WO2010102842A2 - Elektromaschine - Google Patents

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WO2010102842A2
WO2010102842A2 PCT/EP2010/050188 EP2010050188W WO2010102842A2 WO 2010102842 A2 WO2010102842 A2 WO 2010102842A2 EP 2010050188 W EP2010050188 W EP 2010050188W WO 2010102842 A2 WO2010102842 A2 WO 2010102842A2
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electric machine
rotor
impeller
cooling fluid
shaft
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Inventor
Uwe Knappenberger
Wolfgang Schuerle
Alexander Bawidamann
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine according to the preamble of claim 1 and a drive device according to the preamble of claim 14.
  • 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 stator or rotor releases waste heat. For this reason, sufficient cooling of the electric machine is required.
  • the drive device has a housing in which the electric machine is arranged or which is part of the electric machine.
  • a turbomachine for.
  • JP 2006-230154 an electric machine with a hollow shaft and a stator arranged on the hollow shaft is known.
  • a rotor rotates about the stationary stator by means of a bearing on the hollow axle.
  • 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
  • Electric machine in particular for a motor vehicle, comprising a housing, a shaft, a stator, a preferably connected to the shaft rotor, a conveyor for a cooling fluid for conveying the cooling fluid in the region of the stator and / or the rotor for cooling the electric machine wherein the rotor is provided with at least one channel for passing the cooling fluid through the conveyor by means of the rotor.
  • the formation of at least one channel in the rotor has the advantage that the rotor can be cooled not only on the outside by means of the cooling fluid, but also in the interior of the rotor, the cooling fluid can cool the rotor. As a result, a particularly efficient and uniform cooling in the entire cross section of the rotor is possible.
  • the at least one channel is formed in the axial direction of the shaft.
  • the cooling fluid can be passed through the rotor in a particularly simple manner, because a delivery of the cooling fluid in the axial direction is particularly easy to carry out.
  • the at least one channel is formed with a deviation of less than 30 ° in the axial direction of the shaft.
  • At least two channels with a deviation of 20% at the same distance from the axis of the shaft are provided.
  • the cooling fluid can be conveyed through at least two adjacent channels in the opposite direction.
  • the at least one channel is formed with a deviation of less than 30 ° in the radial direction of the shaft.
  • the stator is provided with at least one channel for passing the cooling fluid through the stator.
  • the additional formation of at least one channel also on the stator for passing the cooling fluid through the stator makes it also possible to cool the stator substantially uniformly in cross section. This also allows the stator to be effectively cooled.
  • the at least one channel is aligned with a deviation of less than 30 ° in the axial direction of the shaft.
  • the conveying device is designed as a turbomachine for passing the cooling fluid through the at least one channel.
  • the turbomachine has an impeller with at least one blade formed on the impeller.
  • the impeller is connected to the shaft for driving the impeller.
  • the conveyor can be carried out particularly easily.
  • at high rotational speeds of the shaft also larger amounts of waste heat on the rotor and / or stator and at higher speeds, a larger amount of cooling fluid per unit time is promoted by the impeller with blades. This causes an automatic adjustment of the Delivery of cooling fluid to the amount of waste heat occurring on the rotor and / or on the stator.
  • the turbomachine can be driven by a, preferably electric, drive unit.
  • the turbomachine can thus be driven independently of the speed of the shaft.
  • the impeller is disk-shaped.
  • the at least one blade is formed on a side of the rotor facing away from the rotor, and the rotor has at least one opening through which the cooling fluid can be conducted by means of the at least one blade.
  • the at least one opening is aligned in each case congruent to the at least one channel of the rotor.
  • the cooling fluid is conveyed through the at least one opening in the impeller to the at least one channel and through the at least one channel by means of the at least one blade or vice versa.
  • the cooling fluid is air.
  • a drive device preferably hybrid drive device, in particular for a motor vehicle, comprising preferably an internal combustion engine, in particular for driving the motor vehicle, preferably at least one housing, at least one, preferably arranged in the at least one housing, electric machine with a stator and a rotor, wherein the at least an electric machine is designed according to an electric machine described in this patent application.
  • the at least one housing is multi-part.
  • the housing is in one piece.
