WO2012130506A2 - Elektrische maschine mit einer einen rotor tragenden rotorwelle für einen fahrzeugantriebsstrang - Google Patents

Elektrische maschine mit einer einen rotor tragenden rotorwelle für einen fahrzeugantriebsstrang Download PDF

Info

Publication number
WO2012130506A2
WO2012130506A2 PCT/EP2012/051766 EP2012051766W WO2012130506A2 WO 2012130506 A2 WO2012130506 A2 WO 2012130506A2 EP 2012051766 W EP2012051766 W EP 2012051766W WO 2012130506 A2 WO2012130506 A2 WO 2012130506A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
rotor shaft
diameter
diameter portion
bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/051766
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012130506A3 (de
Inventor
Timo Wehlen
Karl-Hermann Ketteler
Uwe Griesmeier
Stephan Scharr
Pedro CASALS IDE
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2012130506A2 publication Critical patent/WO2012130506A2/de
Publication of WO2012130506A3 publication Critical patent/WO2012130506A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • F16C37/007—Cooling of bearings of rolling bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/083—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/525—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to temperature and heat, e.g. insulation

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine having a rotor shaft carrying a rotor for a vehicle drive train according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • the rotor shafts are rotatably supported in housing-fixed areas in each case via two bearing devices, between each of which the rotor is arranged on the rotor shaft.
  • the thermal power generated in the operation of an electric machine is known to be partially initiated by the rotor in the rotor shaft and the rotor shaft in turn in the storage facilities, which is why storage temperatures and bearing lubricant temperatures in insufficient cooling of the storage facilities may exceed critical storage temperatures.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide an electric machine with a rotor shaft supporting a rotor for a vehicle drive train available, wherein at least one of the bearing means of the rotor shaft during operation of the electric machine without additional cooling or with only a slight cooling below a critical storage temperature is operable.
  • a rotor shaft supporting a rotor for a vehicle drive train which is rotatably mounted in housing-fixed areas via two bearing devices, between which the rotor is arranged on the rotor shaft, at least one of the bearing devices on a relative to a diameter range of the rotor shaft, on which the rotor is arranged, reduced diameter range of the rotor shaft provided.
  • the arranged on the reduced diameter portion storage device is at least partially thermally decoupled in the electrical machine according to the invention by the rotor during operation of the electric machine representing a heat source by reducing the diameter of the rotor shaft in the region between the rotor and the bearing means.
  • the thermal decoupling of the bearing device which is provided on the reduced diameter range, limited by the rotor to the desired extent and the bearing device within an allowable temperature range operable and on the other hand defines the bearing means on the rotor shaft without additional design measures in the axial direction arranged.
  • the electric machine according to the invention in which a good thermal decoupling is achieved, corresponds to a length of the further diameter range or the defined distance between the provided on the reduced diameter portion bearing device and the rotor supporting diameter range of the rotor shaft at least 50%, preferably at least 66% of axial distance between the rotor and provided on the reduced diameter portion bearing means.
  • the bearing device provided on the reduced diameter range is configured as a floating bearing
  • the arrangement of the bearing device can be carried out in a simple manner on a diameter range reduced relative to the diameter range of the rotor shaft on which the rotor is arranged, since the rotor shaft acts as a floating bearing in the area of the rotor shaft executed bearing direction to absorb lower bearing forces than in a designed as a bearing bearing device.
  • the bearing device provided on the reduced diameter region is supported in a housing-fixed region designed as a housing cover and the thermal decoupling of the bearing device from the rotor representing a heat source is particularly advantageous, since in this area an additional forced cooling of the storage device can be realized only with considerable effort and known only with limited cooling capacity.
  • the provided on the reduced diameter portion bearing device is in a further advantageous embodiment of the electric machine according to the invention in the axial direction of the rotor shaft at a shaft shoulder of the rotor shaft and thus arranged without additional design measures in the axial direction on the rotor shaft can be arranged, the shaft shoulder also as an abutment shoulder for the storage device may be provided.
  • the thermal decoupling of the provided on the reduced diameter portion bearing means of the rotor is increased in a further advantageous embodiment of the electric machine in that the bearing means fixed in the axial direction on the rotor shaft in the region of the reduced diameter portion and with a predefined distance from the rotor-bearing diameter range the rotor shaft is arranged, since the heat transfer by the rotor shaft defining cross-sectional area of the rotor shaft over the defined axial length of the rotor shaft relative to the rotor supporting diameter range is reduced and the heat flow is limited starting from the rotor in the direction of the bearing device in the desired extent.
  • the thermal decoupling between the bearing device provided on the reduced diameter region and the rotor by means of the diameter reduction of the rotor shaft in the region of the bearing device is particularly advantageous.
