WO2010088985A1 - Antriebseinrichtung - Google Patents

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WO2010088985A1
WO2010088985A1 PCT/EP2009/066545 EP2009066545W WO2010088985A1 WO 2010088985 A1 WO2010088985 A1 WO 2010088985A1 EP 2009066545 W EP2009066545 W EP 2009066545W WO 2010088985 A1 WO2010088985 A1 WO 2010088985A1
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drive device
electric machine
cooling
air
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Denis Kern
Andreas Herzberger
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a drive device according to the
  • Drive devices preferably hybrid drive devices, in particular with an internal combustion engine, and an electric machine are used, for example, to drive motor vehicles.
  • the functioning as a motor and generator electric machine in the motor vehicle has an axis or shaft with a stator or rotor arranged thereon.
  • the drive device has a housing in which the electric machine is arranged or which is part of the electric machine. At an open
  • Housing with an inlet opening and an outlet opening is from a turbomachine, for.
  • a blower air passed through the housing to cool the electric machine.
  • a closed housing of the electric machine is generally integrated into the housing, a channel through which a cooling liquid is passed to cool the electric machine.
  • the embodiment described first with an inlet and outlet opening as an open system has the disadvantage that, for example, splash water can penetrate into the housing. For this reason, if the electric machine is used in an area with splash water, in general, the open system not be used or there are complex measures to protect the electric machine against splash water required.
  • Stator rotates a rotor by means of a bearing on the hollow shaft.
  • a fan delivers air for cooling through the hollow axle to cool the hollow axle and the stator.
  • DE 10 2006 040 1 17 A1 shows a hybrid drive unit for a motor vehicle for installation between an internal combustion engine and a vehicle transmission, which has an electric machine with a rotor and a stator and can be operated as a motor or generator, wherein radially inside the electric machine at least one switchable coupling is disposed and the vehicle transmission has a transmission input shaft and a transmission housing, wherein the coolant, for example, cooling oil, is supplied and discharged substantially for cooling the clutch by a central coolant supply from the transmission to the hybrid drive unit and that the central coolant supply is substantially closed Coolant circuit connects, and that in the region of the coupling, a pressure compensation chamber is provided, which can be flowed through by the coolant of the coolant circuit.
  • the coolant for example, cooling oil
  • From DE 102 48 715 A1 is a hybrid drive for a motor vehicle with an internal combustion engine and a first and second, both as a motor and
  • the hybrid drive has cooling channels in which water or oil circulates, which releases the heat energy emitted by the electrical machines by means of a heat exchanger to the environment.
  • a drive device in particular for a motor vehicle, preferably comprises an internal combustion engine, in particular for driving the motor vehicle, at least one housing, at least one arranged in the at least one housing electric machine with a stator and a rotor, said at least one housing with at least a cooling fin is provided to improve the cooling of the at least one electric machine.
  • the drive device is a hybrid drive device with an electric machine and an internal combustion engine or a drive device with only one electric machine.
  • Cooling fins increase the surface area of the housing, so that the heat emitted by the electric machine can be better dissipated to the environment.
  • the at least one cooling rib on the at least one housing is formed on the outside.
  • the cooling fins are arranged on the outside of the housing, which are preferably formed integrally with the housing, the outside surface of the housing increases. This allows the heat to be better dissipated to the environment of the housing.
  • the at least one cooling rib is formed substantially in the longitudinal direction of the at least one housing or in the direction of an axis of a shaft of the electric machine.
  • the alignment is carried out in an installation of the drive means in a motor vehicle generally in the direction of a longitudinal direction of the motor vehicle.
  • the housing is flowed around by the travel air, so that a particularly good cooling of the housing and thus the drive device is ensured due to the formation of the cooling fins.
  • the at least one cooling rib is formed substantially perpendicular to a longitudinal direction of the at least one housing or perpendicular to an axis of a shaft of the electric machine.
  • the at least one cooling rib is honeycomb-like or knob-shaped. A honeycomb geometry of the at least one cooling rib has the advantage that the surface is particularly large.
  • the at least one cooling fin is formed on the inside of the housing.
  • the surface of the housing is enlarged on the inside. The heat emitted by the stator and the rotor is first transferred to the air or directly to the housing. Due to the larger surface of the housing on the inside, the housing can absorb the heat better and thereby be better dissipated, the heat is transmitted in particular by means of the air on the inside of the housing.
  • the at least one cooling rib is honeycomb-like or knob-like or blade-shaped.
  • the cooling fins increase the cooling effect of the drive device by thermal convection, because the air flowing past the inner and / or outer side has a larger surface area available for the discharge and absorption of heat.
  • the required movement of the air to the housing of the drive device does not necessarily have to be generated by a turbomachine, but can also be used in a motor vehicle by the appropriate choice of installation location by the housing is installed in an area in which a sufficient Airstream is available for cooling the housing.
  • the cooling fins also advantageously have the effect that the stiffness of the housing and thus of the entire system of the drive device is increased by the cooling fins, in particular in a honeycomb design of the cooling fins. This makes it possible to increase the wall thickness of the
  • the housing consists at least partially of a metallic material, for. As aluminum or steel, and / or of a non-metallic material, for. B. plastic.
