例えば打抜きまたはレーザ切断により、金属板に加工することができる。カバープレート２９、螺線状特徴部ディスク３９および供給プレート４０は、サンドイッチ構造を形成し、プレートは、全周にわたって分配されたボルト固定接続部４４などの適切な手段によって互いに接続することができる。流体は、供給要素４１を通って螺線状要素３６に流れ、そこでスピンおよび乱流作用を受けた後、極めて細かい液滴の噴霧として各々のノズル１２から出る。したがって、噴霧の速度および分布は、コンパクトな形態で最小限の圧送力によって改善される。

電気機械２はさらに、図８および図９に詳細図として示す第１および第２の半径方向冷却装置５０，５１を含む。第１および第２の冷却装置５０，５１は、各々のステータ端巻線８，９に軸方向で重なるようにモータハウジング６内に配置される。このために、半径方向冷却装置５０，５１の少なくとも一部分、特にノズル５２は、ステータ３の側面４６，４７と各々の端巻線８，９の軸方向外側端部との間に配置される。第１および第２の半径方向冷却装置５０，５１は、同じ設計である。したがって、半径方向冷却装置（５０，５１）の一方が例示的に説明され、説明される特徴は、他方の半径方向冷却装置（５１，５０）にも等しく当てはまることが理解される。しかし、半径方向冷却装置は、互いに異なる設計であってもよいことが理解される。

半径方向冷却装置５０，５１は、各々の端巻線８，９を取り囲むようにモータハウジング６内に配置される。半径方向冷却装置５０，５１は、モータハウジング６のキャリア部分１９内に設けられた環状リザーバ５３と、冷却流体を環状リザーバ５３内に圧送できる入口５４と、環状リザーバ５３を閉じるスリーブ部分５５とを備える。図８および図９では、複数の半径方向ノズル５２がスリーブ要素５５に設けられることが分かる。各ノズル５２には、各々の螺線状特徴部５６が設けられ、冷却流体は、螺線状特徴部を通過してノズルに達するときにスピンさせられるようになっている。螺線状特徴部５６は、スリーブリング５７の複数の開口として形成され、スリーブリングは、螺線状特徴部５６と半径方向ノズル５２とが、回転軸線Ａ４に関して半径方向で互いに整列するように、スリーブ要素５５の外周面に配置される。半径方向冷却装置５０，５１は、オプションで、全周にわたって分配された複数の供給要素５９を備えた供給リング５８を含む。供給リング５８は、複数の供給要素５９が複数の螺線状特徴部５６と整列するように、スリーブリング５７を取り囲むように配置される。供給リング５８は、リザーバ５３から供給される流体が螺線状要素に到達するときに、その圧力が低下するように、螺線状要素５６と相互作用する。各供給要素５９は、複数の穴を含んでもよく、各穴は、各々の螺線状要素５６の螺線状通路の外側端部に流体接続され、同外側端部に流体を供給する。半径方向冷却装置５０，５１の供給要素５９および螺線状要素５６は、図５、図６および図７にそれぞれ示すように形成することができる。

スリーブ要素５５、スリーブリング５７および供給リング５８は、サンドイッチ構造を形成する。流体は、供給要素５９を通って螺線状要素５６に流れ、そこでスピンおよび乱流作用を受けた後、極めて細かい液滴の噴霧として各々のノズル５２から出る。スリーブ要素５５、スリーブリング５７および／または供給リング５８は、金属板で作られてもよく、各々の開口は、例えば打抜きまたはレーザ切断により、金属板に加工することができる。半径方向冷却装置５０，５１の入口５４は、第１および／または第２の軸方向冷却装置１０，１１と同じポンプ３５に接続することができる。

電気モータ２の第１および第２の軸方向冷却装置１０，１１ならびに第１および第２の半径方向冷却装置５０，５１のいずれか１つは、電気モータ２のトルク、速度、温度および反応時間のうちの少なくとも１つに応じて、制御可能なポンプ３５によって、各々の冷却装置１０，１１，５０，５１に冷却流体が供給されるような冷却方法によって制御することができる。

動作中に冷却流体の流体量を制御することで、温度によって変化する粘度およびシステムのデューティサイクルの変化中に常に変化する冷却要件に合わせて圧力を調整することにより、圧送時の消費エネルギーを削減することができる。特に、冷却装置の最小要件を決定することができ、したがって、消費電力を削減することができる、センシング入力およびルックアップテーブルに基づくアルゴリズムが使用されてもよい。例えば、ポンプ３５の圧力は、電気モータ２の温度が高いときに高圧モードで制御されてもよく、電気モータの温度が低いときに低圧モードで制御されてもよい。例えば、電気モータの構成要素のいずれかの温度が１５０℃を上回る場合、ポンプは、例えば２バールを上回る高圧モードで制御されてもよい。構成要素のいずれかの温度が１５０℃を下回る場合、ポンプは、例えば２バールを下回る低圧モードで制御されてもよい。

図１０は、本発明による電気モータ２の第２の実施形態を長手方向断面で示す斜視図である。この実施形態は、図１～図９に示した実施形態にほぼ対応するので、上記の説明を参照する。ここで、同一または対応する詳細には、上記の図と同じ参照符号を付している。