  • An advantageous embodiment of the electric machine characterized by a small space requirement in the axial direction is characterized in that a connection device between a stator of the electric machine and a power electronics unit is mounted on the bearing device. tion, which is arranged on the reduced diameter portion, facing side of the rotor is provided.
  • the small space requirement of the electric machine, which is small in the axial direction, is achieved by arranging the connecting device in an area which is radially surrounding the unused area of the rotor shaft and unused.
  • the rotor shaft of the electric machine according to the invention can be brought into operative connection either with a transmission input shaft of a vehicle drive train or with a region of a drivable vehicle axle for the representation of an axle hybrid of a vehicle in order to be able to introduce a torque which is available in the region of the electrical machine into a vehicle drive train.
  • the electric machine may also be a drive unit of a hybrid electric vehicle powertrain for driving a vehicle executed with the hybrid electric vehicle powertrain.
  • the sole figure of the drawing shows a highly schematic partial representation of an exemplary embodiment of the electric machine according to the invention in a partial longitudinal section view.
  • an electrical machine 1 is shown with a rotor 2 supporting rotor shaft 3 for a vehicle drive train in a highly schematic partial longitudinal section view.
  • the rotor shaft 3 is rotatably supported by two bearing devices 4, 5, between which the rotor 2 is arranged on the rotor shaft 3, in housing-fixed areas 6, 7.
  • the rotor shaft 3 is in the present case designed as a hollow shaft and has three diameter ranges 8 to 10.
  • the rotor 2 is fixedly connected to the rotor shaft 3 in the region of the diameter region 8, and the diameter region 8 is designed with a larger diameter than the two further diameter regions 9 and 10.
  • the diameter region 9 is provided between the diameter region 8 carrying the rotor 2 and the diameter region 10, on which the bearing device 5 designed here as a non-locating bearing is arranged.
  • the diameter of the diameter portion 9 is again larger than the diameter of the diameter portion 10.
  • the trained as a fixed bearing bearing device 4 is present on the rotor shaft 3 also mounted on the diameter of the diameter portion 8 having diameter portion of the rotor shaft 3 and depending on the particular application case to avoid a critical storage temperature via an additional cooling device temperature controlled.
  • the electric machine 1 represents an engine of a vehicle drive train replacing an internal combustion engine, wherein a torque provided by the electric machine 1 is available in the region of an output of the vehicle drive train as drive torque or as thrust torque.
  • the rotor shaft 3 is preferably engageable with a transmission input shaft of a transmission device in the range of one or more translations for forward and reverse can be displayed in operative connection.
  • the electric machine 1 can also be used in the region of a drivable vehicle axle for the representation of an axle hybrid, in order likewise to be able to provide a pulling or pushing torque in the area of the drivable vehicle axle.
  • the bearing device 5 is supported on the housing side in the housing-fixed region 7 designed as a housing cover.
  • the rotor shaft 3 in the region of the diameter portion 9 and the diameter portion 10 each have a reduced cross-sectional area, whereby the heat flow from the rotor 2 in the direction of the bearing device 5 via the rotor shaft 3 compared to a uniform Reduced diameter rotor shaft is reduced and heating of the bearing device 5 during operation of the electric machine 1 is minimized.
  • This design of the rotor shaft 3 makes it possible to operate the bearing device 5 in a simple manner within a permissible operating temperature range even without additional forced cooling or with only slight cooling.
  • the diameter of the diameter region 8, on which the rotor 2 is arranged, is structurally predetermined by the inner diameter of the rotor 2.
  • the largest possible diameter jump in the region of the rotor shaft 3 is provided by the rotor 2 to achieve effective thermal decoupling of the bearing device 5, wherein the diameter of the diameter region 9 that can be represented by the diameter region 10 is minimal is limited, but is often dependent on stock Stellers as an abutment shoulder for the bearing device 5 or by constructive design of the rotor shaft 3 in response to a maximum shaft deflection, spin speed test and a required shaft strength is given and can not be exceeded.
  • an axial length of the further diameter range 9 in the context of an available axial space as large as possible, at least 50%, preferably at least 66% of the axial Distance between the rotor 2 and its rotor laminations and the bearing device 5 are particularly advantageous.
  • the axial length of the rotor shaft 3 is increased due to the preferred axial distance L between the bearing device 5 and the shaft shoulder between the rotor 2 supporting diameter portion 8 and the further diameter portion 9 or the reduced diameter portion 10 compared to known from practice electric machines under certain circumstances .
  • a connecting device 1 1 between a stator 12 and a power electronics 13 on the storage device 5, on the reduced diameter portion 10th is arranged, facing side of the rotor 2 in a further diameter region 9 and / or the reduced diameter portion 10 radially surrounding region of the electric machine 1 is provided.