  • the drive device with at least one
  • the turbomachine is either driven by a drive motor or is driven by the shaft of the drive device.
  • a drive of the turbomachine by means of the shaft
  • the at least one turbomachine is disposed outside the at least one housing to move the air on the outside of the at least one housing and / or to direct the air through the at least one housing, wherein the at least one housing at least one inlet opening to Introducing air into the housing and having at least one outlet opening for discharging air from the housing.
  • the at least one turbomachine is a fan or an air circulation device or an impeller comprises blades arranged on the impeller.
  • the at least one turbomachine is arranged within the housing.
  • the at least one turbomachine is a fan or an air circulation device or an impeller comprises arranged on the impeller blades or on a rotating component, for.
  • the electric machine As the shaft and / or the rotor and / or the housing, the electric machine, the at least one blade is formed.
  • the turbomachine can be particularly easily performed.
  • the fluid in particular the cooling liquid, absorbs the heat or cools the housing, thereby cooling the drive device.
  • the heat absorbed by the fluid is generally at a deployment of the drive device in a motor vehicle by means of a heat exchanger to the environment, d. H. the air, the motor vehicle submitted.
  • the at least one housing is multi-part.
  • the housing is in one piece.
  • the at least one turbomachine can be driven independently of a rotational speed of the shaft or of the rotor of the at least one electric machine.
  • the at least one electric machine acts as a motor and / or as a generator.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a drive device described in this patent application.
  • the motor vehicle is thus a hybrid motor vehicle or an electric motor vehicle.
  • the motor vehicle comprises rechargeable batteries.
  • the batteries supply electric power to the electric machine, and when decelerating the motor vehicle by means of the electric machine, the batteries can be charged by the electric power generated by the electric machine.
  • the batteries can also be charged during a standstill of the motor vehicle, for example, from a public power grid.
  • the batteries are designed as lithium-ion batteries.
  • Fig. 2 is a longitudinal section of an electric machine in a first
  • FIG. 3 is a perspective view of a housing of the electric machine in a second embodiment
  • FIG. 4 is a perspective view of a portion of the housing of FIG. 3,
  • Fig. 5 is a longitudinal section of a portion of the electric machine of FIG. 3 and
  • Fig. 6 is a view of a motor vehicle.
  • a hybrid drive device 2 formed drive device 1 for a motor vehicle 3 is shown.
  • the hybrid drive device 2 for a motor vehicle 3 comprises an internal combustion engine 4 and a
  • Electric machine 5 which functions as a motor 32 and generator 33, respectively for driving or decelerating the motor vehicle 3.
  • the internal combustion engine 4 and the electric machine 5 are connected to each other by means of a drive shaft 20.
  • the mechanical coupling between the internal combustion engine 4 and the electric machine 5 can by means of a
  • Clutch 19 can be made and canceled. Further, in the drive shaft 20, which couples the internal combustion engine 4 and the electric machine 5 together, an elasticity 21 is arranged. The electric machine 5 is mechanically coupled to a differential gear 23. In the drive shaft 20, which connects the electric machine 5 and the differential gear 23 with each other, a converter 22 and a gear 28 is arranged. By means of the Differential gear 23 are driven via the wheel axles 24, the drive wheels 25.
  • the electric machine 5 may be laterally angeorndet to the internal combustion engine 4 and mechanically connected by means of a belt or a chain or gears with the internal combustion engine 4 instead of the illustrated in Fig. 1 drive shaft 20 (not shown).
  • the electric machine 5 may be laterally angeorndet to the internal combustion engine 4 and mechanically connected by means of a belt or a chain or gears with the internal combustion engine 4 instead of the illustrated in Fig. 1 drive shaft 20 (not shown).
  • the electric machine 5 may be laterally angeorndet to the internal combustion engine 4 and mechanically connected by means of a belt or a chain or gears with the internal combustion engine 4 instead of the illustrated in Fig. 1 drive shaft 20 (not shown).
  • Electric machine 5 to a transmission z. B. a differential, be arranged or the electric machine 5 can act as a wheel hub motor and / or as a hub generator, d. H. be arranged in the region of a wheel hub (not shown).
  • a shaft 8 is made of metal, for. B. steel, on which the rotor 7 is arranged concentrically. Concentrically around the rotor 7, the stator 6 is arranged on a two-part housing 9, which is fastened thereto by means of fixing means (not shown). The stator 6 may be attached to the housing 9 without additional fixing means, for. B. by means of pressing compound and / or shrinkage composite.
  • the shaft 8 is connected within the hybrid drive device 2 with the drive shaft 20 of the hybrid drive device 2 and constitutes a part of the drive shaft 20.
  • the housing 9 made of metal, for example, by means of sand casting, die casting or die casting or with a Lost Foamg screenhabilit.
  • the cooling fins 13 in this case have an elevation with respect to the remaining part of the inner and outer surface of the housing 9 in the range of 1 to 50 mm.
