WO2020245085A1 - Elektromotorische getriebevorrichtung - Google Patents

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Martin Sagmeister
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H57/082—Planet carriers

Definitions

  • the invention relates to an electromotive transmission device for a vehicle, with an electromotor having a stator winding and a rotor, from whose output shaft a drive shaft can be rotatably driven via a transmission, the transmission being arranged coaxially to the output shaft and the electric motor and the Transmission are arranged in a housing which is closed at least on the transmission side by a radial end wall and wherein the stator winding can be cooled by a cooling device.
  • the object of the invention is to provide an electromotive transmission device of the type mentioned, which has a simple structure and requires less construction space.
  • the transmission has a ring-like support component which is connected to the inside of the radial end wall in contact with this end wall, with a radially circumferential annular channel being arranged in the end wall and / or the ring-like support component, which is supported by a pressurized oil is applied, with several on the circumference of the ring channel shares arranged spray outlets or a radially circumferential slot-like spray outlet, which are arranged in the ring-like support component and extend from the ring channel, the spray jets or the spray jet of the Sprühaus let on the stator winding and / or the rotor are directed. Due to this simply structured design, no essential installation space is required for the cooling device, since its components are integrated in existing components of the electromotive transmission device.
  • stator winding is not cooled indirectly, as in the prior art, but directly ge, a very high power density of the electric motor is achieved.
  • Spray nozzles can preferably be directed from the spray outlets onto a winding head of the stator winding.
  • the spray outlets can have baffle plate nozzles, from which the spray jets are directed onto the stator winding and / or the rotor.
  • the rotor preferably comprises a rotor winding.
  • the baffle plate nozzles preferably generate a cooling oil fan, that is to say a fan-shaped distribution of the spray jets.
  • the spray outlets can be formed in the ring-like support component.
  • the ring channel is formed between the end wall and the ring-like support component, the ring channel can be easily formed by covering an annular groove in the end wall or the support component from the support component or the end wall.
  • the carrier component can be a planet carrier of a planetary gear.
  • the ring channel In order to generate the pressure of the oil in the ring channel, the ring channel can be charged with the oil by a pump.
  • the oil can be the gear oil of a lubrication circuit so that no separate coolant is required.
  • a drain leading to an oil sump is preferably arranged in the lower region of the housing, via which the oil can drain.
  • the electromotive transmission device can be operated either in the motor mode or in the generator mode or else both in the motor mode and in the generator mode.
  • Figure 1 shows a detail in longitudinal section of an electromotive Getriebevor direction
  • Figure 2 is a side view of a second embodiment of an electromotoric transmission device without a radial end wall.
  • the electromotive transmission device shown in the figures for a vehicle in particular for a tractor, has an electric motor 2 in a housing 1 and a planetary gear 3 coaxially with it.
  • the electric motor 2 has a rotor 4 with a rotor winding 5 and a stator 6 with a stator winding 7. An end winding 8 of the stator winding 7 is facing the planet gear 3.
  • the planetary gear 3 has a ring-like planet carrier 9, which has, for example, three radially outwardly directed La's on its circumference evenly distributed, on which it is axially connected by means of screws 10 to a radial end wall 11 of the housing 1.
  • An input shaft 12 of the electric motor 2 is connected to a ring gear 15.
  • a sun gear 13 of the planetary gear 3 is rotatably connected to a rotor 4 and engages in four planetary gears 14 rotatably mounted on the planet carrier 9, which in turn engage in the ring gear 15 surrounding the planet gears 14, which in turn has an output shaft, not shown.
  • the end wall 11 has on its inside a radially circumferential, coaxially protruding ring 16, the end face of which facing the electric motor 2 is formed with an annular groove 17 which is open axially and radially inward.
  • the annular groove 17 is covered axially and radially inward by the planet carrier 9, so that an annular channel 18 is formed.
  • spray outlets 19 are formed in the planet carrier 9 radially circumferentially evenly distributed, which are directed to the windings of the electromotor 2.
