WO2021223808A1 - Electrical drive device and drive arrangement - Google Patents

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WO2021223808A1
WO2021223808A1 PCT/DE2021/100400 DE2021100400W WO2021223808A1 WO 2021223808 A1 WO2021223808 A1 WO 2021223808A1 DE 2021100400 W DE2021100400 W DE 2021100400W WO 2021223808 A1 WO2021223808 A1 WO 2021223808A1
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WO
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Prior art keywords
rotary machine
electric rotary
distribution device
rotor
cooling fluid
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100400
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jonas Kniel
Patrick Gramann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the invention relates to an electric drive device and a drive arrangement for a motor vehicle.
  • Such electrical drive devices usually comprise an electrical rotating machine with a rotor rotatable about a rotation axis and a stator arranged statically with respect to the rotor and a housing in which the electrical rotating machine is arranged or which is formed by the electrical rotating machine for housing the rotor. It is known to provide cooling of the stator and / or rotor of the electric rotating machine for the purpose of increasing efficiency.
  • DE 102015015797 A1 discloses an electrical machine with a rotor and a stator.
  • the stator comprises at least one winding which has at least one surface facing the rotor, which can be acted upon by a cooling liquid sprayed outward from the rotor in the radial direction by rotating the rotor for cooling the winding.
  • EP 3059937 A1 describes a method for surface cooling of at least part of an electrical machine and a cooling device for carrying out the method.
  • the cooling device is provided to form a high pressure flow and a low pressure flow for generating a coolant flow.
  • the cooling device includes a nozzle that generates the high pressure flow, the high pressure flow being provided to run on a surface to be cooled of a rotor of the electrical machine using the Coanda effect and to carry along a low pressure flow according to the injection principle.
  • WO 2016 132060 A1 describes an electric rotary machine with a stator with a stator body and a distributor circuit for receiving a cooling fluid for cooling the electric rotary machine.
  • the distributor circuit is designed to conduct a cooling fluid into an interior space of the electric rotary machine in which the stator is located.
  • the distributor circuit has precisely one opening which faces a side surface of the stator body, so that the cooling fluid can be fed directly to the stator body.
  • JP 2016 149900 A discloses a cooling structure which comprises an electric rotating machine, a circulation path, a fluid tank, a return duct and a valve device.
  • the rotary electric machine comprises a rotor and a stator, the rotor being arranged in a rotor chamber and the stator being arranged in a stator chamber and these two chambers being separated from one another in a fluid-tight manner by a partition.
  • the circulation path connects the fluid tank to the stator chamber and the return duct also connects the fluid tank to the stator chamber, the valve device being set up to control the volume flow in the return duct.
  • the valve device controls depending on the fluid pressure prevailing in the stator chamber.
  • a stator of an electric motor comprising a stator core, a coil which is wound around teeth of the stator core, an outer cylinder which surrounds the teeth on their yoke, and a heat-conducting part which has an inner peripheral surface of the outer cylinder and a coil end of the coil is in contact.
  • a distribution device can be connected to a rotating component and, when rotating, use centrifugal force to fling the oil onto the rotor and / or the stator.
  • the distribution device is arranged on a stationary component in order to spray the oil onto the rotor and / or the stator from there in a nozzle-like manner. If the distribution device is configured as a nozzle, however, only a certain section is sprayed on the circumference of the rotor and / or stator, so that several nozzles must be provided distributed around the circumference for uniform cooling of the stator.
  • the present invention is based on the object of providing an electric drive device and a drive arrangement equipped therewith, which implement optimal cooling of the electric rotary machine in a structurally simple and cost-effective manner.
  • the invention relates to an electric rotary machine with a rotor rotatable about an axis of rotation and a stator arranged statically with respect to the rotor, as well as a fluid supply device arranged non-rotatably. Furthermore, the electric rotary machine comprises a distribution device that is fluidically connected to the fluid feed device and rotatable relative to the fluid feed device with at least one flow guide element for distributing cooling fluid around the axis of rotation to at least one component of the electric rotary machine.
  • the cooling fluid is thus transported from the fluid supply device to the distribution device.
  • the present cooling is also partly based on centrifugal force-induced discharge of the cooling fluid, this cooling is not solely dependent on the effect of the centrifugal force, since even when static pressure is applied from the distribution device, cooling fluid is essentially on a stationary state with a corresponding arrangement of flow guide elements closed circumference around the axis of rotation can be applied.
  • the distribution device is set up to apply cooling fluid to the windings of the stator, in particular to the end windings of the windings.
  • Flow guiding elements of the distribution device are set up accordingly to apply cooling fluid to the surface of the electrical rotating machine by means of several spray jets or streams without the cooling fluid being passed or guided through a line element between the distribution device and the electrical rotating machine.
  • the distribution device enables cooling fluid to be sprayed or flowed onto the electric rotary machine.
  • the electric rotating machine can be either a synchronous motor or an asynchronous motor.
  • the distribution device is annular, the distribution device forming a circumferential groove, the interior of which is fluidically connected to the fluid supply device.
  • cooling fluid is to be discharged radially inward from the ring shape
  • at least one seal is arranged in the radially outer area in order to prevent centrifugal force-induced discharge on the radial outside. Accordingly, the cooling fluid can be applied over a closed circumference.
  • the fluid supply device is either arranged on the stator or is formed by it, or the fluid supply device is arranged on a housing of the electric rotary machine or is formed by this.
  • the distribution device can have a plurality of radially aligned flow guide elements for discharging the cooling fluid in a flow direction with a radial component.
  • the flow guide elements can in particular be several holes or also be designed as impact elements, e.g. by means of an axial toothing. Alternatively, however, it is also not ruled out that the distribution device axially forms a smooth edge from which cooling fluid is thrown off as a result of centrifugal force.
  • a respective flow guide element is formed by a bore.
  • alternative flow guide elements such as guide surfaces or guide vanes formed on or by the distribution device.