  • the at least one electric machine acts as a motor and / or as a generator.
  • a motor vehicle according to the invention comprises an electric machine described in this patent application and / or a drive device described in this patent application.
  • 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. 3 is a perspective view of a rotor and a shaft of the electric machine of FIG. 2,
  • Fig. 4 is a perspective view of an impeller with blades of the electric machine of FIG. 2 and
  • Fig. 5 is a view of a motor vehicle. Embodiments of the invention
  • 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 an electric machine 5, which acts as a motor 17 and generator 18, 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 be produced and canceled by means of a coupling 19.
  • an elasticity 21 is arranged in the drive shaft 20, which couples the internal combustion engine 4 and the electric machine 5 together.
  • the electric machine 5 is mechanically coupled to a differential gear 23.
  • a converter 22 and a transmission 27 is arranged in the drive shaft 20, which connects the electric machine 5 and the differential gear 23 with each other.
  • the drive wheels 25 are driven via the wheel axles 24.
  • a shaft 8 is made of metal, for. As steel, on which the rotor 7 is arranged concentrically, wherein the shaft 8 and the rotor 7 are mounted by means of a bearing, not shown, on the fixed housing 9.
  • the shaft 8, the rotor 7 and the stator 6 are disposed within the housing 9.
  • the stator 6 Concentrically around the rotor 7, the stator 6 is arranged on a 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 within the hybrid drive device 2 with the drive shaft 20 of the
  • Hybrid drive device 2 connected or represents a part of the drive shaft 20.
  • the rotor 7 of the electric machine 5 has twelve channels 11 for passing a cooling fluid through the rotor 7.
  • the shaft 8 has an axis 26.
  • the twelve channels 11 are formed at the same distance from the axis 26 of the shaft 8 in the axial direction to the axis 26 in the rotor 7.
  • a conveyor 10 designed as a flow machine 12 is present at both ends of the rotor 7, ie a first turbomachine 12a and a second turbomachine 12b.
  • the turbomachines 12 serve to convey the cooling fluid through the twelve channels 11.
  • the turbomachine 12 is designed as an impeller 13 with blades 14 arranged thereon.
  • the blades 14 (FIGS.
  • the illustrated in Fig. 3 six openings 16 of the impeller 13 of the first flow machine 12 a serve to the cooling fluid, d. H. Air to enter the first six channels 1 1.
  • the six openings 16 have the same size as the channels 1 1, wherein the six openings 16, which are shown in Fig. 3, are formed congruent to the respective channels 11 and are aligned, through which the air through the openings 16 and then flows through the respective channels 1 1.
  • On the impeller 13 with blades 14 also radial openings 29 are present. The radial openings 29 are formed between the cover plate 28, the blades 14 and the remaining disc-shaped part of the impeller 13 as shown in FIG. 4.
  • the second flow machine 12b which is shown in FIG.
  • the second turbomachine 12b thus serves to suck in the air through the openings 16 of the cover plate 28 of the first turbomachine 12a, this sucked air then flows through the six channels 1 1 of the rotor 7 and subsequently flows through six radial openings 29 of the in Fig. 3 on behind illustrated second turbomachine 12b again.
  • the air flows through six openings 16 (not shown in Fig. 3) on the second turbomachine 12b, then through six more channels 1 1 in the rotor 7 and then flows through six radial openings 29 on the first turbomachine 12a out again.
  • the first and second turbomachine 12a, 12b are thus used to suck in air and to suck the air through the six channels 1 1 and the corresponding thereto aligned six openings 16 in the cover plates 28.
  • This is passed through the twelve channels 1 1 of the rotor 7 each adjacent in the opposite direction, the air as a cooling fluid for cooling the rotor 7.
  • the rotor 7 is cooled not only on the outside, but also inside.
  • the housing 9 has not shown in the figures openings through which the air flows into the housing 9 and is discharged. These openings on the housing 9 are formed approximately in the region of the openings 16 on the two cover plates 28 and in the region of the radial openings 29. As a result, air can be conducted from the surroundings of the electric machine 5 through the rotor 7 in a simple manner for cooling the electric machine 5.
  • the cooling fluid is passed through the rotor 7 in channels 11 by means of two turbomachines 12a, 12b, so that a uniform cooling of the rotor 7 is ensured.