  • the cooling fins 13 thereby increase the inside and outside of the surface of the housing 9, so that thereby the cooling of the drive device 1 and the electric machine 5 is improved.
  • the housing 9 is further provided with inlet openings 16 for introducing air into the housing and with outlet openings 17 for discharging air from the housing 9. Outside the housing 9, a turbomachine 10 is present.
  • the turbomachine 10 is, for example, a fan 14 or an air circulation device 15.
  • the turbomachine 10 is driven by an electric drive motor 18, so that the rotational speed of the turbomachine 10 is independent of the rotational speed of the shaft 8 of the electric machine 5.
  • the temperature of the electric machine 5, in particular in the region of the housing 9, is detected by means of sensors which are not shown, and the flow machine 10 is controlled by means of a control device such that a specific temperature value for the electric machine 5 or the drive device 1, in particular in the region of the housing 9, is not is exceeded.
  • the housing 9 of the electric machine 5 is in two parts. Due to the geometric arrangement of the two housing parts of the housing 9, a channel 30 is formed for the passage of a cooling liquid. By means of the cooling liquid in the channel 30, the housing 9 is additionally cooled. When using the drive device 1 or the electric machine 5 in a motor vehicle 3, the heat absorbed in the channel 30 is released by means of a heat exchanger to the surroundings of the motor vehicle 3.
  • FIGS. 3 to 5 show a second exemplary embodiment of the drive device 1 or the electric machine 5.
  • FIG. 3 consists of a nozzle-like housing part 26, a first cap-like housing part 27 and a second cap-like housing part 29.
  • On the nozzle-like or tubular housing part 26 are outside cooling fins 13 which extend in the direction of an axis of the WeIIe 8 extend.
  • the existing on the outside of the first cap-like housing part 27 cooling fins 13 are honeycomb-shaped.
  • On the inside of the first cap-like housing part 27 formed as blades 12 cooling fins 13 are present (Fig. 4).
  • movable blades 12 are provided on the rotor 7 or on the shaft 8 of the electric machine 5.
  • Shaft 8 and the rotor 7 are thus an impeller 1 1 for the rotating blades 12 (Fig. 5).
  • the movable blades 12 thus form a turbomachine 10 for moving the air in the interior of the housing 9.
  • the shaft 8 and the rotor 7 thus represent a rotating component 31 of the electric machine on which the blades 12 are formed.
  • these movable blades 12 may be arranged in the interior of the housing 9 also on a balancing disk of the electric machine 5, not shown.
  • the rotating blades 12 in the interior of the housing 9 of the electric machine 5 generate air turbulence.
  • the air vortices are shown in Fig. 5 with arrows.
  • the housing 9 It thus forms within the housing 9 from an air flow, in which the air flow from the rotor 7 and the blades 12 to the cooling fins 13 and the likewise designed as a blades 12 cooling fins 13 are directed to the first cap-like housing part 27 flows.
  • the flowing air which has absorbed heat due to the occurring waste heat in the region of the rotor 7, flows to the inside of the first cap-like housing part 27 and is redirected by the blade-like cooling ribs 13 present there.
  • the air is cooled and releases the heat to the first cap-like housing part 27.
  • the first cap-like housing part 27 thus heats up and in turn advantageously dissipates the heat to the surroundings of the electric machine 5 due to the existing honeycomb-like cooling ribs 13 on the outside of the first cap-like housing part 27 (FIG. 3). This cooled air then flows back to the rotating blades 12, in which the air is heated again. This thus leads to a continuous flow of air or circulation within the housing 9
  • Cooling of the electric machine 5 As a result, the cooling of the electric machine 5 is substantially improved.
  • 26 cooling fins are also formed on the inside of the nozzle-like housing part. In Fig. 5, the cooling fins 13 are not shown. The details of the various embodiments may be combined with each other unless otherwise specified.

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Abstract

Antriebseinrichtung (1), vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (3), umfassend vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine (4), insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (3), wenigstens ein Gehäuse (9), wenigstens eine in dem wenigstens einen Gehäuse (9) angeordnete Elektromaschine (5) mit einem Stator (6) und einem Rotor (7), wobei das wenigstens eine Gehäuse (9) mit wenigstens einer Kühlrippe versehen ist, um die Kühlung der wenigstens einen Elektromaschine (5) zu verbessern.

Description

Beschreibung
Titel Antriebseinrichtung
Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Antriebseinrichtungen, vorzugsweise Hybridantriebseinrichtungen, insbesondere mit einer Verbrennungskraftmaschine, und einer Elektromaschine werden beispielsweise eingesetzt, um Kraftfahrzeuge anzutreiben. Die als Motor und Generator fungierenden Elektromaschine in dem Kraftfahrzeug weist eine Achse oder Welle mit einem daran angeordnete Stator oder Rotor auf. Der Stator oder
Rotor gibt Abwärme ab. Aus diesem Grund ist eine ausreichende Kühlung der Elektromaschine erforderlich.