  • the fluid supply device has a plurality of flow channels for conveying the cooling fluid to the distribution device.
  • These flow channels can be arranged in a substantially regularly distributed manner on a circumference.
  • these flow channels can run axially parallel.
  • the fluid supply device is through only one flow channel is formed with which cooling fluid can be transferred to the distribution device.
  • the flow channel can form at least one outlet in the radial direction, for discharging the cooling fluid with at least one radial directional component.
  • the individual or respective flow channel forms one or more outlets for transferring the cooling fluid into the distribution device.
  • the electric drive device can comprise a control device with which the flow parameters of the cooling fluid can be set in such a way that a laminar flow can be achieved in the discharge of the cooling fluid.
  • This control device controls the pressure and / or the flow rate of the cooling fluid in such a way and the flow channel and the flow guide elements are designed in such a way that the cooling fluid can flow out onto the electric rotary machine with a laminar flow.
  • the distribution device is connected to the rotor in a rotationally fixed manner.
  • This embodiment is therefore set up in such a way that, as a result of centrifugal force, cooling fluid can be discharged when the rotor of the electric rotary machine rotates.
  • the application of cooling fluid due to static pressure is also not excluded.
  • the electric rotary machine combines an internal rotor machine and an external rotor machine and the distribution device is connected or can be connected to a rotor of the internal rotor machine or the external rotor machine in a rotationally fixed manner, and is not connected to the other rotor in each case, but is designed to supply cooling fluid at least partially also to be supplied to the electric rotary machine, with the rotor of which the distributor device is not coupled.
  • the distribution device can be arranged and configured in such a way that it can be used to cool the windings of the stator of the electric rotating machine.
  • the present invention is not restricted to this embodiment, but the distribution device can also be arranged and configured in such a way that it can be used to cool the windings of the rotor of the electric rotary machine.
  • the distribution device is arranged and designed in such a way that it can be used to cool the stator and the rotor of the electric rotary machine.
  • the distribution device can have a plurality of radially inwardly oriented flow guide elements for cooling an internal rotor rotor and a plurality of radially outwardly oriented flow guide elements for cooling the associated stator.
  • the distribution device is arranged and designed in such a way that it can be used to cool a plurality of stators, i.e. in the case of a combination of an internal rotor machine and an external rotor machine implemented in an axial position.
  • the distribution device it is advisable for the distribution device to have a plurality of flow guide elements oriented radially inward and a plurality of flow guide elements oriented radially outward for cooling the two stators.
  • the two stators of the two electric rotating machines can be integral components of a stator unit, via which the cooling fluid is optionally supplied.
  • the electrical rotary machine according to the invention has the advantage that the cooling fluid can be optimally distributed with little structural effort and with little energy requirement.
  • a drive arrangement for a motor vehicle which has an electrical drive device according to the invention and an output device.
  • the output device can in particular be a transmission, or else an internal combustion engine.
  • the output device can have a shaft, the distribution device being connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
  • the relevant shaft can be a gear input shaft.
  • the connected shaft can be the crankshaft of the internal combustion engine or a shaft that is coupled to the crankshaft in a rotationally fixed manner.
  • the rotary movement of the shaft ensures the rotation of the distribution device, so that when the shaft is decoupled from the rotor of the electric rotary machine and when the shaft rotates due to its coupling to a gearbox or an internal combustion engine, centrifugal force-related discharge of cooling fluid to the electric rotary machine is still ensured is.
  • Figure 1 a first embodiment of the electrical drive device in the area of fluid cooling
  • FIG. 2 a second embodiment of the electric drive device in the area of fluid cooling
  • FIG. 3 a third embodiment of the electric drive device in the area of fluid cooling, and in FIG.
  • FIG. 4 a fourth embodiment of the electrical drive device in the area of fluid cooling. All 4 figures each show different embodiments of the electric rotary machine in the area of the application of the cooling fluid to at least one segment of the electric rotary machine.
  • the embodiment according to FIG. 1 comprises a statically fixed fluid supply device 20 with a flow channel 21 arranged essentially axially parallel to the axis of rotation 1.
  • the flow channel 21 ends in an outlet 22, which also extends axially parallel.
  • cooling fluid reaches the distribution device 30, which here forms a laterally open groove 31 through a radially inner element 34 and a radially outer element 35.
  • a plurality of flow guide elements 33 which are essentially evenly distributed around the circumference, are arranged here in the form of bores.
  • the distribution device 30 is driven in its rotary movement via a hub 40 which is connected to the shaft 50 shown here, which rotates about the axis of rotation 1.
  • the shaft 50 can in particular be the shaft of an output device, not shown here, such as a transmission or an internal combustion engine. This results in the advantage that centrifugal force-induced distribution of the cooling fluid by means of the distribution device 30 can take place when the shaft 50 rotates, without the need to rotate a rotor of the electric rotary machine itself.
  • the seal 32 shown here on the radially outer element 35 is integrated in order to prevent an unintentional escape of cooling fluid there.
  • FIG. 2 shows an embodiment which is simpler in comparison to FIG. 1, in which the distribution device 30 has only one radially outer element 35 in which flow guide elements 33 are arranged.
  • the outlet 22 is on Flow channel 21 directed radially outwards in order to supply the cooling fluid to the radially outer element 35 through the fluid supply device 20.
  • the rotation of the distribution device 30 takes place via a hub 40 which is connected to a shaft 50.
  • FIG. 3 shows a section from an electric rotary machine which, with regard to the fluid supply device 20, is configured like the embodiment according to FIG.
  • the electric rotary machine is designed here as an external rotor machine 8 which has a statically fixed stator 6 of the downstream machine 8 and, in this regard, has the rotor 5 of the downstream machine 8 radially on the outside.
  • the distribution device 30 or its radially outer element 35 is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor 5 of the downstream machine 8 via the hub 40.