Abstract

Elektromaschine (5), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (3), umfassend ein Gehäuse (9), eine Welle (8), einen Stator (6), einen Rotor (7), eine Fördereinrichtung (10) für ein Kühlfluid zum Fördern des Kühlfluides im Bereich des Stators (6) und/oder des Rotors (7) zur Kühlung der Elektromaschine (5), wobei der Rotor (7) mit wenigstens einem Kanal (11) versehen ist zum Durchleiten des Kühlfluides mittels der Fördereinrichtung (10) durch den Rotor (7).

Description

Beschreibung
Titel Elektromaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
Antriebseinrichtungen, vorzugsweise Hybridantriebseinrichtungen, insbesondere mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Elektromaschine werden beispielsweise eingesetzt, um Kraftfahrzeuge anzutreiben. Die als Motor und Generator fungierende 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.
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.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Elektromaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Welle, einen Stator, einen, vorzugsweise mit der Welle verbundenen, Rotor, eine Fördereinrichtung für ein Kühlfluid zum Fördern des Kühlfluides im Bereich des Stators und/oder des Rotors zur Kühlung der Elektromaschine, wobei der Rotor mit wenigstens einem Kanal versehen ist zum Durchleiten des Kühlfluides mittels der Fördereinrichtung durch den Rotor. Die Ausbildung von wenigstens einem Kanal in dem Rotor hat den Vorteil, dass der Rotor nicht nur an der Außenseite mittels des Kühlfluides gekühlt werden kann, sondern auch im Inneren des Rotors das Kühlfluid den Rotor kühlen kann. Dadurch ist eine besonders effiziente und gleichmäßige Kühlung im gesamten Querschnitt des Rotors möglich.
Insbesondere ist der wenigstens eine Kanal in axialer Richtung der Welle ausgebildet. Bei einer axialen Ausrichtung des wenigstens einen Kanales kann das Kühlfluid besonders einfach durch den Rotor geleitet werden, weil eine Förderung des Kühlfluides in axialer Richtung besonders einfach ausführbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine Kanal mit einer Abweichung von weniger als 30° in axialer Richtung der Welle ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform weisen wenigstens zwei Kanäle mit einer Abweichung von 20 % den gleichen Abstand zu der Achse der Welle auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kühlfluid durch wenigstens zwei benachbarte Kanäle in entgegengesetzter Richtung förderbar.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Kanal mit einer Abweichung von weniger als 30° in radialer Richtung der Welle ausgebildet.
In einer Variante ist der Stator mit wenigstens einem Kanal versehen zum Durchleiten des Kühlfluides durch den Stator. Das zusätzliche Ausbilden wenigstens eines Kanales auch am Stator zum Durchleiten des Kühlfluides durch den Stator ermöglicht es, auch den Stator im Querschnitt im Wesentlichen gleichmäßig zu kühlen. Dadurch kann auch der Stator effektiv gekühlt werden.
Zweckmäßig ist der wenigstens eine Kanal mit einer Abweichung von weniger als 30° in axialer Richtung der Welle ausgerichtet.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Fördereinrichtung als eine Strömungsmaschine zum Durchleiten des Kühlfluides durch den wenigstens einen Kanal ausgebildet.
Insbesondere weist die Strömungsmaschine ein Laufrad mit wenigstens einer an dem Laufrad ausgebildeten Schaufel auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Laufrad mit der Welle verbunden zum Antrieb der Laufrades. Bei einer mechanischen Verbindung des Laufrades mit der Welle ist keine zusätzliche Antriebseinheit zum Bewegen des Laufrades erforderlich. Dadurch kann die Fördereinrichtung besonders einfach ausgeführt werden. Ferner treten bei hohen Drehzahlen der Welle auch größere Abwärmemengen am Rotor und/oder Stator auf und bei größeren Drehzahlen wird auch eine größere Menge an Kühlfluid pro Zeiteinheit von dem Laufrad mit Schaufeln gefördert. Dadurch tritt eine automatische Anpassung der Fördermenge an Kühlfluid zu der auftretenden Menge an Abwärme am Rotor und/oder am Stator auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Strömungsmaschine von einem, vorzugsweise elektrischen, Antriebseinheit antreibbar. Die Strömungsmaschine kann damit unabhängig von der Drehzahl der Welle angetrieben werden. Beispielsweise kann von einem Temperatursensor die Temperatur am Stator und/oder am Rotor und/oder am Gehäuse der Elektromaschine erfasst werden und in Abhängigkeit von der Temperatur, z. B. ab einem gewissen Schwellenwert der Temperatur, die Antriebseinheit mittels einer Steuereinheit eingeschaltet wird.