  • simple spray outlets 19 are arranged on the planetary carrier 9, while in the exemplary embodiment in FIG. 3 the spray outlets 19 are provided with impact nozzles 21.
  • the annular channel 18 can be acted upon by a pump (not shown) with pressurized oil which, in the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, impinges on the end winding of the stator winding 7 via the spray outlets 19 as a spray jet.
  • the oil passing through the spray outlets 19 is diverted by the impact nozzles 21 as a spray jet onto the end winding 8 of the stator winding 7.
  • the oil hitting the end winding 8 of the stator winding 7 cools the stator winding 7, which is heated during operation, and then runs, for example, via a drain (not shown) arranged in the lower region of the housing to an oil sump in which it can cool down for reuse.
  • This device can be operated in motor mode and / or in generator mode.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem eine Statorwicklung (7) und einen Rotorg (5) aufweisenden Elektromotor (2). Von der Eingangswelle (12) des Elektromotors (2) ist über ein Getriebe eine Antriebswelle drehbar antreibbar, wobei das Getriebe koaxial zu der Eingangswelle (12) angeordnet und der Elektromotor (2) und das Getriebe in einem Gehäuse (1) angeordnet sind, das zumindest auf der Getriebeseite von einer radialen Stirnwand (11) begrenzt ist. Dabei ist die Statorwicklung (7) von einer Kühleinrichtung kühlbar ist. Das Getriebe weist ein ringartiges Trägerbauteil auf, das an der Innenseite der radialen Stirnwand (11) anliegend mit dieser Stirnwand (11) verbunden ist, wobei in der Stirnwand (11) und/oder dem ringartigen Trägerbauteil ein radial umlaufender Ringkanal (18) angeordnet ist, der von einem unter Druck stehenden Öl beaufschlagt ist. Mit mehreren am Umfang des Ringkanals (18) verteilt angeordneten Sprühauslässen (19) oder einem radial umlaufenden schlitzartigen Sprühauslaß, die in dem ringartigen Trägerbauteil angeordnet sind und von dem Ringkanal (18) ausgehen, wobei die Sprühstrahlen oder der Sprühstrahl der Sprühauslässe (19) auf die Statorwicklung (7) und/ oder den Rotor gerichtete sind.

Description

Elektromotorische Getriebevorrichtunq
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem eine Statorwicklung und einen Rotor aufweisenden Elektromo tor, von dessen Ausgangswelle über ein Getriebe eine Antriebswelle drehbar an- treibbar ist, wobei das Getriebe koaxial zu der Ausgangswelle angeordnet und der Elektromotor und das Getriebe in einem Gehäuse angeordnet sind, das zumindest auf der Getriebeseite von einer radialen Stirnwand geschlossen ist und wobei die Statorwicklung von einer Kühleinrichtung kühlbar ist.
Bei einer derartigen elektromotorischen Getriebevorrichtung ist es bekannt die au ßenliegende Statorspule mit einem Wendelkanal zu umschließen, durch den ein Kühlmittel strömt, das die Wärme der Statorspule aufnimmt und abtransportiert. Durch den Wendelkanal ist der Durchmesser des Gehäuses wesentlich vergrößert, so dass ein großer Bau raum für die elektromotorische Getriebevorrichtung erforder lich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromotorische Getriebevorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und einen geringeren Bau raum erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Getriebe ein ringarti ges Trägerbauteil aufweist, das an der Innenseite der radialen Stirnwand anliegend mit dieser Stirnwand verbunden ist, wobei in der Stirnwand und/oder dem ringartigen Trägerbauteil ein radial umlaufender Ringkanal angeordnet ist, der von einem unter Druck stehenden Öl beaufschlagt ist, mit mehreren am Umfang des Ringkanals ver teilt angeordneten Sprühauslässen oder einem radial umlaufenden schlitzartigen Sprühauslaß, die in dem ringartigen Trägerbauteil angeordnet sind und von dem Ringkanal ausgehen, wobei die Sprühstrahlen oder der Sprühstrahl der Sprühaus lässe auf die Statorwicklung und/ oder den Rotor gerichtet sind. Durch diese einfach aufgebaute Ausbildung ist für die Kühleinrichtung kein wesentli cher Bauraum erforderlich, da deren Komponenten in bereits vorhandenen Bauteilen der elektromotorischen Getriebevorrichtung integriert sind.