Die Antriebseinrichtung weist ein Gehäuse auf, in der die Elektromaschine angeordnet ist bzw. das Bestandteil der Elektromaschine ist. Bei einem offenen
Gehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung wird von einer Strömungsmaschine, z. B. ein Gebläse, Luft durch das Gehäuse geleitet, um die Elektromaschine zu kühlen. Bei einem geschlossenen Gehäuse der Elektromaschine ist im Allgemeinen in das Gehäuse ein Kanal integriert, durch den eine Kühlflüssigkeit geleitet wird, um die Elektromaschine zu kühlen. Bei einem Einsatz der Antriebseinrichtung in einem Kraftfahrzeug hat die zuerst beschriebene Ausgestaltung mit einer Ein- und Auslassöffnung als offenes System den Nachteil, dass beispielsweise Schwallwasser in das Gehäuse eindringen kann. Aus diesem Grund kann, sofern die Elektromaschine in einem Bereich mit Schwallwasser eingesetzt wird, im Allgemeinen das offene System nicht verwendet werden oder es sind aufwendige Maßnahmen zum Schutz der Elektromaschine vor Schwallwasser erforderlich.
Aus der JP 2006-230154 ist eine Elektromaschine mit einer Hohlachse und einem an der Hohlachse angeordneten Stator bekannt. Um den stationären
Stator rotiert ein Rotor mittels einer Lagerung auf der Hohlachse. Ein Gebläse fördert Luft zur Kühlung durch die Hohlachse, um die Hohlachse und den Stator zu kühlen.
Die DE 10 2006 040 1 17 A1 zeigt eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zum Einbau zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe, welche eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator aufweist und als Motor oder Generator betreibbar ist, wobei radial innerhalb der elektrischen Maschine mindestens eine schaltbare Kupplung angeordnet ist und das Fahrzeuggetriebe eine Getriebeeingangswelle und ein Getriebegehäuse aufweist, wobei das Kühlmittel, beispielsweise Kühlöl, im Wesentlichen zur Kühlung der Kupplung durch eine zentrale Kühlmittelversorgung vom Getriebe zur Hybridantriebseinheit zu- und abführbar ist und dass sich der zentralen Kühlmittelversorgung ein im Wesentlichen geschlossener Kühlmittelkreislauf anschließt, und dass im Bereich der Kupplung ein Druckausgleichraum vorgesehen ist, welcher vom Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes durchströmbar ist.
Aus der DE 102 48 715 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem ersten und zweiten, sowohl als Motor als auch
Generator betreibbaren elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor bekannt. Der Hybridantrieb weist Kühlkanäle auf, in denen Wasser oder Öl zirkuliert, das die von den elektrischen Maschinen abgegebene Wärmeenergie mittels eines Wärmetauschers an die Umgebung abgibt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung Eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung, vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, wenigstens ein Gehäuse, wenigstens eine in dem wenigstens einen Gehäuse angeordnete Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei das wenigstens eine Gehäuse mit wenigstens einer Kühlrippe versehen ist, um die Kühlung der wenigstens einen Elektromaschine zu verbessern. Die Antriebseinrichtung ist eine Hybridantriebseinrichtung mit einer Elektromaschine und einer Verbrennungskraftmaschine oder eine Antriebseinrichtung nur mit einer Elektromaschine.
Kühlrippen vergrößern die Oberfläche des Gehäuses, so dass dadurch die von der Elektromaschine abgegebene Wärme besser an die Umgebung abgeleitet werden kann.
Insbesondere ist die wenigstens eine Kühlrippe an dem wenigstens einen Gehäuse außenseitig ausgebildet. Bei einem außenseitigen Anordnen der Kühlrippen an dem Gehäuse, die vorzugsweise einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sind, vergrößert sich die außenseitige Oberfläche des Gehäuses. Dadurch kann die Wärme besser an die Umgebung des Gehäuses abgeleitet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Kühlrippe im Wesentlichen in Längsrichtung des wenigstens einen Gehäuses oder in Richtung einer Achse einer Welle der Elektromaschine ausgebildet. Bei einem Ausrichten der Kühlrippen in Längsrichtung erfolgt die Ausrichtung bei einem Einbau der Antriebseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug im Allgemeinen in Richtung einer Längsrichtung des Kraftfahrzeuges. Vorzugsweise wird das Gehäuse von der Fahrtluft umströmt, so dass dadurch aufgrund der Ausbildung der Kühlrippen eine besonders gute Kühlung des Gehäuses und damit der Antriebseinrichtung gewährleistet ist.