  • the bearing device 5 is fixedly connected to the rotor shaft 3 via a press fit or via an adhesive bond. Furthermore, there is also the possibility that a bearing inner raceway surface of the bearing device 5 is integrated into the rotor shaft 3.
  • the diameter transition between the diameter region 9 is the result of the diameter change and the diameter range 10 available bearing shoulder for the bearing device 5 is not required, which is why the diameter of the rotor shaft 3 already at the transition between the diameter portion 8 and the further diameter portion 9 to the diameter level of the reduced
  • Diameter range 10 in the area of the bearing device 5 is provided, can be guided.
  • the electric machine 1 by limiting the cross section of the rotor shaft 3 between the bearing device 5 and the rotor 2 preferably over the length L of the heat flow from the rotor 2 via the shaft material of the rotor shaft 3 in the direction of the bearing device 5 opposite from practice well-known electrical machines clearly limited.
  • the rotor 2 outputs its operating heat generated by losses via other transfer paths to the surroundings of the rotor 2, such as the housing of the electric machine 1 and / or an optional additional cooler and other components surrounding the rotor 2, whereby the operating temperature of the bearing device 5 with respect to known Embodiments of electrical machines 1 is reduced.
  • REFERENCE CHARACTERS REFERENCE CHARACTERS

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (1) mit einer einen Rotor (2) tragenden Rotorwelle (3) für einen Fahrzeugantriebsstrang beschrieben. Die Rotorwelle (3) ist über zwei Lagereinrichtungen (4, 5), zwischen welchen der Rotor (2) auf der Rotorwelle (3) angeordnet ist, in gehäusefesten Bereichen (6, 7) drehbar gelagert. Wenigstens eine der Lagereinrichtungen (5) ist auf einem gegenüber einem Durchmesserbereich (8) der Rotorwelle (3), auf dem der Rotor (2) angeordnet ist, reduzierten Durchmesserbereich (10) der Rotorwelle (3) vorgesehen.

Description

Elektrische Maschine mit einer einen Rotor tragenden Rotorwelle
für einen Fahrzeuqantriebsstranq
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer einen Rotor tragenden Rotorwelle für einen Fahrzeugantriebsstrang gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Bei aus der Praxis bekannten elektrischen Maschinen mit jeweils einer einen Rotor tragenden Rotorwelle für Fahrzeugantriebsstränge sind die Rotorwellen jeweils über zwei Lagereinrichtungen, zwischen welchen jeweils der Rotor auf der Rotorwelle angeordnet ist, in gehäusefesten Bereichen drehbar gelagert. Die im Betrieb einer elektrischen Maschine erzeugte Wärmeleistung wird bekannterweise teilweise vom Rotor in die Rotorwelle und von der Rotorwelle wiederum in die Lagereinrichtungen eingeleitet, weshalb Lagertemperaturen und Lagerschmiermitteltemperaturen bei nicht ausreichender Kühlung der Lagereinrichtungen unter Umständen kritische Lagertemperaturen überschreiten.
Eine zur Vermeidung der Überschreitung der kritischen Lagertemperaturen erforderliche Kühlung ist beispielsweise dann nicht im gewünschten Umfang zur Verfügung stellbar, wenn ein zur Kühlung der Lagereinrichtungen vorgesehenes Kühlmedium bauraumbedingt lediglich durch die Rotorwelle hindurch zu den Lagereinrichtungen bzw. wenigstens zu einer der Lagereinrichtungen führbar ist, da das Kühlmedium beim Durchströmen der Rotorwelle bereits mit der Abwärme des Rotors beaufschlagt wird und die Kühlleistung im Bereich der wenigstens einen Lagereinrichtung begrenzt ist.
Aus diesem Grund werden Lagereinrichtungen von elektrischen Maschinen bzw. wenigstens eine der Lagereinrichtungen üblicherweise ohne separate Kühlung betrieben, was sich jedoch bei herkömmlichen Anordnungen der Lagereinrichtung nachteilig auf die Lebensdauer der Lagereinrichtungen auswirkt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einer einen Rotor tragenden Rotorwelle für einen Fahrzeugantriebsstrang zur Verfügung zu stellen, wobei wenigstens eine der Lagereinrichtungen der Rotorwelle im Betrieb der elektrischen Maschine ohne zusätzliche Kühlung oder mit nur geringfügiger Kühlung unterhalb einer kritischen Lagertemperatur betreibbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einer einen Rotor tragenden Rotorwelle für einen Fahrzeugantriebsstrang, die über zwei Lagereinrichtungen, zwischen welchen der Rotor auf der Rotorwelle angeordnet ist, in gehäusefesten Bereichen drehbar gelagert ist, ist wenigstens eine der Lagereinrichtungen auf einem gegenüber einem Durchmesserbereich der Rotorwelle, auf dem der Rotor angeordnet ist, reduzierten Durchmesserbereich der Rotorwelle vorgesehen.