図１０による実施形態の特別な特徴は、ハウジング側方部品１７，１８が各々の流体チャンバ１３と一体的に形成されることである。言い換えれば、ハウジング側方部品１７，１８は、冷却流体用の環状リザーバ１４が間に形成される、外側の環状部分４８と内側の環状部分４９とを一体的に含む。環状リザーバ１４は、図１～図９に関連して上述したように、供給要素４１が接続されたカバープレート２９によって閉じることができる。

図１１は、本発明による電気モータ２の別の実施形態を示す。この実施形態は、図１０、図１～図９にそれぞれ関連して上述した説明が参照される図１０に示す実施形態にほぼ対応する。ここで、同一または対応する詳細には、上記の図と同じ参照符号を付している。

図１１による実施形態の特別な特徴は、ハウジング側方部品１７，１８が、各々の流体チャンバ１３を一体的に含むように形成されることである。言い換えれば、ハウジング側方部品１７，１８は、冷却流体用の環状リザーバ１４が間に形成される、外側の環状部分４８と内側の環状部分４９とを一体的に含む。環状リザーバ１４は、上述したように、供給要素４１が接続されたカバープレート２９によって閉鎖することができる。この実施形態では、カバープレート２９は、外側の環状部分４８と内側の環状部分４９との間に形成されたチャンバ内に挿入される。供給要素４１は、各々のシール３２，３３，２７，２７’によって封止される。

図１２は、電気駆動アセンブリ６０を示し、これは、電気駆動装置と略称することもできる。電気駆動アセンブリ６０は、図１～図９に示すような、または図１０もしくは図１１に示すような、本発明による電気機械２と、電気機械２によって駆動される変速機ユニット６１とを備える。

電気機械２によって変速機ユニット６１に導入されたトルクは、第１のクラッチ装置６２または第２のクラッチ装置６２’を用いて、第１の変速機段６４または第２の変速機段６４’を介して中間シャフト６３に伝達することができるので、自動車のディファレンシャル装置６５および対応する駆動アクスル６６を、２つの異なる速度範囲で駆動することができる。中間シャフト６３は、ディファレンシャル装置６５のディファレンシャルキャリア６７に駆動するように接続される。ディファレンシャル装置６５を用いて、導入されたトルクは、車両ホイール６９，６９’を駆動するために２つのサイドシャフト６８，６８’に分割される。

２電気機械
３ステータ
４ロータ
５駆動シャフト
６モータハウジング
７電気巻線
８第１の端巻線
９第２の端巻線
１０第１の軸方向冷却装置
１１第２の軸方向冷却装置
１２ノズル
１３流体チャンバ
１４リザーバ
１５貫通開口
１６円筒部品
１７側方部品
１８側方部品
１９ステータキャリア
２０，２１軸受
２２，２３孔
２４，２５シール
２６モータチャンバ
２７，２７’ シール
２８ベース部材
２９カバープレート
３０ねじ山付き穴
３１ボルト
３２，３３シール
３４入口
３５ポンプ
３６螺線状特徴部
３７開口
３８通路
３９ディスク
４０供給プレート
４１供給要素
４２穴
４３外側端部
４４ボルト固定接続部
４６，４７側面
４８，４９環状部分
５０第１の半径方向冷却装置
５１第２の半径方向冷却装置
５２ノズル
５３リザーバ
５４入口
５５スリーブ要素
５６螺線状特徴部
５７スリーブリング
５８供給リング
５９供給要素
６０電気駆動アセンブリ
６１変速機ユニット
６２，６２’ クラッチ装置
６３中間シャフト
６４，６４’ 変速機段
６５ディファレンシャル装置
６６駆動アクスル
６７ディファレンシャルキャリア
６８サイドシャフト
６９ホイール
Ａ軸線
Ｄ，ｄ直径