Da die Statorwicklung nicht wie beim Stand der Technik indirekt sondern direkt ge kühlt wird, wird eine sehr hohe Leistungsdichte des Elektromotors erreicht.
Von den Sprühauslässen können vorzugsweise Sprühstahlen auf einen Wickelkopf der Statorwicklung gerichtet sein.
Zu einer größeren Verteilung des Öls und damit einer erhöhten Kühlwirkung können die Sprühauslässe Pralltellerdüsen aufweisen, von denen die Sprühstrahlen auf die Statorwicklung und/ oder den Rotor gerichtet sind.
Der Rotor umfasst bevorzugt eine Rotorwicklung.
Die Pralltellerdüsen erzeugen bevorzugt einen Kühlölfächer, also eine fächerförmige Verteilung der Sprühstrahlen.
In einfacher Ausbildung können die Sprühauslässe im dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet sein.
Ist der Ringkanal zwischen der Stirnwand und dem ringartigen Trägerbauteil ausge bildet, so kann auf einfache Weise durch das Abdecken einer Ringnut in der Stirn wand oder dem Trägerbauteil von dem Trägerbauteil oder der Stirnwand der Ringka nal gebildet werden.
Das Trägerbauteil kann ein Planetenträger eines Planetengetriebes sein.
Um den Druck des Öls im Ringkanal zu erzeugen kann der Ringkanal von einer Pumpe mit dem Öl beaufschlagt werden. Dabei kann das Öl das Getriebeöl eines Schmierkreises sein, so dass kein gesonder tes Kühlmittel erforderlich ist.
Dazu ist vorzugsweise im unteren Bereich des Gehäuses ein zu einem Ölsumpf füh render Ablauf angeordnet, über den das Öl ablaufen kann.
Die elektromotorische Getriebevorrichtung kann entweder im Motorbetrieb oder im Generatorbetrieb oder aber auch sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb be treibbar sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt im Längsschnitt einer elektromotorischen Getriebevor richtung
Figur 2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektromo torischen Getriebevorrichtung ohne radialer Stirnwand.
Die in den Figuren dargestellte elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahr zeug, insbesondere für einen Traktor, weist in einem Gehäuse 1 einen Elektromotor 2 und dazu koaxial ein Planetengetriebe 3 auf.
Der Elektromotor 2 weist einen Rotor 4 mit einer Rotorwicklung 5 und einen Stator 6 mit einer Statorwicklung 7 auf. Ein Wickelkopf 8 der Statorwicklung 7 ist dem Plane tengetriebe 3 zugewandt.
Das Planetengetriebe 3 weist einen ringartigen Planetenträger 9 auf, der an seinem Umfang gleichmäßig verteilt beispielsgemäß drei radial nach außen gerichtete La schen aufweist, an denen er mittels Schrauben 10 mit einer radialen Stirnwand 1 1 des Gehäuses 1 axial verbunden ist. Einer Eingangswelle 12 des Elektromotors 2 ist mit einem Hohlrad 15 verbunden.
Ein Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 3 ist drehtest mit einem Rotor 4 verbunden und greift in vier am Planetenträger 9 drehbar gelagerte Planetenräder 14 ein, die wiederum in das die Planetenräder 14 umschließende Hohlrad 15 eingreifen, wel ches wiederum eine nicht dargestellte Ausgangswelle aufweist.
Die Stirnwand 1 1 weist an ihrer Innenseite einen radial umlaufenden, koaxial hervor stehenden Ring 16 auf, dessen dem Elektromotor 2 zugewandte Stirnseite mit einer axial und radial nach innen offenen Ringnut 17 ausgebildet ist. Die Ringnut 17 ist axial und radial nach innen von dem Planetenträger 9 abgedeckt, so dass ein Ring kanal 18 gebildet ist.