  • a non-rotatable coupling to the shaft 50, which rotates about the axis of rotation 1 takes place via the hub 40.
  • This embodiment ensures that when the rotor 5 of the run-off machine 8 rotates, the distribution device 30 is entrained in the rotary movement, the distribution device 30 or its radially outer element 35 transferring the cooling fluid to the windings 10 or their end windings 11 in the stator 6 of the external rotor machine 8 applies.
  • FIG. 4 shows a section from an electric rotary machine which has an external rotor machine 8 and an internal rotor machine 7.
  • This electric rotating machine accordingly comprises a rotor 3 of the internal rotor machine 7, a stator 4 of the internal rotor machine 7 that is statically fixed in this regard, a rotor 5 of the external rotor machine 8 and a stator 6 of the external rotor machine 8 that is statically fixed in this regard.
  • the distribution device 30 is designed similarly to the embodiment according to FIG. 1, namely in such a way that it comprises a radially inner element 34 and a radially outer element 35, which together form a groove 31.
  • the radially inner element 34 and the radially outer element 35 have respective flow guide elements 33 in the form of bores, whereby they are radially on both sides of the Fluid supply device 20 are arranged.
  • the flow guide elements 33 in the radially inner element 34 guide cooling fluid onto the windings 10 and, in particular, onto the end winding 11 of the internal rotor machine 7.
  • cooling fluid is applied to the windings 10 and in particular to the end winding 11 of the external rotor
  • a seal 32 for the fluid supply device 20 is integrated on the radially outer element 35 to maintain a static pressure within the groove 31 in order to ensure the outflow of cooling fluid through the flow guide elements 33 in the radially inner element 34 of the distribution device 30th
  • the rotary drive of the distribution device 30 takes place via the hub 40, which is coupled to the rotor 5 of the downstream machine 8.
  • the shaft 50 which leads to an output device.
  • it rotates the distribution device 30 together with the rotor 5 of the external rotor machine 8 and thus distributes cooling fluid due to centrifugal force when the downstream machine 8 is in operation.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

The invention relates to an electrical drive device and to a drive arrangement for a motor vehicle. The electric rotary machine comprises a rotor (3,5) that is rotatable about an axis of rotation (1), a stator (4,6) that is statically arranged relative to the rotor as well as a fluid feeding device (20), which is arranged in a rotationally fixed manner, and a distribution device (30) which is flow-connected to the fluid feeding device (20), is rotatable relative to the fluid feeding device (20) and has at least one flow guide element (33) for distributing cooling fluid about the axis of rotation (1) to at least one component of the electric rotary machine. Optimal cooling of the electric rotary machine can be achieved in a structurally simple and cost-effective manner by way of the electrical drive device according to the invention and a drive arrangement equipped with said electrical drive device.

Description

Elektrische Antriebseinrichtunq und Antriebsanordnunq Electric drive device and drive arrangement
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. The invention relates to an electric drive device and a drive arrangement for a motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik sind diverse elektrische Antriebseinrichtungen bekannt, die in Antriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Various electrical drive devices which are used in drive arrangements for motor vehicles are known from the prior art.
Derartige elektrische Antriebseinrichtungen umfassen in der Regel eine elektrische Rotationsmaschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor sowie einem bezüglich dem Rotor statisch angeordneten Stator und ein Gehäuse, in welchem die elektrische Rotationsmaschine angeordnet ist oder welches von der elektrischen Rotationsmaschine ausgebildet ist, zur Einhausung des Rotors. Dabei ist es bekannt, zum Zweck der Effizienzsteigerung eine Kühlung des Stators und/oder Rotors der elektrischen Rotationsmaschine vorzusehen. Such electrical drive devices usually comprise an electrical rotating machine with a rotor rotatable about a rotation axis and a stator arranged statically with respect to the rotor and a housing in which the electrical rotating machine is arranged or which is formed by the electrical rotating machine for housing the rotor. It is known to provide cooling of the stator and / or rotor of the electric rotating machine for the purpose of increasing efficiency.
Die DE 102015015797 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator. Der Stator umfasst dabei zumindest eine Wicklung, die wenigstens eine dem Rotor zugewandte Fläche aufweist, welche mit einer von dem Rotor in radialer Richtung nach außen durch Drehen des Rotors abgesprühten Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Wicklung beaufschlagbar ist. DE 102015015797 A1 discloses an electrical machine with a rotor and a stator. The stator comprises at least one winding which has at least one surface facing the rotor, which can be acted upon by a cooling liquid sprayed outward from the rotor in the radial direction by rotating the rotor for cooling the winding.
In der EP 3059937 A1 wird ein Verfahren zur Oberflächenkühlung von zumindest einem Teil einer elektrischen Maschine sowie eine Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Die Kühlvorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Hochdruckströmung und eine Niederdruckströmung auszubilden, zur Erzeugung eines Kühlmittelstroms. Die Kühlvorrichtung umfasst dazu eine Düse, welche die Hochdruckströmung erzeugt, wobei die Hochdruckströmung dafür vorgesehen ist, an einer zu kühlenden Oberfläche eines Rotors der elektrischen Maschine unter Nutzung des Coanda-Effekts zu verlaufen und eine Niederdruckströmung nach dem Injektionsprinzip mitzuführen. Die WO 2016 132060 A1 beschreibt eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Stator mit einem Statorkörper sowie einen Verteilerkreis zur Aufnahme eines Kühlfluids zur Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine. EP 3059937 A1 describes a method for surface cooling of at least part of an electrical machine and a cooling device for carrying out the method. The cooling device is provided to form a high pressure flow and a low pressure flow for generating a coolant flow. The cooling device includes a nozzle that generates the high pressure flow, the high pressure flow being provided to run on a surface to be cooled of a rotor of the electrical machine using the Coanda effect and to carry along a low pressure flow according to the injection principle. WO 2016 132060 A1 describes an electric rotary machine with a stator with a stator body and a distributor circuit for receiving a cooling fluid for cooling the electric rotary machine.