In einer ergänzenden Variante ist das Laufrad scheibenförmig ausgebildet.
In einer weiteren Variante ist die wenigstens eine Schaufel an einer zu dem Rotor abgewandten Seite des Laufrades ausgebildet und das Laufrad weist wenigstens eine Öffnung auf, durch welche das Kühlfluid mittels der wenigstens einen Schaufel durchleitbar ist. Insbesondere ist die wenigstens eine Öffnung jeweils deckungsgleich zu dem wenigstens einen Kanal des Rotors ausgerichtet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kühlfluid durch die wenigstens eine Öffnung in dem Laufrad zu dem wenigstens einen Kanal und durch den wenigstens einen Kanal mittels der wenigstens einen Schaufel förderbar oder umgekehrt.
Insbesondere ist das Kühlfluid Luft.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung, vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, vorzugsweise wenigstens ein Gehäuse, wenigstens eine, vorzugsweise in dem wenigstens einen Gehäuse angeordnete, Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei die wenigstens eine Elektromaschine gemäß einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Elektromaschine ausgebildet ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Gehäuse mehrteilig.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Gehäuse einteilig.
In einer weiteren Ausgestaltung fungiert die wenigstens eine Elektromaschine als Motor und/oder als Generator.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Elektromaschine und/oder eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Antriebseinrichtung.
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 Kraftfahrzeugs, beispielsweise von einem öffentlichen Stromnetz, aufgeladen werden. Insbesondere sind die Batterien als Lithiumionenbatterien ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel 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,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Rotors und einer Welle der Elektromaschine gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Laufrades mit Schaufeln der Elektromaschine gemäß Fig. 2 und
Fig. 5 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 17 und Generator 18 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 27 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 angeordnet 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 einer stark vereinfachten Darstellung, so dass beispielsweise elektrische Leitungen, die Wicklungen des Stators 6 und des Rotors 7, 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, wobei die Welle 8 und der Rotor 7 mittels einer nicht dargestellten Lagerung an dem feststehenden Gehäuse 9 gelagert sind. Die Welle 8, der Rotor 7 und der Stator 6 sind innerhalb des Gehäuses 9 angeordnet. Konzentrisch um den Rotor 7 ist der Stator 6 an einem 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.
Der Rotor 7 der Elektromaschine 5 weist zwölf Kanäle 11 zum Durchleiten eines Kühlfluides durch den Rotor 7 auf. In Fig. 2 sind lediglich im Querschnitt zwei der zwölf Kanäle 1 1 dargestellt. Die Welle 8 weist eine Achse 26 auf. Die zwölf Kanäle 11 sind dabei im gleichen Abstand zu der Achse 26 der Welle 8 in axialer Richtung zu der Achse 26 in dem Rotor 7 ausgebildet. An beiden Enden des Rotors 7 ist in jeweils axialer Richtung der Welle 8 betrachtet je eine als Strömungsmaschine 12 ausgebildete Fördereinrichtung 10 vorhanden, d. h. eine erste Strömungsmaschine 12a und eine zweite Strömungsmaschine 12b. Die Strömungsmaschinen 12 dienen dazu, das Kühlfluid durch die zwölf Kanäle 11 zu fördern. Die Strömungsmaschine 12 ist als ein Laufrad 13 mit daran angeordneten Schaufeln 14 ausgebildet. Die Schaufeln 14 (Fig. 2, 3 und 4) an dem Laufrad 13 sind dabei in axialer und radialer Richtung der Welle 8 ausgebildet und die Schaufeln 14 sind an der zu dem Rotor 7 abgewandten Seite 15 des in Fig. 4 dargestellten Laufrades 13 vorhanden. Abweichend hiervon können die Schaufeln 14 auch gekrümmt (Fig. 2) ausgebildet sein (nicht in Fig. 4 dargestellt; insofern sind in Fig. 2 Schaufeln 14 mit einer anderen Geometrie abgebildet als in Fig. 4). Das Laufrad 13 ist dabei fest mit der Welle 8 verbunden, so dass das Laufrad 13 eine Rotationsbewegung der Welle 8 in gleicher weise ausführt wie die Welle 8. Das Laufrad 13 ist in Fig. 4 ohne einer Deckscheibe 28 abgebildet. Die Schaufeln 14 sind somit zwischen dem in Fig. 4 abgebildeten Teil des Laufrades 13 und der Deckscheibe 28 (Fig. 2 und 3) ausgebildet. Die Deckscheibe 28 stellt ein Laufrad 13 dar und ist Bestandteil der Strömungsmaschine 12. Zwei benachbarte Kanäle 1 1 des Rotors 7 werden dabei in entgegengesetzter Richtung von dem Kühlfluid durchströmt.