Die auf dem reduzierten Durchmesserbereich angeordnete Lagereinrichtung ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine von dem im Betrieb der elektrischen Maschine eine Wärmequelle darstellenden Rotor durch die Reduzierung des Durchmessers der Rotorwelle im Bereich zwischen dem Rotor und der Lagereinrichtung zumindest teilweise thermisch entkoppelt. Durch die Reduzierung des Durchmessers der Rotorwelle ist der Wärmestrom zwischen dem den Rotor tragenden Durchmesserbereich der Rotorwelle und dem reduzierten Durchmesserbereich der Rotorwelle, auf dem die Lagereinrichtung angeordnet ist, der vom Rotor über die Rotorwelle in Richtung der Lagereinrichtung geführt wird, auf konstruktiv einfache Art und Weise kostengünstig begrenzt, womit eine Überschreitung einer kritischen Temperatur im Bereich der Lagereinrichtung ohne zusätzliche erzwungene Kühlung oder mit nur geringfügiger Kühlung vermieden wird. Ist zwischen dem den Rotor tragenden Durchmesserbereich und dem reduzierten Durchmesserbereich der Rotorwelle, auf dem die Lagereinrichtung angeordnet ist, ein weiterer Durchmesserbereich der Rotorwelle vorgesehen, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des den Rotor tragenden Durchmesserbereiches und dessen Durchmesser größer oder gleich groß ist als der Durchmesser des reduzierten Durchmesserbereiches, ist einerseits die thermische Abkopplung der Lagereinrichtung, die auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehen ist, vom Rotor in gewünschtem Umfang begrenzbar und die Lagereinrichtung innerhalb eines zulässigen Temperaturbereiches betreibbar und andererseits die Lagereinrichtung auf der Rotorwelle ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen in axialer Richtung definiert anordenbar.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, bei welchen eine gute thermische Entkopplung erreicht wird, entspricht eine Länge des weiteren Durchmesserbereiches oder der definierte Abstand zwischen der auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehenen Lagereinrichtung und dem den Rotor tragenden Durchmesserbereich der Rotorwelle mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 66 % des axialen Abstandes zwischen dem Rotor und der auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehenen Lagereinrichtung.
Ist die auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehene Lagereinrichtung als Loslager ausgebildet, ist die Anordnung der Lagereinrichtung auf einem gegenüber dem Durchmesserbereich der Rotorwelle, auf dem der Rotor angeordnet ist, reduzierten Durchmesserbereich auf einfache Art und Weise durchführbar, da von der Rotorwelle im Bereich der als Loslager ausgeführten Lagereinerichtung geringere Lagerkräfte aufzunehmen sind als bei einer als Festlager ausgeführten Lagereinrichtung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist die auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehene Lagereinrichtung in einem als Gehäusedeckel ausgebildeten gehäusefesten Bereich abgestützt und die thermische Abkopplung der Lagereinrichtung von dem eine Wärmequelle darstellenden Rotor besonders vorteilhaft, da in diesem Bereich eine zusätzliche erzwungene Kühlung der Lagereinrichtung nur mit erheblichem Aufwand und bekannterweise lediglich mit begrenzter Kühlleistung realisierbar ist.
Die auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehene Lagereinrichtung ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in axialer Richtung der Rotorwelle an einem Wellenabsatz der Rotorwelle angeschultert und somit ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen in axialer Richtung auf der Rotorwelle definiert anordenbar, wobei der Wellenabsatz auch als Anlageschulter für die Lagereinrichtung vorgesehen sein kann.
Die thermische Abkopplung der auf dem reduzierten Durchmesserbereich vorgesehenen Lagereinrichtung von dem Rotor ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der elektrischen Maschine dadurch erhöht, dass die Lagereinrichtung in axialer Richtung fest auf der Rotorwelle im Bereich des reduzierten Durchmesserbereiches und mit vordefiniertem Abstand von dem den Rotor tragenden Durchmesserbereich der Rotorwelle angeordnet ist, da die den Wärmetransport durch die Rotorwelle bestimmende Querschnittsfläche der Rotorwelle über die definierte axiale Länge der Rotorwelle gegenüber dem den Rotor tragenden Durchmesserbereich reduziert ist und der Wärmefluss ausgehend vom Rotor in Richtung der Lagereinrichtung in gewünschtem Umfang limitiert ist .
Ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, ist die thermische Abkopplung zwischen der auf den reduzierten Durchmesserbereich vorgesehen Lagereinrichtung und dem Rotor mittels der Durchmesserreduzierung der Rotorwelle im Bereich der Lagereinrichtung besonders vorteilhaft.