Der Verteilerkreis ist dabei dazu ausgebildet, ein Kühlfluid in einen Innenraum der elektrischen Rotationsmaschine zu leiten, in welchem sich der Stator befindet. Der Verteilerkreis weist dazu genau eine Öffnung auf, welche einer Seitenfläche des Statorkörpers zugewandt ist, so dass das Kühlfluid direkt an den Statorkörper herangeführt werden kann. The distributor circuit is designed to conduct a cooling fluid into an interior space of the electric rotary machine in which the stator is located. For this purpose, the distributor circuit has precisely one opening which faces a side surface of the stator body, so that the cooling fluid can be fed directly to the stator body.
Mit der JP 2016 149900 A wird eine Kühlstruktur offenbart, welche eine elektrische Rotationsmaschine, einen Zirkulationspfad, einen Fluid-Tank, einen Rückführkanal sowie eine Ventileinrichtung umfasst. JP 2016 149900 A discloses a cooling structure which comprises an electric rotating machine, a circulation path, a fluid tank, a return duct and a valve device.
Die elektrische Rotationsmaschine umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor in einer Rotorkammer angeordnet ist und der Stator in einer Statorkammer angeordnet ist und diese beiden Kammern durch eine Trennwand fluiddicht voneinander getrennt sind. Der Zirkulationspfad verbindet den Fluid-Tank mit der Statorkammer und auch der Rückführkanal verbindet den Fluid-Tank mit der Statorkammer, wobei die Ventileinrichtung zur Steuerung des Volumenstroms im Rückführkanal eingerichtet ist. Die Ventileinrichtung steuert dabei in Abhängigkeit des in der Statorkammer vorherrschenden Fluid-Drucks. The rotary electric machine comprises a rotor and a stator, the rotor being arranged in a rotor chamber and the stator being arranged in a stator chamber and these two chambers being separated from one another in a fluid-tight manner by a partition. The circulation path connects the fluid tank to the stator chamber and the return duct also connects the fluid tank to the stator chamber, the valve device being set up to control the volume flow in the return duct. The valve device controls depending on the fluid pressure prevailing in the stator chamber.
Die DE 102016 103408 A1 lehrt einen Stator eines elektrischen Motors, umfassend einen Statorkern, eine Spule, welche um Zähne des Statorkerns gewickelt ist, einen Außenzylinder, welcher die Zähne an deren Joch umgibt, sowie ein wärmeleitendes Teil, welches mit einer inneren Umfangsfläche des Außenzylinders und einem Spulenende der Spule in Kontakt steht. DE 102016 103408 A1 teaches a stator of an electric motor, comprising a stator core, a coil which is wound around teeth of the stator core, an outer cylinder which surrounds the teeth on their yoke, and a heat-conducting part which has an inner peripheral surface of the outer cylinder and a coil end of the coil is in contact.
Durch diesen Aufbau wird ein Teil der Wärme, die während des Betriebs des Motors an den Spulen erzeugt wird, durch das wärmeleitende Teil zu dem Außenzylinder geleitet und von dem Außenzylinder an die Außenluft abgeleitet. Die Spule des Motors wird entsprechend über das wärmeleitende Teil gekühlt. Eine besonders effiziente Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine wird in der Regel durch eine Fluid-Kühlung erreicht. Dabei wird meist Öl als Kühlfluid genutzt, welches an den Rotor und/oder den Stator geleitet wird, um dort Wärme abzuführen. Üblicherweise wird das Öl dazu mittels einer von zwei Methoden an den Rotor und/oder den Stator geleitet. With this structure, some of the heat that is generated at the coils during operation of the motor is conducted through the heat-conducting part to the outer cylinder and dissipated from the outer cylinder to the outside air. The coil of the motor is cooled accordingly via the heat-conducting part. A particularly efficient cooling of the electric rotary machine is usually achieved by fluid cooling. Oil is mostly used as a cooling fluid, which is directed to the rotor and / or the stator in order to dissipate heat there. Typically, this is done by directing the oil to the rotor and / or the stator using one of two methods.
Dabei kann eine Verteileinrichtung mit einem rotierenden Bauteil verbunden sein und bei Rotation unter Nutzung von Fliehkraft das Öl an den Rotor und/oder den Stator schleudern. In this case, a distribution device can be connected to a rotating component and, when rotating, use centrifugal force to fling the oil onto the rotor and / or the stator.
Alternativ ist die Verteileinrichtung an einem feststehenden Bauteil angeordnet, um von dort düsenartig das Öl an den Rotor und/oder den Stator zu sprühen. Bei einer Ausgestaltung der Verteileinrichtung als Düse wird jedoch nur ein bestimmter Abschnitt am Umfang des Rotors und/oder Stators angesprüht, so dass entsprechend zur gleichmäßigen Kühlung des Stators mehrere Düsen am Umfang verteilt vorgesehen sein müssen. Alternatively, the distribution device is arranged on a stationary component in order to spray the oil onto the rotor and / or the stator from there in a nozzle-like manner. If the distribution device is configured as a nozzle, however, only a certain section is sprayed on the circumference of the rotor and / or stator, so that several nozzles must be provided distributed around the circumference for uniform cooling of the stator.
Fliervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine realisieren. Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing an electric drive device and a drive arrangement equipped therewith, which implement optimal cooling of the electric rotary machine in a structurally simple and cost-effective manner.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Antriebseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche die elektrische Antriebseinrichtung aufweist, gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Unteranspruch 10 ist auf eine vorteilhafte Ausführungsform der elektrischen Antriebseinrichtung gerichtet. The object is achieved by the electrical drive device according to the invention according to claim 1. Advantageous refinements of the electric drive device are specified in subclaims 2 to 8. In addition, a drive arrangement for a motor vehicle, which has the electric drive device, is provided according to claim 9. Dependent claim 10 is directed to an advantageous embodiment of the electric drive device.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen. Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der elektrischen Antriebseinrichtung. The features of the claims can be combined in any technically meaningful manner, in which case the explanations from the following description and features from the figures can also be used, which include additional embodiments of the invention. In the context of the present invention, the terms “axial” and “radial” always relate to the axis of rotation of the electric drive device.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor und einem bezüglich dem Rotor statisch angeordneten Stator, sowie eine drehfest angeordnete Fluidzufuhreinrichtung. Des Weiteren umfasst die elektrische Rotationsmaschine eine mit der Fluidzufuhreinrichtung strömungstechnisch verbundene, relativ zur Fluidzufuhreinrichtung drehbare Verteileinrichtung mit wenigstens einem Strömungsleitelement zur Verteilung von Kühlfluid um die Rotationsachse zu wenigstens einer Komponente der elektrischen Rotationsmaschine. The invention relates to an electric rotary machine with a rotor rotatable about an axis of rotation and a stator arranged statically with respect to the rotor, as well as a fluid supply device arranged non-rotatably. Furthermore, the electric rotary machine comprises a distribution device that is fluidically connected to the fluid feed device and rotatable relative to the fluid feed device with at least one flow guide element for distributing cooling fluid around the axis of rotation to at least one component of the electric rotary machine.
Das Kühlfluid wird somit von der Fluidzufuhreinrichtung zu der Verteileinrichtung transportiert. The cooling fluid is thus transported from the fluid supply device to the distribution device.
Zwar basiert die vorliegende Kühlung anteilig ebenfalls auf einer fliehkraftbedingten Ausbringung des Kühlfluids, jedoch ist diese Kühlung nicht alleine abhängig von der Wirkung der Fliehkraft, da auch bei Anliegen eines statischen Drucks von der Verteileinrichtung im ruhenden Zustand Kühlfluid bei entsprechender Anordnung von Strömungsleitelementen im Wesentlichen auf einem geschlossenen Umfang um die Rotationsachse ausbringbar ist. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtung dazu eingerichtet ist, Kühlfluid auf Wicklungen des Stators, insbesondere auf Wickelköpfe der Wicklungen, aufzubringen. Although the present cooling is also partly based on centrifugal force-induced discharge of the cooling fluid, this cooling is not solely dependent on the effect of the centrifugal force, since even when static pressure is applied from the distribution device, cooling fluid is essentially on a stationary state with a corresponding arrangement of flow guide elements closed circumference around the axis of rotation can be applied. In one embodiment it is provided that the distribution device is set up to apply cooling fluid to the windings of the stator, in particular to the end windings of the windings.
Strömungsleitelemente der Verteileinrichtung sind entsprechend dazu eingerichtet, mittels mehrerer Sprühstrahlen bzw. Strömen Kühlfluid auf die Oberfläche der elektrischen Rotationsmaschine aufzubringen, ohne dass dabei das Kühlfluid durch ein Leitungselement zwischen der Verteileinrichtung und der elektrischen Rotationsmaschine geleitet oder geführt wird. Mit anderen Worten ermöglicht die Verteileinrichtung ein Besprühen bzw. Anströmen der elektrischen Rotationsmaschine mit Kühlfluid. Bei der elektrischen Rotationsmaschine kann es sich sowohl um einen Synchronmotor als auch um einen Asynchronmotor handeln. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Verteileinrichtung ringförmig ausgebildet, wobei die Verteileinrichtung eine umlaufende Nut ausbildet, deren Innenraum strömungstechnisch mit der Fluidzufuhreinrichtung verbunden ist. Flow guiding elements of the distribution device are set up accordingly to apply cooling fluid to the surface of the electrical rotating machine by means of several spray jets or streams without the cooling fluid being passed or guided through a line element between the distribution device and the electrical rotating machine. In other words, the distribution device enables cooling fluid to be sprayed or flowed onto the electric rotary machine. The electric rotating machine can be either a synchronous motor or an asynchronous motor. According to one aspect of the invention, the distribution device is annular, the distribution device forming a circumferential groove, the interior of which is fluidically connected to the fluid supply device.
Für eine Ausführungsform, in der von der Ringform Kühlfluid nach radial innen ausgebracht werden soll, kann vorgesehen sein, dass im radial äußeren Bereich zumindest eine Dichtung angeordnet ist, um eine fliehkraftbedingte Ausbringung an der radialen Außenseite zu verhindern. Entsprechend lässt sich das Kühlfluid auf einem geschlossenen Umfang ausbringen. For an embodiment in which cooling fluid is to be discharged radially inward from the ring shape, it can be provided that at least one seal is arranged in the radially outer area in order to prevent centrifugal force-induced discharge on the radial outside. Accordingly, the cooling fluid can be applied over a closed circumference.
Dabei ist die Fluidzufuhreinrichtung entweder an dem Stator angeordnet oder von diesem ausgebildet ist, oder die Fluidzufuhreinrichtung ist an einem Gehäuse der elektrischen Rotationsmaschine angeordnet ist oder von diesem ausgebildet. In this case, the fluid supply device is either arranged on the stator or is formed by it, or the fluid supply device is arranged on a housing of the electric rotary machine or is formed by this.
Gemäß einer ergänzenden Ausführungsform kann die Verteileinrichtung mehrere radial ausgerichtete Strömungsleitelemente aufweisen, zur Ausbringung des Kühlfluids in einer Strömungsrichtung mit radialer Komponente. According to a supplementary embodiment, the distribution device can have a plurality of radially aligned flow guide elements for discharging the cooling fluid in a flow direction with a radial component.