Claims

電気モータであって、
モータハウジング（６）と、
前記モータハウジング（６）に接続されたステータ（３）であって、第１のステータ端巻線（８）および第２のステータ端巻線（９）を備えるステータ（３）と、
前記ステータ（３）に対して回転可能なロータ（４）と、
前記ロータ（４）に相対回動不能に接続された駆動シャフト（５）であって、回転軸線（Ａ４）を中心として回転可能に前記モータハウジング（６）内に支持される駆動シャフト（５）と
を備える、電気モータにおいて、
前記第１および第２のステータ端巻線（８，９）の一方に軸方向で隣接しかつ半径方向で重なって、軸方向冷却装置（１０，１１）が配置され、前記軸方向冷却装置（１０，１１）が、周方向に分配されかつ前記第１および第２のステータ端巻線（８，９）の前記一方に向けられる複数のノズル（１２）を備えた流体チャンバ（１４）を備えることを特徴とする、電気モータ。
前記流体チャンバ（１３）が、前記駆動シャフト（５）に対して同軸に前記モータハウジング（６）内に配置され、環状リザーバ（１４）を画定し、
前記流体チャンバ（１３）が、前記冷却流体を前記環状リザーバ（１４）内に圧送できる入口（３４）と、前記環状リザーバ（１４）を閉じるカバー部分（２９）とを含み、前記複数のノズル（１２）が、前記第１および第２のステータ端巻線（８，９）の前記一方に面するように前記カバー部分（２９）に配置される
ことを特徴とする、請求項１記載の電気モータ。
カバー部分（２９）が、前記流体チャンバ（１３）のベース部材（２８）に固く接続され、それによって環状リザーバ（１４）を形成し、前記環状リザーバ（１４）を封止するために封止手段（３２，３３）が設けられることを特徴とする、請求項１または２記載の電気モータ。
前記駆動シャフト（５）が、前記軸方向冷却装置（１０，１１）の中央貫通開口（１５）を通って延びることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気モータ。
前記ノズル（１２）には、螺線状特徴部（３６）がそれぞれ設けられ、前記冷却流体が、前記螺線状特徴部（３６）を通過して各々の前記ノズル（１２）に達するときにスピンさせられることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気モータ。
前記螺線状特徴部（３６）が、環状ディスク（３９）の複数の非円形開口として形成され、前記環状ディスク（３９）は、前記螺線状特徴部（３６）が前記ノズル（１２）と整列するように、カバー部分（２９）に接続されることを特徴とする、請求項５記載の電気モータ。
前記螺線状特徴部（３６）がそれぞれ、中央開口（３７）と、前記中央開口（３７）から半径方向外側に延びる複数の螺線状通路（３８）とを備え、前記螺線状特徴部（３６）の前記中央開口（３７）の直径（ｄ３７）が、カバー部分（２９）の各々の前記ノズル（１２）の直径（ｄ１２）よりも大きいことを特徴とする、請求項５または６記載の電気モータ。
前記軸方向冷却装置（１０，１１）が、周方向に分配された複数の供給要素（４１）を備えた供給プレート（４０）を備え、前記複数の供給要素（４１）が、複数の螺線状特徴部（３６）と整列することを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項記載の電気モータ。
前記第１および第２のステータ端巻線（８，９）の一方の半径方向外側にかつ前記第１および第２のステータ端巻線（８，９）の一方に軸方向で重なるように、前記モータハウジング（６）内に半径方向冷却装置（５０，５１）が配置され、前記半径方向冷却装置（５０，５１）が、全周にわたって分配されかつ前記第１および第２のステータ端巻線（８，９）の前記一方に向けて半径方向内側に向けられる複数の半径方向ノズル（５２）を備えることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気モータ。
前記半径方向冷却装置（５０，５１）が、前記モータハウジング（６）内に配置された環状リザーバ（５３）と、前記冷却流体を前記環状リザーバ（５３）内に供給できる入口（５４）と、前記環状リザーバ（５３）を閉じるスリーブ要素（５５）とを備え、前記複数の半径方向ノズル（５２）が、前記スリーブ要素（５５）に設けられることを特徴とする、請求項９記載の電気モータ。
前記ノズル（５２）には、螺線状特徴部（５６）がそれぞれ設けられ、前記冷却流体が、前記螺線状特徴部（５６）を通過して各々の前記半径方向ノズル（５２）に達するときにスピンさせられ、
前記螺線状特徴部（５６）が、スリーブリング（５７）の複数の非円形穴として形成され、前記スリーブリング（５７）は、前記螺線状特徴部（５６）が前記半径方向ノズル（５２）と整列するように、スリーブ要素（５５）の外周面に配置される
ことを特徴とする、請求項９または１０記載の電気モータ。
前記半径方向冷却装置（５０，５１）が、全周にわたって分配された複数の供給要素（５９）を備えた供給リング（５８）を備え、前記供給リング（５８）は、前記複数の供給要素（５９）が複数の螺線状特徴部（５６）と整列するように、スリーブリング（５７）を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか１項記載の電気モータ。
前記軸方向冷却装置（１０，１１）の入口（３４）または半径方向冷却装置（５０，５１）の前記入口（５４）の少なくとも一方が、各々の前記流体チャンバ（１３，５３）内に前記冷却流体を圧送するように構成された流体ポンプ（３５）に接続されることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電気モータ。
前記第１のステータ端巻線（８）に面して第１の軸方向冷却装置（１０）が設けられ、前記第２のステータ端巻線（９）に面して第２の軸方向冷却装置（１１）が設けられ、かつ／または
前記第１のステータ端巻線（８）を取り囲んで第１の半径方向冷却装置（５０）が設けられ、前記第２のステータ端巻線（９）を取り囲んで第２の半径方向冷却装置（５１）が設けられる
ことを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気モータ。
請求項１から１４までのいずれか１項記載の電気モータ（２）を冷却する方法において、
前記軸方向冷却装置（１０，１１）には、前記電気モータ（２）のトルク、速度、温度および反応時間のうちの少なくとも１つに応じて、制御可能なポンプ（３５）によって前記冷却流体が供給されることを特徴とする、方法。
前記ポンプ（３５）の圧力が、前記電気モータ（２）の温度が高いときに高圧モードで制御され、前記電気モータ（２）の温度が低いときに低圧モードで制御されることを特徴とする、請求項１５記載の方法。