Eine durch einen in axialer Richtung geringen Bauraumbedarf gekennzeichnete vorteilhafte Ausführungsform der elektrischen Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungseinrichtung zwischen einem Stator der elektrischen Maschine und einer Leistungselektronik auf der der Lagereinrich- tung, die auf dem reduzierten Durchmesserbereich angeordnet ist, zugewandten Seite des Rotors vorgesehen ist. Der in axialer Richtung geringe Bauraumbedarf der elektrischen Maschine wird dadurch erreicht, dass die Verbindungseinrichtung dann in einem den reduzierten Durchmesserbereich der Rotorwelle radial umgebenden und nicht genutzten Bereich angeordnet wird.
Die Rotorwelle der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist entweder mit einer Getriebeeingangswelle eines Fahrzeugantriebsstranges oder mit einem Bereich einer antreibbaren Fahrzeugachse zur Darstellung eines Achs- hybrids eines Fahrzeuges in Wirkverbindung bringbar, um ein im Bereich der elektrischen Maschine zur Verfügung stellbares Drehmoment in einen Fahrzeugantriebsstrang einleiten zu können.
Des Weiteren kann die elektrische Maschine auch ein Antriebsaggregat eines seriellen Hybridfahrzeugantriebstranges sein, um ein mit dem seriellen Hybridfahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug antreiben zu können.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine stark schematisierte Teildarstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer Teillängsschnittansicht. In der Figur ist eine elektrische Maschine 1 mit einer einen Rotor 2 tragenden Rotorwelle 3 für einen Fahrzeugantriebsstrang in einer stark schematisierten Teillängsschnittansicht gezeigt. Die Rotorwelle 3 ist über zwei Lagereinrichtungen 4, 5, zwischen welchen der Rotor 2 auf der Rotorwelle 3 angeordnet ist, in gehäusefesten Bereichen 6, 7 drehbar gelagert. Die Rotorwelle 3 ist vorliegend als Hohlwelle ausgeführt und weist drei Durchmesserbereiche 8 bis 10 auf. Dabei ist der Rotor 2 im Bereich des Durchmesserbereiches 8 fest mit der Rotorwelle 3 verbunden und der Durchmesserbereich 8 ist mit einem größeren Durchmesser als die beiden weiteren Durchmesserbereiche 9 und 10 ausgeführt. Der Durchmesserbereich 9 ist zwischen dem den Rotor 2 tragenden Durchmesserbereich 8 und dem Durchmesserbereich 10 vorgesehen, auf dem die vorliegend als Loslager ausgeführte Lagereinrichtung 5 angeordnet ist. Der Durchmesser des Durchmesserbereiches 9 ist wiederum größer als der Durchmesser des Durchmesserbereiches 10. Die als Festlager ausgebildete Lagereinrichtung 4 ist vorliegend auf der Rotorwelle 3 ebenfalls auf einem den Durchmesser des Durchmesserbereiches 8 aufweisenden Durchmesserbereich der Rotorwelle 3 montiert und in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles zur Vermeidung einer kritischen Lagertemperatur über eine zusätzliche Kühleinrichtung temperierbar.
Die elektrische Maschine 1 stellt bei einer ersten Ausführungsform eine eine Brennkraftmaschine ersetzende Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges dar, wobei ein von der elektrischen Maschine 1 zur Verfügung gestelltes Drehmoment im Bereich eines Abtriebs des Fahrzeugantriebsstranges als Antriebsmoment oder als Schubmoment zur Verfügung stellbar ist. Hierfür ist die Rotorwelle 3 vorzugsweise mit einer Getriebeeingangswelle einer Getriebeeinrichtung, in deren Bereich eine oder mehrere Übersetzungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt darstellbar sind, in Wirkverbindung bringbar.
Die elektrische Maschine 1 ist auch im Bereich einer antreibbaren Fahrzeugachse zur Darstellung eines Achshybrides einsetzbar, um im Bereich der antreibbaren Fahrzeugachse ebenfalls ein Zug- oder Schubmoment zur Verfügung stellen zu können. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die elektrische Maschine in einem seriellen Hybridfahrzeugantriebsstrang einzusetzen, wobei das von der elektrischen Maschine 1 zur Verfügung stellbare Drehmoment dann für einen Antrieb oder eine Verzögerung, d. h. Bremsung des mit dem seriellen Hybridfahrzeugantriebsstrang ausgeführten Fahrzeuges verwendbar ist.