Die Strömungsleitelemente können insbesondere mehrere Löcher sein oder auch als Prallelemente wie z.B. durch eine axiale Verzahnung ausgeführt sein. Alternativ ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass die Verteileinrichtung axial einen glatten Rand ausbildet, von dem Kühlfluid fliehkraftbedingt abgeschleudert wird. The flow guide elements can in particular be several holes or also be designed as impact elements, e.g. by means of an axial toothing. Alternatively, however, it is also not ruled out that the distribution device axially forms a smooth edge from which cooling fluid is thrown off as a result of centrifugal force.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein jeweiliges Strömungsleitelement durch eine Bohrung ausgebildet. Dies schließt jedoch die Anwendung alternativer Strömungsleitelemente nicht aus, wie etwa an bzw. von der Verteileinrichtung ausgebildete Leitflächen bzw. Leitschaufeln. In a preferred embodiment, a respective flow guide element is formed by a bore. However, this does not rule out the use of alternative flow guide elements, such as guide surfaces or guide vanes formed on or by the distribution device.
Gemäß einem weiteren ergänzenden Aspekt weist die Fluidzufuhreinrichtung mehrere Strömungskanäle zur Leitung des Kühlfluids zur Verteileinrichtung auf. Diese Strömungskanäle können an einem Umfang im Wesentlichen regelmäßig verteilt angeordnet sein. Insbesondere können diese Strömungskanäle achsparallel verlaufen. In einer alternativen Ausführungsform ist die Fluidzufuhreinrichtung durch lediglich einen Strömungskanal ausgebildet, mit dem Kühlfluid zu der Verteileinrichtung übertragbar ist. According to a further supplementary aspect, the fluid supply device has a plurality of flow channels for conveying the cooling fluid to the distribution device. These flow channels can be arranged in a substantially regularly distributed manner on a circumference. In particular, these flow channels can run axially parallel. In an alternative embodiment, the fluid supply device is through only one flow channel is formed with which cooling fluid can be transferred to the distribution device.
Der Strömungskanal kann in einer speziellen Ausführungsform zumindest einen Auslass in radialer Richtung ausbilden, zur Ausbringung des Kühlfluids mit zumindest einer radialen Richtungskomponente. In a special embodiment, the flow channel can form at least one outlet in the radial direction, for discharging the cooling fluid with at least one radial directional component.
Der einzelne bzw. jeweilige Strömungskanal bildet einen oder mehrere Auslässe zur Übergabe des Kühlfluids in die Verteileinrichtung aus. The individual or respective flow channel forms one or more outlets for transferring the cooling fluid into the distribution device.
Des Weiteren kann die elektrische Antriebseinrichtung eine Steuerungseinrichtung umfassen, mit der Strömungsparameter des Kühlfluids derart einstellbar sind, dass eine laminare Strömung in der Ausbringung des Kühlfluids realisierbar ist. Furthermore, the electric drive device can comprise a control device with which the flow parameters of the cooling fluid can be set in such a way that a laminar flow can be achieved in the discharge of the cooling fluid.
Diese Steuerungseinrichtung steuert den Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids derart und der Strömungskanal sowie die Strömungsleitelemente sind derart konzipiert, dass die Ausströmung des Kühlfluids auf die elektrische Rotationsmaschine mit laminarer Strömung erfolgen kann. This control device controls the pressure and / or the flow rate of the cooling fluid in such a way and the flow channel and the flow guide elements are designed in such a way that the cooling fluid can flow out onto the electric rotary machine with a laminar flow.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verteileinrichtung mit dem Rotor drehfest verbunden. Diese Ausführungsform ist daher derart eingerichtet, dass Kühlfluid fliehkraftbedingt bei Rotation des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine ausgebracht werden kann. Jedoch ist auch eine Ausbringung von Kühlfluid aufgrund eines statischen Drucks nicht ausgeschlossen. According to a further embodiment, the distribution device is connected to the rotor in a rotationally fixed manner. This embodiment is therefore set up in such a way that, as a result of centrifugal force, cooling fluid can be discharged when the rotor of the electric rotary machine rotates. However, the application of cooling fluid due to static pressure is also not excluded.
Weiterhin ist auch nicht ausgeschlossen, dass die elektrische Rotationsmaschine eine Innenläufermaschine und eine Außenläufermaschine miteinander kombiniert und die Verteileinrichtung drehfest mit einem Rotor der Innenläufermaschine oder der Außenläufermaschine verbunden oder verbindbar ist, und mit dem jeweils anderem Rotor nicht verbunden ist, jedoch dazu eingerichtet ist, Kühlfluid zumindest anteilig auch der elektrischen Rotationsmaschine zuzuführen, mit deren Rotor die Verteileinrichtung nicht gekoppelt ist. Insbesondere kann dabei die Verteileinrichtung derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass mit ihr die Wicklungen des Stators der elektrischen Rotationsmaschine kühlbar sind. Furthermore, it is also not excluded that the electric rotary machine combines an internal rotor machine and an external rotor machine and the distribution device is connected or can be connected to a rotor of the internal rotor machine or the external rotor machine in a rotationally fixed manner, and is not connected to the other rotor in each case, but is designed to supply cooling fluid at least partially also to be supplied to the electric rotary machine, with the rotor of which the distributor device is not coupled. In particular, the distribution device can be arranged and configured in such a way that it can be used to cool the windings of the stator of the electric rotating machine.
Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltungsform eingeschränkt, sondern die Verteileinrichtung kann auch derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass mit ihr die Wicklungen des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine kühlbar sind. The present invention is not restricted to this embodiment, but the distribution device can also be arranged and configured in such a way that it can be used to cool the windings of the rotor of the electric rotary machine.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtung derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass mit ihr der Stator als auch der Rotor der elektrischen Rotationsmaschine kühlbar sind. In a particular embodiment, it is provided that the distribution device is arranged and designed in such a way that it can be used to cool the stator and the rotor of the electric rotary machine.