Die in Fig. 3 abgebildeten sechs Öffnungen 16 des Laufrades 13 der ersten Strömungsmaschine 12a dienen dazu, das Kühlfluid, d. h. Luft, in die ersten sechs Kanäle 1 1 einzuleiten. Die sechs Öffnungen 16 weisen dabei die gleiche Größe auf wie die Kanäle 1 1 , wobei die sechs Öffnungen 16, welche in Fig. 3 dargestellt sind, deckungsgleich zu den entsprechenden Kanälen 11 ausgebildet sind bzw. ausgerichtet sind, durch welche die Luft durch die Öffnungen 16 und anschließend durch die entsprechenden Kanäle 1 1 strömt. An dem Laufrad 13 mit Schaufeln 14 sind außerdem Radialöffnungen 29 vorhanden. Die Radialöffnungen 29 bilden sich zwischen der Deckscheibe 28, den Schaufeln 14 und dem übrigen scheibenförmigen Teil des Laufrades 13 gemäß der Abbildung in Fig. 4. Die zweite Strömungsmaschine 12b, welche in der Fig. 3 ohne den Öffnungen 16 des Laufrades 13 abgebildet ist, fördert die Luft aufgrund der Zentrifugalkraft und der Rotationsbewegung des Laufrades 13 mit den Schaufeln 14 mittels Unterdruck nach dem Prinzip des Radiallüfters. Die zweite Strömungsmaschine 12b dient somit dazu, die Luft durch die Öffnungen 16 der Deckscheibe 28 der ersten Strömungsmaschine 12a anzusaugen, diese angesaugte Luft strömt anschließend durch die sechs Kanäle 1 1 des Rotors 7 und strömt darauffolgend durch sechs Radialöffnungen 29 der in Fig. 3 weiter hinten abgebildeten zweiten Strömungsmaschine 12b wieder aus.
In umgekehrter Weise strömt die Luft durch sechs Öffnungen 16 (nicht in Fig. 3 dargestellt) an der zweiten Strömungsmaschine 12b, anschließend durch sechs weitere Kanäle 1 1 in dem Rotor 7 und strömt anschließend durch sechs Radialöffnungen 29 an der ersten Strömungsmaschine 12a wieder heraus. Die erste und zweite Strömungsmaschine 12a, 12b dienen damit dazu, Luft anzusaugen und die Luft durch die sechs Kanäle 1 1 sowie den korrespondierend dazu ausgerichteten sechs Öffnungen 16 in den Deckscheiben 28 anzusaugen. Damit wird durch die zwölf Kanäle 1 1 des Rotors 7 jeweils benachbart in entgegengesetzter Richtung die Luft als Kühlfluid zum Kühlen des Rotors 7 durchgeleitet. In vorteilhafter Weise wird damit der Rotor 7 nicht nur an der Außenseite, sondern auch innenseitig gekühlt. Dies ermöglicht im Querschnitt eine ungefähr konstante Temperaturverteilung innerhalb des Rotors 7, so dass dadurch eine sichere und zuverlässige Kühlung des Rotors 7, insbesondere auch bei höheren Drehzahlen, gewährleistet ist. Die durch die Kanäle 1 1 pro Zeiteinheit geförderte Menge an Luft hängt von der Zentrifugalkraft in den Strömungsmaschinen 12a, 12b ab. Je höher die Drehzahl der Welle 8 und damit der Strömungsmaschine 12a, 12b ist, desto höher ist die geförderte Luftmenge. Ferner tritt auch bei hohen Drehzahlen eine große Menge an Abwärme in dem Rotor 7 auf.