Die Lagereinrichtung 5 ist vorliegend in dem als Gehäusedeckel ausgeführten gehäusefesten Bereich 7 gehäuseseitig abgestützt. Um die im Betrieb der elektrischen Maschine 1 im Bereich des Rotors 2 bzw. dessen Rotorblechpakets entstehende Abwärme in begrenztem Umfang in Richtung der Lagereinrichtung 5 zu führen, ist die Rotorwelle 3 auf der der Lagereinrichtung 5 zugewandten Seite mit den beiden gegenüber dem Durchmesserbereich 8 mit reduzierten Durchmessern ausgeführten Durchmesserbereichen 9 und 10 ausgebildet. Aufgrund der Durchmesserreduzierung der Rotorwelle 3 gegenüber dem Durchmesserbereich 8 weist die Rotorwelle 3 im Bereich des Durchmesserbereiches 9 und des Durchmesserbereiches 10 jeweils eine verringerte Querschnittsfläche auf, womit der ausgehend vom Rotor 2 in Richtung der Lagereinrichtung 5 über die Rotorwelle 3 geführte Wärmestrom gegenüber einer mit gleichmäßigem Durchmesser ausgeführten Rotorwelle reduziert ist und eine Erwärmung der Lagereinrichtung 5 im Betrieb der elektrischen Maschine 1 minimiert ist. Diese Gestaltung der Rotorwelle 3 ermöglicht, die Lagereinrichtung 5 auch ohne zusätzliche erzwungene Kühlung oder mit nur geringfügiger Kühlung auf einfache Art und Weise innerhalb eines zulässigen Betriebstemperaturbereiches betreiben zu können.
Der Durchmesser des Durchmesserbereiches 8, auf dem der Rotor 2 angeordnet ist, ist durch den Innendurchmesser des Rotors 2 konstruktiv vorgegeben. Im Übergangsbereich zwischen dem Durchmesserbereich 8 und dem sich daran anschließenden weiteren Durchmesserbereich 9 wird zur Erzielung einer effektiven thermischen Entkopplung der Lagereinrichtung 5 vom Rotor 2 ein möglichst großer Durchmessersprung im Bereich der Rotorwelle 3 vorgesehen, wobei der minimal darstellbare Durchmesser des Durchmesserbereiches 9 durch den Durchmesserbereich 10 begrenzt ist, jedoch oftmals von Lagerher- stellern als Anlageschulter für die Lagereinrichtung 5 oder durch konstruktive Gestaltung der Rotorwelle 3 in Abhängigkeit einer maximalen Wellendurchbiegung, Schleuderdrehzahltest und einer erforderlichen Wellenfestigkeit vorgegeben ist und nicht unterschritten werden kann.
Um den vom Rotor 2 in Richtung der Lagereinrichtung 5 ausgehenden Wärmestrom in erforderlichem Umfang reduzieren zu können, ist eine axiale Länge des weiteren Durchmesserbereiches 9 im Rahmen eines zur Verfügung stehenden axialen Bauraumes möglichst groß auszuführen, wobei mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 66 % des axialen Abstandes zwischen dem Rotor 2 bzw. dessen Rotorblechpakets und der Lagereinrichtung 5 besonders vorteilhaft sind.
Die axiale Länge der Rotorwelle 3 ist aufgrund des bevorzugten axialen Abstandes L zwischen der Lagereinrichtung 5 und dem Wellenabsatz zwischen dem den Rotor 2 tragenden Durchmesserbereich 8 und dem weiteren Durchmesserbereich 9 oder des reduzierten Durchmesserbereiches 10 im Vergleich zu aus der Praxis bekannten elektrischen Maschinen unter Umständen vergrößert. Um einen axialen Bauraumbedarf der elektrischen Maschine 1 gegenüber herkömmlichen Ausführungen elektrischer Maschinen nur unwesentlich zu vergrößern oder im Wesentlichen gleich ausführen zu können, ist eine Verbindungseinrichtung 1 1 zwischen einem Stator 12 und einer Leistungselektronik 13 auf der der Lagereinrichtung 5, die auf dem reduzierten Durchmesserbereich 10 angeordnet ist, zugewandten Seite des Rotors 2 in einem den weiteren Durchmesserbereich 9 und/oder den reduzierten Durchmesserbereich 10 radial umgebenden Bereich der elektrischen Maschine 1 vorgesehen.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles ist die Lagereinrichtung 5 über einen Presssitz oder über eine Verklebung fest mit der Rotorwelle 3 verbunden. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, dass eine Lagerinnenring-Lauffläche der Lagereinrichtung 5 in die Rotorwelle 3 integriert ist. Bei allen letztgenannten Ausführungsformen der elektrischen Maschine 1 ist die durch den Durchmesserübergang zwischen dem Durchmesserbereich 9 und dem Durchmesserbereich 10 zur Verfügung stehende Lagerschulter für die Lagereinrichtung 5 nicht erforderlich, weshalb der Durchmesser der Rotorwelle 3 bereits am Übergang zwischen dem Durchmesserbereich 8 und dem weiteren Durchmesserbereich 9 auf das Durchmesserniveau des reduzierten
Durchmesserbereiches 10, in dessen Bereich die Lagereinrichtung 5 vorgesehen ist, führbar ist.