In einer zusätzlichen Variante ist die wenigstens eine Kühlrippe im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des wenigstens einen Gehäuses oder senkrecht zu einer Achse einer Welle der Elektromaschine ausgebildet. In einer ergänzenden Ausführungsform ist die wenigstens eine Kühlrippe wabenartig oder noppenartig ausgebildet. Eine Wabengeometrie der wenigstens einen Kühlrippe hat den Vorteil, dass die Oberfläche besonders groß ist.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kühlrippe innenseitig an dem Gehäuse ausgebildet. Bei einer Ausbildung der Kühlrippen innenseitig an dem Gehäuse wird die Oberfläche des Gehäuses innenseitig vergrößert. Die von dem Stator und dem Rotor abgegebene Wärme, wird zunächst auf die Luft übertragen oder unmittelbar auf das Gehäuse. Aufgrund der größeren Oberfläche des Gehäuses innenseitig kann das Gehäuse die Wärme besser aufnehmen und dadurch auch besser abgeleitet werden, wobei die Wärme insbesondere mittels der Luft auf das Gehäuse inneneitig übertragen wird.
In einer Variante ist die wenigstens eine Kühlrippe wabenartig oder noppenartig oder schaufelartig ausgebildet.
Die Kühlrippen erhöhen insbesondere die Kühlungswirkung der Antriebseinrichtung durch Wärmekonvektion, weil der an der Innen- und/oder Außenseite vorbeiströmende Luft eine größere Oberfläche zur Abgabe und Aufnahme von Wärme zur Verfügung steht. Die erforderliche Bewegung der Luft an dem Gehäuse der Antriebseinrichtung muss nicht zwingend durch eine Strömungsmaschine erzeugt werden, sondern kann auch bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug durch die entsprechende Wahl des Einbauortes ermöglicht werden, indem das Gehäuse in einem Bereich eingebaut wird, in welchem ein ausreichender Fahrtwind zur Kühlung des Gehäuses zur Verfügung steht.
Die Kühlrippen haben ferner in vorteilhafter weise die Wirkung, dass durch die Kühlrippen, insbesondere bei einer wabenartigen Ausführung der Kühlrippen, die Steifigkeit des Gehäuses und damit des gesamten Systems der Antriebseinrichtung erhöht wird. Dadurch ist es möglich, die Wandstärke des
Gehäuses zu reduzieren und dadurch Materialkosten bzw. Material einzusparen. Außerdem wird dadurch die Schwingbelastung aufgrund der geringeren Masse der Antriebseinrichtung reduziert. Die Reduzierung der Wandstärke hat außerdem den Effekt, dass die Wärmeübertragung bzw. Wärmeleitung von innen nach außen verbessert bzw. erhöht wird. In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Gehäuse wenigstens teilweise aus einem metallischen Werkstoff, z. B. Aluminium oder Stahl, und/oder aus einem nicht-metallischen Werkstoff, z. B. Kunststoff.
Zweckmäßig ist die Antriebseinrichtung mit wenigstens einer
Strömungsmaschine zum Bewegung der Luft an dem Gehäuse versehen.
Die Strömungsmaschine wird entweder von einem Antriebsmotor angetrieben oder wird von der Welle der Antriebseinrichtung angetrieben. Vorzugsweise ist bei einem Antrieb der Strömungsmaschine mittels der Welle der
Antriebseinrichtung ein Getriebe vorhanden bzw. eine Übersetzungseinheit, so dass die Drehzahl der Strömungsmaschine unabhängig von der Drehzahl der Welle der Antriebseinrichtung ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die wenigstens eine Strömungsmaschine außerhalb des wenigstens einen Gehäuses angeordnet, um die Luft an der Außenseite des wenigstens einen Gehäuses zu bewegen und/oder die Luft durch das wenigstens eine Gehäuse zu leiten, wobei das wenigstens eine Gehäuse wenigstens eine Einlassöffnung zum Einleiten von Luft in das Gehäuse aufweist und wenigstens eine Auslassöffnung zum Ausleiten von Luft aus dem Gehäuse aufweist.
Insbesondere ist die wenigstens eine Strömungsmaschine ein Gebläse oder eine Luftumwälzeinrichtung oder ein Laufrad umfasst an dem Laufrad angeordneten Schaufeln.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Strömungsmaschine innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Insbesondere ist die wenigstens eine Strömungsmaschine ein Gebläse oder ist eine Luftumwälzeinrichtung oder ein Laufrad umfasst an dem Laufrad angeordneten Schaufeln oder an einer rotierenden Komponente, z. B. die Welle und/oder der Rotor und/oder das Gehäuse, der Elektromaschine ist die wenigstens eine Schaufel ausgebildet. Bei einer Anordnung der Schaufeln an einer rotierenden Komponente, z. B. an einer Welle bei einer Innenpolmaschine oder an dem Gehäuse bei einer Außenpolmaschine, kann die Strömungsmaschine besonders einfach ausgeführt werden.
In einer weiteren Variante ist in das wenigstens eine Gehäuse ein Kanal zum Durchleiten eines Fluides, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, integriert, um die
Antriebseinrichtung zu kühlen. Das Fluid, insbesondere die Kühlflüssigkeit, nimmt die Wärme auf bzw. kühlt das Gehäuse, so dass dadurch die Antriebseinrichtung gekühlt wird. Die von dem Fluid aufgenommene Wärme wird im Allgemeinen bei einem Einsatz der Antriebseinrichtung in einem Kraftfahrzeug mittels eines Wärmetauschers an die Umgebung, d. h. die Luft, des Kraftfahrzeuges abgegeben.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Gehäuse mehrteilig.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Gehäuse einteilig.