Insbesondere in dieser Ausführungsform kann die Verteileinrichtung mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente zur Kühlung eines Innenläufer- Rotors sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente zur Kühlung des dazugehörigen Stators aufweisen. In particular in this embodiment, the distribution device can have a plurality of radially inwardly oriented flow guide elements for cooling an internal rotor rotor and a plurality of radially outwardly oriented flow guide elements for cooling the associated stator.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Verteileinrichtung derart angeordnet und ausgestaltet, dass mit ihr mehrere Statoren, d.h. , bei einer auf einer axialen Position realisierten Kombination einer Innenläufermaschine sowie einer Außenläufermaschine, kühlbar sind. Auch hierfür bietet es sich an, dass die Verteileinrichtung mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente zur Kühlung der beiden Statoren aufweist. In a further embodiment, the distribution device is arranged and designed in such a way that it can be used to cool a plurality of stators, i.e. in the case of a combination of an internal rotor machine and an external rotor machine implemented in an axial position. For this purpose, too, it is advisable for the distribution device to have a plurality of flow guide elements oriented radially inward and a plurality of flow guide elements oriented radially outward for cooling the two stators.
Die beiden Statoren der beiden elektrischen Rotationsmaschinen können dabei integrale Bestandteile einer Stator-Einheit sein, über die gegebenenfalls die Zuführung des Kühlfluids erfolgt. The two stators of the two electric rotating machines can be integral components of a stator unit, via which the cooling fluid is optionally supplied.
Die erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine weist den Vorteil auf, dass mit geringem konstruktiven Aufwand und mit geringem Energiebedarf eine optimale Verteilung des Kühlfluids erfolgen kann. The electrical rotary machine according to the invention has the advantage that the cooling fluid can be optimally distributed with little structural effort and with little energy requirement.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, die eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Abtriebseinrichtung aufweist. Die Abtriebseinrichtung kann insbesondere ein Getriebe sein, oder auch eine Verbrennungskraftmaschine. Furthermore, according to the invention, a drive arrangement for a motor vehicle is made available which has an electrical drive device according to the invention and an output device. The output device can in particular be a transmission, or else an internal combustion engine.
Dabei kann die Abtriebseinrichtung eine Welle aufweisen, wobei die Verteileinrichtung drehfest mit der Welle verbunden ist. The output device can have a shaft, the distribution device being connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
Die betreffende Welle kann bei einer als Getriebe ausgebildeten Abtriebseinrichtung eine Getriebeeingangswelle sein. Wenn die Abtriebseinrichtung als eine Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist, kann die angeschlossene Welle die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bzw. eine mit der Kurbelwelle drehfest gekoppelte Welle sein. In the case of an output device designed as a gear, the relevant shaft can be a gear input shaft. If the output device is designed as an internal combustion engine, the connected shaft can be the crankshaft of the internal combustion engine or a shaft that is coupled to the crankshaft in a rotationally fixed manner.
Hier sorgt also die Drehbewegung der Welle für die Rotation der Verteileinrichtung, so dass bei einer Entkopplung der Welle vom Rotor der elektrischen Rotationsmaschine und bei Drehung der Welle aufgrund deren Kopplung mit einem Getriebe oder einer Verbrennungskraftmaschine trotzdem eine fliehkraftbedingte Ausbringung von Kühlfluid an der elektrischen Rotationsmaschine gewährleistet ist. Here, the rotary movement of the shaft ensures the rotation of the distribution device, so that when the shaft is decoupled from the rotor of the electric rotary machine and when the shaft rotates due to its coupling to a gearbox or an internal combustion engine, centrifugal force-related discharge of cooling fluid to the electric rotary machine is still ensured is.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way restricted by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not restricted to the dimensions shown. It is shown in
Figur 1 : eine erste Ausführungsform der elektrischen Antriebseinrichtung im Bereich der Fluid-Kühlung, Figure 1: a first embodiment of the electrical drive device in the area of fluid cooling,
Figur 2: eine zweite Ausführungsform der elektrischen Antriebseinrichtung im Bereich der Fluid-Kühlung, FIG. 2: a second embodiment of the electric drive device in the area of fluid cooling,
Figur 3: eine dritte Ausführungsform der elektrischen Antriebseinrichtung im Bereich der Fluid-Kühlung, und in FIG. 3: a third embodiment of the electric drive device in the area of fluid cooling, and in FIG
Figur 4: eine vierte Ausführungsform der elektrischen Antriebseinrichtung im Bereich der Fluid-Kühlung. Alle 4 Figuren zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungsformen der elektrischen Rotationsmaschine im Bereich der Ausbringung des Kühlfluids auf wenigstens ein Segment der elektrischen Rotationsmaschine. FIG. 4: a fourth embodiment of the electrical drive device in the area of fluid cooling. All 4 figures each show different embodiments of the electric rotary machine in the area of the application of the cooling fluid to at least one segment of the electric rotary machine.
Die Ausführungsform gemäß Figur 1 umfasst eine statisch fest angeordnete Fluidzufuhreinrichtung 20 mit einem im Wesentlichen achsparallel zur Rotationsachse 1 angeordneten Strömungskanal 21. The embodiment according to FIG. 1 comprises a statically fixed fluid supply device 20 with a flow channel 21 arranged essentially axially parallel to the axis of rotation 1.
Der Strömungskanal 21 endet in einem sich ebenfalls achsparallel erstreckenden Auslass 22. Durch diesen gelangt Kühlfluid zu der Verteileinrichtung 30, die hier durch ein radial inneres Element 34 und ein radial äußeres Element 35 die Form einer seitlich offenen Nut 31 ausbildet. Sowohl in dem radial inneren Element 34 als auch in dem radial äußeren Element 35 sind mehrere im Wesentlichen gleichmäßig am Umfang verteilte Strömungsleitelemente 33, hier in Form von Bohrungen ausgeführt, angeordnet. Durch diese Strömungsleitelemente 33 kann bei Rotation der Verteileinrichtung 30 austretendes Kühlfluid nach radial innen sowie auch nach radial außen verteilt werden. The flow channel 21 ends in an outlet 22, which also extends axially parallel. Through this, cooling fluid reaches the distribution device 30, which here forms a laterally open groove 31 through a radially inner element 34 and a radially outer element 35. Both in the radially inner element 34 and in the radially outer element 35, a plurality of flow guide elements 33, which are essentially evenly distributed around the circumference, are arranged here in the form of bores. By means of these flow guide elements 33, when the distribution device 30 rotates, cooling fluid emerging can be distributed radially inward and also radially outward.