Um auch hier eine besonders gute thermische Entkopplung zwischen der Lagereinrichtung 5 und dem Rotor 2 zur Verfügung stellen zu können, wird vorgeschlagen, die Lagereinrichtung 5 auf der dann lediglich mit dem den Rotor 2 tragenden Durchmesserbereich 8 und dem die Lagereinrichtung 5 aufnehmenden Durchmesserbereich 10 ausgeführten Rotorwelle 3 mit dem Abstand L vom Wellenabsatz zwischen dem Durchmesserbereich 8 und dem Durchmesserbereich 10 anzuordnen.
Generell wird bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 durch die Begrenzung des Querschnitts der Rotorwelle 3 zwischen der Lagereinrichtung 5 und dem Rotor 2 vorzugsweise über die Länge L der Wärmestrom ausgehend vom Rotor 2 über das Wellenmaterial der Rotorwelle 3 in Richtung der Lagereinrichtung 5 gegenüber aus der Praxis bekannten elektrischen Maschinen deutlich begrenzt. Der Rotor 2 gibt seine durch Verluste entstehende Betriebswärme über andere Transferpfade an die Umgebung des Rotors 2, wie das Gehäuse der elektrischen Maschine 1 und/oder einen optionalen zusätzlichen Kühler sowie weitere den Rotor 2 umgebende Bauteile ab, womit die Betriebstemperatur der Lagereinrichtung 5 gegenüber bekannten Ausführungen von elektrischen Maschinen 1 verringert ist. Bezuqszeichen
Elektromotor
Rotor
Rotorwelle
Lagereinrichtung
Lagereinrichtung
gehäusefester Bereich
gehäusefester Bereich
Durchmesserbereich
weiterer Durchmesserbereich reduzierter Durchmesserbereich
Verbindungseinrichtung
Stator
Leistungselektronik
definierter axialer Abstand

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (1 ) mit einer einen Rotor (2) tragenden Rotorwelle (3) für einen Fahrzeugantriebsstrang, die über zwei Lagereinrichtungen (4, 5), zwischen welchen der Rotor (2) auf der Rotorwelle (3) angeordnet ist, in gehäusefesten Bereichen (6, 7) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens eine der Lagereinrichtungen (5) auf einem gegenüber einem Durchmesserbereich (8) der Rotorwelle (3), auf dem der Rotor (2) angeordnet ist, reduzierten Durchmesserbereich (10) der Rotorwelle (3) vorgesehen ist,
- zwischen dem den Rotor (2) tragenden Durchmesserbereich (8) und dem reduzierten Durchmesserbereich (10) der Rotorwelle (3), auf dem die Lagereinrichtung (5) angeordnet ist, ein weiterer Durchmesserbereich (9) der Rotorwelle (3) vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des den Rotor (2) tragenden Durchmesserbereiches (8) und dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des reduzierten Durchmesserbereiches (10), und
- eine Länge (L) des weiteren Durchmesserbereiches oder der definierte Abstand (L) zwischen der auf dem reduzierten Durchmesserbereich (10) vorgesehenen Lagereinrichtung (5) und dem den Rotor (2) tragenden Durchmesserbereich (8) mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 66 % des axialen Ab- standes zwischen dem Rotor (2) und der auf dem reduzierten Durchmesserbereich (10) vorgesehenen Lagereinrichtung (5) entspricht.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem reduzierten Durchmesserbereich (10) vorgesehene Lagereinrichtung (5) als Loslager ausgebildet ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem reduzierten Durchmesserbereich (10) vorgesehene Lagereinrichtung (5) in einem als Gehäusedeckel ausgebildeten gehäusefesten Bereich (7) abgestützt ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (5) in axialer Richtung fest auf der Rotorwelle (3) im Bereich des reduzierten Durchmesserbereiches (10) und mit vordefiniertem Abstand (L) von dem den Rotor (2) tragenden Durchmesserbereich (8) der Rotorwelle (3) angeordnet ist und der Durchmesser des Durchmesserbereichs (9) dem Durchmesser des Durchmesserbereichs (10) entspricht.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem reduzierten Durchmesserbereich (10) vorgesehene Lagereinrichtung (5) in axialer Richtung der Rotorwelle (3) an einem Wellenabsatz angeschultert ist.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (3) als Hohlwelle ausgebildet ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungseinrichtung (1 1 ) zwischen einem Stator (12) und einer Leistungselektronik (13) auf der der Lagereinrichtung (5), die auf dem reduzierten Durchmesserbereich (10) angeordnet ist, zugewandten Seite des Rotors (2) vorgesehen ist.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes des Fahrzeugantriebsstranges koppelbar ist.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1 ) ein Antriebsaggregat eines seriellen Hybridfahrzeugantriebsstranges oder eines Achshybrids darstellt.