Insbesondere ist die wenigstens eine Strömungsmaschine unabhängig von einer Drehzahl der Welle oder des Rotors der wenigstens einen Elektromaschine antreibbar.
In einer weiteren Ausgestaltung fungiert die wenigstens eine Elektromaschine als Motor und/oder als Generator.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Antriebseinrichtung. Das Kraftfahrzeug ist somit ein Hybridkraftfahrzeug oder ein Elektrokraftfahrzeug.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug aufladbare Batterien. Die Batterien versorgen die Elektromaschine mit elektrischen Strom und beim Verzögern des Kraftfahrzeuges mittels der Elektromaschine können die Batterien von dem von der Elektromaschine erzeugen elektrischen Strom aufgeladen werden. Außerdem können die Batterien auch während eines Stillstandes des Kraftfahrzeug, beispielsweise von einem öffentlichen Stromnetz, aufgeladen werden. Insbesondere sind die Batterien als Lithiumionenbatterien ausgebildet. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Hybridantriebseinrichtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt einer Elektromaschine in einer ersten
Ausführungsform,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses der Elektromaschine in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 einen perspektivische Ansicht eines Teils des Gehäuses gemäß Fig. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Teils der Elektromaschine gemäß Fig. 3 und
Fig. 6 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Hybridantriebseinrichtung 2 ausgebildete Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug 3 dargestellt. Die Hybridantriebseinrichtung 2 für ein Kraftfahrzeug 3 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 4 sowie eine
Elektromaschine 5, die als Motor 32 und Generator 33 fungiert, jeweils zum Antreiben oder Verzögern des Kraftfahrzeuges 3. Die Verbrennungskraftmaschine 4 und die Elektromaschine 5 sind mittels einer Antriebswelle 20 miteinander verbunden. Die mechanische Koppelung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 4 und der Elektromaschine 5 kann mittels einer
Kupplung 19 hergestellt und aufgehoben werden. Ferner ist in der Antriebswelle 20, welche die Verbrennungskraftmaschine 4 und die Elektromaschine 5 miteinander koppelt, eine Elastizität 21 angeordnet. Die Elektromaschine 5 ist mit einem Differentialgetriebe 23 mechanisch gekoppelt. In der Antriebswelle 20, welche die Elektromaschine 5 und das Differentialgetriebe 23 miteinander verbindet, ist ein Wandler 22 und ein Getriebe 28 angeordnet. Mittels des Differentialgetriebes 23 werden über die Radachsen 24 die Antriebsräder 25 angetrieben.
Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Verbrennungskraftmaschine 4 und der Elektromaschine 5 für das Kraftfahrzeug 3 sind auch andere
Möglichkeiten denkbar (nicht dargestellt). Beispielsweise kann die Elektromaschine 5 seitlich an der Verbrennungskraftmaschine 4 angeorndet sein und mittels eines Riemens oder einer Kette oder von Zahnrädern mit der Verbrennungskraftmaschine 4 mechanisch verbunden sein anstelle der in Fig. 1 abgebildeten Antriebswelle 20 (nicht dargestellt). Außerdem könnte die
Elektromaschine 5 an einem Getriebe, z. B. ein Ausgleichsgetriebe, angeordnet sein oder die Elektromaschine 5 kann als Radnabenmotor und/oder als Radnabengenerator fungieren, d. h. im Bereich einer Radnabe angeordnet sein (nicht dargestellt).
Fig. 2 zeigt die Elektromaschine 5 für die Hybridantriebseinrichtung 2 als Innenpolmaschine in einer ersten Ausführungsform mit einem feststehenden Stator 6 und einem rotierenden Rotor 7 der Hybridantriebseinrichtung 1 in eine stark vereinfachten Darstellung, so dass beispielsweise elektrische Leitungen, die Wicklungen des Stators 6 und des Rotors 7, Lager und Fixierungsmittel für den Stator 6 nicht oder nur stark vereinfacht dargestellt sind. Eine Welle 8 besteht aus Metall, z. B. Stahl, auf dem der Rotor 7 konzentrisch angeordnet ist. Konzentrisch um den Rotor 7 ist der Stator 6 an einem zweiteiligen Gehäuse 9 angeordnet, der mittels nicht dargestellter Fixierungsmittel daran befestigt ist. Der Stator 6 kann auch ohne zusätzliche Fixierungsmittel an dem Gehäuse 9 befestigt sein, z. B. mittels Pressverbund und/oder Schrumpfverbund. Die Welle 8 ist dabei innerhalb der Hybridantriebseinrichtung 2 mit der Antriebswelle 20 der Hybridantriebseinrichtung 2 verbunden bzw. stellt einen Teil der Antriebswelle 20 dar.
Bei einem Betrieb der Hybridantriebseinrichtung 2, insbesondere in einem höheren Drehzahlbereich, beispielsweise im Bereich von 6.000 U/min, treten größere Mengen an Abwärme auf.