Von dem Ringkanal 18 ausgehend sind in dem Planetenträger 9 radial umlaufend gleichmäßig verteilt Sprühauslässe 19 ausgebildet, die auf die Wicklungen des Elekt romotors 2 gerichtet sind.
In den Figuren 1 und 2 sind an dem Planetenträger 9 einfache Sprühauslässe 19 angeordnet, während bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 die Sprühauslässe 19 mit Pralldüsen 21 versehen sind.
Von einer nicht dargestellten Pumpe ist der Ringkanal 18 mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar, das bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 über die Sprühauslässe 19 als Sprühstrahl auf den Wickelkopf der Statorwicklung 7 auftrifft.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird das durch die Sprühauslässe 19 hin durchtretende Öl von den Pralldüsen 21 als Sprühstrahl auf den Wickelkopf 8 der Statorwicklung 7 umgeleitet.
Das auf den Wickelkopf 8 der Statorwicklung 7 auftreffende Öl kühlt die im Betrieb erwärmte Statorwicklung 7 und läuft dann beispielsgemäß über einen nicht darge stellten, im unteren Bereich des Gehäusesl angeordneten Ablauf zu einem Ölsumpf, in dem es zur Wiederverwendung abkühlen kann. Diese Vorrichtung kann im Motorbetrieb und/oder im Generatorbetrieb betrieben werden.
Bezuaszeichen Gehäuse
Elektromotor
Planetengetriebe
Rotor
Rotorwicklung
Stator
Statorwicklung
Wickelkopf
Planetenträger
Schrauben
Stirnwand
Eingangswelle
Sonnenrad
Planetenräder
Hohlrad
Ring
Ringnut
Ringkanal
Sprühauslässe
Pralldüsen

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem eine Stator wicklung (7) und einen Rotor (5) aufweisenden Elektromotor (2), von dessen Ein gangswelle (12) über ein Getriebe eine Antriebswelle drehbar antreibbar ist, wobei das Getriebe koaxial zu der Eingangswelle (12) angeordnet und der Elektromotor (2) und das Getriebe in einem Gehäuse (1 ) angeordnet sind, das zumindest auf der Ge triebeseite von einer radialen Stirnwand (1 1 ) begrenzt ist und wobei die Statorwick lung (7) von einer Kühleinrichtung kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein ringartiges Trägerbauteil aufweist, das an der Innenseite der radialen Stirnwand (1 1 ) anliegend mit dieser Stirnwand (1 1 ) verbunden ist, wobei in der Stirn wand (1 1 ) und/oder dem ringartigen Trägerbauteil ein radial umlaufender Ringkanal
(18) angeordnet ist, der von einem unter Druck stehenden Öl beaufschlagt ist, mit mehreren am Umfang des Ringkanals (18) verteilt angeordneten Sprühauslässen
(19) oder einem radial umlaufenden schlitzartigen Sprühauslaß, die in dem ringarti gen Trägerbauteil angeordnet sind und von dem Ringkanal (18) ausgehen, wobei die Sprühstrahlen oder der Sprühstrahl der Sprühauslässe (19) auf die Statorwicklung (7) und/ oder die Rotorwicklung gerichtete sind.
2. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass von den Sprühauslässen (19) Sprühstahlen auf einen Wickelkopf (8) der Statorwicklung (7) gerichtet sind.
3. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühauslässe (19) Pralltellerdüsen (21 ) aufweisen, von denen die Sprühstrahlen auf die Statorwicklung (7) und/ oder die Ro torwicklung (5) gerichtet sind.
4. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühauslässe (19) im dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet sind.
5. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (18) zwischen der Stirnwand (1 1 ) und dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet ist.
6. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil ein Planetenträger (14) eines Planetengetriebes (3) ist.
7. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (18) von einer Pumpe mit dem Öl beaufschlagt wird.
8. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Gehäuses (1 ) ein zu ei nem Ölsumpf führender Ablauf angeordnet ist.
9. Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Getriebevorrichtung im Generatorbetrieb betreibbar ist.
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