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) mit einem Bereich einer antreibbaren Fahrzeugachse eines Fahrzeuges in Wirkverbindung bringbar ist.
PCT/EP2012/051766 2011-03-29 2012-02-02 Elektrische maschine mit einer einen rotor tragenden rotorwelle für einen fahrzeugantriebsstrang WO2012130506A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011006282A DE102011006282A1 (de) 2011-03-29 2011-03-29 Elektrische Maschine mit einer einen Rotor tragenden Rotorwelle für einen Fahrzeugantriebsstrang
DE102011006282.3 2011-03-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012130506A2 true WO2012130506A2 (de) 2012-10-04
WO2012130506A3 WO2012130506A3 (de) 2013-08-15

Family

ID=45607218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/051766 WO2012130506A2 (de) 2011-03-29 2012-02-02 Elektrische maschine mit einer einen rotor tragenden rotorwelle für einen fahrzeugantriebsstrang

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011006282A1 (de)
WO (1) WO2012130506A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112956111A (zh) * 2018-09-27 2021-06-11 艾里逊变速箱公司 车桥组件的电动马达

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL58863C (de) * 1940-08-10
DE4425387C1 (de) * 1994-07-19 1996-04-11 Schmetz Roland Dipl Wirtsch In Landwirtschaftlicher Traktor mit elektromechanischem Getriebe
JP3300200B2 (ja) * 1995-06-20 2002-07-08 株式会社日立製作所 回転電機及び電動車両
JP3168895B2 (ja) * 1995-12-06 2001-05-21 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド駆動装置
DE10239557B4 (de) * 2002-08-23 2013-09-12 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Elektromotor und Baureihe von Elektromotoren
JP4173345B2 (ja) * 2002-10-03 2008-10-29 本田技研工業株式会社 車両の駆動装置
JP2005106266A (ja) * 2003-09-11 2005-04-21 Honda Motor Co Ltd 車両用駆動装置
WO2007028684A1 (de) * 2005-09-07 2007-03-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische maschine
DE102005058078A1 (de) * 2005-12-06 2007-06-21 Robert Bosch Gmbh Lagersystem für einen Elektromotor
DE102006045178A1 (de) * 2006-09-25 2008-04-03 Siemens Ag Elektrische Maschine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112956111A (zh) * 2018-09-27 2021-06-11 艾里逊变速箱公司 车桥组件的电动马达

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012130506A3 (de) 2013-08-15
DE102011006282A1 (de) 2012-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012202460A1 (de) Elektromotorische Getriebevorrichtung mit einstückigem Gehäuse
DE102008040497A1 (de) Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
DE202010001318U1 (de) Elektrische Achsantriebsbaugruppe
WO2016087101A1 (de) Elektrische antriebseinheit, hybridantriebseinrichtung und fahrzeug
DE102011006280A1 (de) Elektrische Maschine mit einer einen Rotor tragenden Rotorwelle
DE102011007255A1 (de) Antriebsvorrichtung mit einer kühlbaren Rotoranordnung
DE102011076525A1 (de) Elektrischer Fahrantrieb für ein Fahrzeug
EP3079238A1 (de) Elektrische maschinenanordnung, kraftfahrzeuggetriebe und verfahren zum herstellen einer elektrischen maschinenanordnung
DE102008002443A1 (de) Elektromaschine mit einem Statorträger für einen Hybridantriebsstrang
DE102010064061A1 (de) Turboverdichter und Verfahren zur Verdichtung von Gas
WO2010015325A1 (de) Nebenaggregateanordnung
DE102018220496A1 (de) Gemeinsames Gehäuse für E-Maschine und Getriebe
DE102019133363A1 (de) Kühlsystem, elektrische Antriebseinheit, Elektrofahrzeug und Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Antriebseinheit
DE102013020324A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine
DE102008043367A1 (de) Hybridantriebseinrichtung
DE102005017736A1 (de) Elektrisches Antriebssystem für Flurförderzeuge
DE102019207787A1 (de) Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse
DE102018127710A1 (de) Elektrische Antriebseinheit sowie Antriebsanordnung für eine elektrische Antriebseinheit
DE102005037727A1 (de) Fahrantrieb mit einem Elektro-Wandler
WO2012130506A2 (de) Elektrische maschine mit einer einen rotor tragenden rotorwelle für einen fahrzeugantriebsstrang
DE102019132942A1 (de) Antriebseinheit und Antriebsanordnung
DE102018219653A1 (de) Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug
EP2662957A2 (de) Anordnung umfassend einen Verbrennungsmotor
DE202005020634U1 (de) Elektrisches Antriebssystem für Flurförderzeuge
WO2018158029A1 (de) Getriebeanordnung und verfahren zum betreiben einer getriebeanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12704015

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2