Das Gehäuse 9 aus Metall wird beispielsweise mittels Sandguss, Druckguss oder auch mit Kokillenguss oder mit einem Lost Foamgießverfahren hergestellt. Sowohl außenseitig als auch innenseitig an dem Gehäuse 9 sind nicht in Fig. 2 abgebildete Kühlrippen 13 vorhanden. Die Kühlrippen 13 weisen dabei eine Überhöhung gegenüber dem übrigen Teil der innen- und außenseitigen Oberfläche des Gehäuses 9 im Bereich von 1 bis 50 mm auf. Die Kühlrippen 13 erhöhen dadurch innen- und außenseitig die Oberfläche des Gehäuses 9, so dass dadurch die Kühlung der Antriebseinrichtung 1 bzw. der Elektromaschine 5 verbessert wird. Das Gehäuse 9 ist ferner mit Einlassöffnungen 16 zum Einleiten von Luft in das Gehäuse und mit Auslassöffnungen 17 zum Ausleiten von Luft aus dem Gehäuse 9 versehen. Außerhalb des Gehäuses 9 ist eine Strömungsmaschine 10 vorhanden. Die Strömungsmaschine 10 ist beispielsweise ein Gebläse 14 oder eine Luftumwälzeinrichtung 15. Die Strömungsmaschine 10 wird von einem elektrischen Antriebsmotor 18 angetrieben, so dass die Drehzahl der Strömungsmaschine 10 unabhängig von der Drehzahl der Welle 8 der Elektromaschine 5 ist. Mittels nicht abgebildeter Sensoren wird die Temperatur der Elektromaschine 5, insbesondere im Bereich des Gehäuses 9 erfasst und mittels einer Steuerungseinrichtung die Strömungsmaschine 10 dahingehend gesteuert, dass ein bestimmter Temperaturwert für die Elektromaschine 5 bzw. die Antriebseinrichtung 1 , insbesondere im Bereich des Gehäuses 9, nicht überschritten wird.
Das Gehäuse 9 der Elektromaschine 5 ist zweiteilig. Aufgrund der geometrischen Anordnung der beiden Gehäuseteile des Gehäuses 9 bildet sich ein Kanal 30 zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit aus. Mittels der Kühlflüssigkeit in dem Kanal 30 wird das Gehäuse 9 zusätzlich gekühlt. Bei einem Einsatz der Antriebseinrichtung 1 bzw. der Elektromaschine 5 in einem Kraftfahrzeug 3 wird die in dem Kanal 30 aufgenommene Wärme mittels eines Wärmeaustauschers an die Umgebung des Kraftfahrzeuges 3 abgegeben.
In den Fig. 3 bis 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebseinrichtung 1 bzw. der Elektromaschine 5 abgebildet. Das Gehäuse 9 der Elektromaschine 5
(Fig. 3) besteht aus einem stutzenartigen Gehäuseteil 26, einem ersten kappenartigen Gehäuseteil 27 und einem zweiten kappenartigen Gehäuseteil 29. Das stutzenartige Gehäuseteil 26, das erste kappenartige Gehäuseteil 27 und das zweite kappenartige Gehäuseteil 29 sind zu dem Gehäuse 9 gemäß Fig. 3 miteinander verbunden. An dem stutzenartigen bzw. rohrartigen Gehäuseteil 26 befinden sich außenseitig Kühlrippen 13, die sich in Richtung einer Achse der WeIIe 8 erstrecken. Die an der Außenseite des ersten kappenartigen Gehäuseteiles 27 vorhandenen Kühlrippen 13 sind wabenartig ausgebildet. An der Innenseite des ersten kappenartigen Gehäuseteiles 27 sind als Schaufeln 12 ausgebildete Kühlrippen 13 vorhanden (Fig. 4). Ferner sind an dem Rotor 7 bzw. an der Welle 8 der Elektromaschine 5 bewegbare Schaufeln 12 vorhanden. Die
Welle 8 und der Rotor 7 sind somit ein Laufrad 1 1 für die rotierenden Schaufeln 12 (Fig. 5). Die bewegbaren Schaufeln 12 bilden somit eine Strömungsmaschine 10 zum Bewegen der Luft im Innenraum des Gehäuses 9. Die Welle 8 und der Rotor 7 stellen somit eine rotierende Komponente 31 der Elektromaschine dar, an denen die Schaufeln 12 ausgebildet sind. In einer nicht dargestellten, abweichenden Ausgestaltung können diese bewegbaren Schaufeln 12 im Innenraum des Gehäuses 9 auch an einer nicht dargestellten Wuchtscheibe der Elektromaschine 5 angeordnet sein. Die rotierenden Schaufeln 12 im Innenraum des Gehäuses 9 der Elektromaschine 5 erzeugen Luftwirbel. Die Luftwirbel sind in Fig. 5 mit Pfeilen dargestellt. Es bildet sich somit innerhalb des Gehäuses 9 eine Luftströmung aus, bei der die Luftströmung von dem Rotor 7 bzw. den Schaufeln 12 zu den Kühlrippen 13 bzw. den als ebenfalls als Schaufeln 12 ausgebildeten Kühlrippen 13 an dem ersten kappenartigen Gehäuseteil 27 geleitet werden bzw. strömt. Die strömende Luft, welche aufgrund der auftretenden Abwärme im Bereich des Rotors 7 Wärme aufgenommen hat, strömt zu der Innenseite des ersten kappenartigen Gehäuseteiles 27 und wird von den dort vorhandenen schaufelartigen Kühlrippen 13 umgeleitet. Hier wird die Luft abgekühlt und gibt die Wärme an das erste kappenartige Gehäuseteil 27 ab. Das erste kappenartige Gehäuseteil 27 erwärmt sich somit und gibt seinerseits in vorteilhafter Weise die Wärme gut aufgrund der vorhandenen wabenartigen Kühlrippen 13 an der Außenseite des ersten kappenartigen Gehäuseteiles 27 (Fig. 3) an die Umgebung der Elektromaschine 5 ab. Diese abgekühlte Luft strömt anschließend wieder zu den rotierenden Schaufeln 12, bei der sich die Luft wieder erwärmt. Dies führt somit zu einer kontinuierlichen Luftströmung bzw. Zirkulation innerhalb des Gehäuses 9 zur