Das Gehäuse 9 weist nicht in den Figuren abgebildete Öffnungen auf, durch welche die Luft in das Gehäuse 9 einströmt und ausgeleitet wird. Diese Öffnungen an dem Gehäuse 9 sind dabei ungefähr im Bereich der Öffnungen 16 an den beiden Deckscheiben 28 sowie im Bereich der Radialöffnungen 29 ausgebildet. Dadurch kann auf einfache Art und Weise Luft aus der Umgebung der Elektromaschine 5 durch den Rotor 7 geleitet werden zur Kühlung der Elektromaschine 5.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 1 bzw. Elektromaschine 5 wesentliche Vorteile verbunden. Das Kühlfluid wird durch den Rotor 7 in Kanälen 11 mittels zweier Strömungsmaschinen 12a, 12 b geleitet, so dass eine gleichmäßige Kühlung des Rotors 7 gewährleistet ist.

Claims

Ansprüche
1. Elektromaschine (5), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (3), umfassend
- ein Gehäuse (9),
- eine Welle (8),
- einen Stator (6),
- einen Rotor (7),
- eine Fördereinrichtung (10) für ein Kühlfluid zum Fördern des Kühlfluides im Bereich des Stators (6) und/oder des Rotors (7) zur Kühlung der Elektromaschine (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (7) mit wenigstens einem Kanal (11 ) versehen ist zum Durchleiten des Kühlfluides mittels der Fördereinrichtung (10) durch den Rotor (7).
2. Elektromaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (11 ) in axialer Richtung der Welle (8) ausgebildet ist.
3. Elektromaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (11 ) mit einer Abweichung von weniger als 30° in axialer Richtung der Welle (8) ausgebildet ist.
4. Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Kanäle (11 ) mit einer Abweichung von 20 % den gleichen Abstand zu einer Achse (26) der Welle (8) aufweisen.
5. Elektromaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (11 ) mit einer Abweichung von weniger als 30° in radialer Richtung der Welle (8) ausgebildet ist.
6. Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (6) mit wenigstens einem Kanal (11 ) versehen ist zum Durchleiten des Kühlfluides durch den Stator (6) .
7. Elektromaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (1 1 ) mit einer Abweichung von weniger als 30° in axialer Richtung der Welle (8) ausgerichtet ist.
8. Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fördereinrichtung (10) als eine Strömungsmaschine (12) zum Durchleiten des Kühlfluides durch den wenigstens einen Kanal (11 ) ausgebildet ist.
9. Elektromaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsmaschine (12) ein Laufrad (13) mit wenigstens einer an dem Laufrad (13) ausgebildeten Schaufel (14) aufweist.
10. Elektromaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Laufrad (13) mit der Welle (8) verbunden ist zum Antrieb der Laufrades (13).
1 1. Elektromaschine nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Laufrad (13) scheibenförmig ausgebildet ist.
12. Elektromaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Schaufel (14) an einer zu dem Rotor (7) abgewandten Seite des Laufrades (13) ausgebildet ist und das Laufrad (13) wenigstens eine Öffnung (16) aufweist, durch welche das Kühlfluid mittels der wenigstens einen Schaufel (14) durchleitbar ist..
13. Elektromaschine nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid durch die wenigstens eine Öffnung (16) in dem Laufrad (13) zu dem wenigstens einen Kanal (11 ) und durch den wenigstens einen Kanal (11 ) mittels der wenigstens einen Schaufel (14) förderbar ist oder umgekehrt.
14. Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kühlfluid Luft ist.
15. Antriebseinrichtung (1 ), vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (3), umfassend
- vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine (4), insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (3),
- wenigstens eine Elektromaschine (5) mit einem Stator (6) und einem Rotor (7), insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Elektromaschine gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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