Kühlung der Elektromaschine 5. Dadurch wird die Kühlung der Elektromaschine 5 wesentlich verbessert. Vorzugsweise sind auch innenseitig an dem stutzenartigen Gehäuseteil 26 Kühlrippen ausgebildet. In Fig. 5 sind die Kühlrippen 13 nicht dargestellt. Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Ausbildung von Kühlrippen 13 an dem Gehäuse 9 der Antriebseinrichtung 1 verbessert auf einfache und zuverlässige Weise die Kühlung der Antriebseinrichtung 1.

Claims

Ansprüche
1. Antriebseinrichtung (1 ), vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (3), umfassend - vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine (4), insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (3),
- wenigstens ein Gehäuse (9),
- wenigstens eine in dem wenigstens einen Gehäuse (9) angeordnete Elektromaschine (5) mit einem Stator (6) und einem Rotor (7),
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Gehäuse (9) mit wenigstens einer Kühlrippe (13) versehen ist, um die Kühlung der wenigstens einen Elektromaschine (5) zu verbessern.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Kühlrippe (13) an dem wenigstens einen Gehäuse (9) außenseitig ausgebildet ist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Kühlrippe (13) im Wesentlichen in Längsrichtung des wenigstens einen Gehäuses (9) oder in Richtung einer Achse einer Welle (8) der Elektromaschine (5) ausgebildet ist.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Kühlrippe (13) wabenartig oder noppenartig ausgebildet ist.
5. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Kühlrippe (13) innenseitig an dem Gehäuse (9) ausgebildet ist.
6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Kühlrippe (13) wabenartig oder noppenartig oder schaufelartig ausgebildet ist.
7. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinrichtung (1 ) mit wenigstens einer Strömungsmaschine (10) zum Bewegung der Luft an dem Gehäuse (9) versehen ist.
8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Strömungsmaschine (10) außerhalb des wenigstens einen Gehäuses (9) angeordnet ist, um die Luft an der Außenseite des wenigstens einen Gehäuses (9) zu bewegen und/oder die Luft durch das wenigstens eine Gehäuse (9) zu leiten, wobei das wenigstens eine Gehäuse (9) wenigstens eine Einlassöffnung (16) zum Einleiten von Luft in das Gehäuse (9) aufweist und wenigstens eine Auslassöffnung (17) zum Ausleiten von Luft aus dem Gehäuse (9) aufweist.
9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Strömungsmaschine (10) ein Gebläse (14) ist oder eine Luftumwälzeinrichtung (15) ist oder ein Laufrad (11 ) mit an dem Laufrad (11 ) angeordneten Schaufeln (12) umfasst.
10. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Strömungsmaschine (10) innerhalb des Gehäuses (9) angeordnet ist.
1 1. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Strömungsmaschine (10) ein Gebläse (14) ist oder eine Luftumwälzeinrichtung (15) ist oder ein Laufrad (11 ) mit an dem Laufrad (11 ) angeordneten Schaufeln (12) umfasst oder an einer rotierenden Komponente (31 ), z. B. die Welle (8) und/oder der Rotor (7) und/oder das Gehäuse (9), der Elektromaschine (5) wenigstens eine
Schaufel (12) ausgebildet ist.
12. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in das wenigstens eine Gehäuse (9) ein Kanal (30) zum Durchleiten eines Fluides, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, integriert ist, um die Antriebseinrichtung (1 ) zu kühlen.
13. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Gehäuse (9) mehrteilig ist.
14. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Strömungsmaschine (10) unabhängig von einer Drehzahl der Welle (8) oder des Rotors (7) der wenigstens einen Elektromaschine (5) antreibbar ist.
15. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Elektromaschine (5) als Motor (32) und/oder als Generator (33) fungiert.
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