Die Verteileinrichtung 30 wird dabei über eine Nabe 40 in ihrer Drehbewegung angetrieben, die mit der hier dargestellten Welle 50, die um die Rotationsachse 1 dreht, verbunden ist. Die Welle 50 kann insbesondere die Welle einer hier nicht weiter dargestellten Abtriebseinrichtung, wie zum Beispiel eines Getriebes oder auch einer Verbrennungskraftmaschine, sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine fliehkraftbedingte Verteilung des Kühlfluids mittels der Verteileinrichtung 30 bei Drehung der Welle 50 stattfinden kann, ohne dass es der Rotation eines Rotors der elektrischen Rotationsmaschine selbst bedarf. The distribution device 30 is driven in its rotary movement via a hub 40 which is connected to the shaft 50 shown here, which rotates about the axis of rotation 1. The shaft 50 can in particular be the shaft of an output device, not shown here, such as a transmission or an internal combustion engine. This results in the advantage that centrifugal force-induced distribution of the cooling fluid by means of the distribution device 30 can take place when the shaft 50 rotates, without the need to rotate a rotor of the electric rotary machine itself.
Um eine fliehkraftbedingte Verteilung des Kühlfluids auch mittels der Strömungsleitelemente 33 an dem radial inneren Element 34 zu gewährleisten, ist die hier am radial äußeren Element 35 dargestellte Dichtung 32 integriert, um einen dortigen unbeabsichtigten Austritt von Kühlfluid zu verhindern. In order to ensure a centrifugal force-induced distribution of the cooling fluid also by means of the flow guide elements 33 on the radially inner element 34, the seal 32 shown here on the radially outer element 35 is integrated in order to prevent an unintentional escape of cooling fluid there.
Figur 2 zeigt eine im Vergleich zu Figur 1 einfachere Ausführungsform, bei der die Verteileinrichtung 30 lediglich ein radial äußeres Element 35 aufweist, in dem Strömungsleitelemente 33 angeordnet sind. Um hier die Verteilung des Kühlfluids auf der radial äußeren Seite zu unterstützen bzw. zu gewährleisten, ist der Auslass 22 am Strömungskanal 21 nach radial außen gerichtet, um durch die Fluidzufuhreinrichtung 20 das Kühlfluid dem radial äußeren Element 35 zuzuführen. Ansonsten erfolgt die Drehung der Verteileinrichtung 30 wie auch in der Ausführungsform gemäß Figur 1 über eine Nabe 40, die mit einer Welle 50 verbunden ist. FIG. 2 shows an embodiment which is simpler in comparison to FIG. 1, in which the distribution device 30 has only one radially outer element 35 in which flow guide elements 33 are arranged. In order to support or ensure the distribution of the cooling fluid on the radially outer side here, the outlet 22 is on Flow channel 21 directed radially outwards in order to supply the cooling fluid to the radially outer element 35 through the fluid supply device 20. Otherwise, as in the embodiment according to FIG. 1, the rotation of the distribution device 30 takes place via a hub 40 which is connected to a shaft 50.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer elektrischen Rotationsmaschine, die hinsichtlich der Fluidzufuhreinrichtung 20 wie die Ausführungsform gemäß Figur 2 ausgestaltet ist. Die elektrische Rotationsmaschine ist hier als eine Außenläufer- Maschine 8 konzipiert, die einen statisch fest angeordneten Stator 6 der Ausläufer- Maschine 8 aufweist und diesbezüglich radial außen den Rotor 5 der Ausläufer- Maschine 8 aufweist. In der hier dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtung 30 bzw. deren radial äußeres Element 35 über die Nabe 40 mit dem Rotor 5 der Ausläufer-Maschine 8 drehfest gekoppelt ist. Gleichzeitig erfolgt über die Nabe 40 eine drehfeste Kopplung mit der Welle 50, die um die Rotationsachse 1 dreht. Durch diese Ausführungsform ist gewährleistet, dass bei Rotation des Rotors 5 der Ausläufer-Maschine 8 die Verteileinrichtung 30 in der Drehbewegung mitgenommen wird, wobei die Verteileinrichtung 30 bzw. deren radial äußeres Element 35 das Kühlfluid auf die Wicklungen 10 bzw. deren Wickelköpfe 11 im Stator 6 der Außenläufermaschine 8 aufbringt. FIG. 3 shows a section from an electric rotary machine which, with regard to the fluid supply device 20, is configured like the embodiment according to FIG. The electric rotary machine is designed here as an external rotor machine 8 which has a statically fixed stator 6 of the downstream machine 8 and, in this regard, has the rotor 5 of the downstream machine 8 radially on the outside. In the embodiment shown here, it is provided that the distribution device 30 or its radially outer element 35 is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor 5 of the downstream machine 8 via the hub 40. At the same time, a non-rotatable coupling to the shaft 50, which rotates about the axis of rotation 1, takes place via the hub 40. This embodiment ensures that when the rotor 5 of the run-off machine 8 rotates, the distribution device 30 is entrained in the rotary movement, the distribution device 30 or its radially outer element 35 transferring the cooling fluid to the windings 10 or their end windings 11 in the stator 6 of the external rotor machine 8 applies.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer elektrischen Rotationsmaschine, die eine Außenläufer-Maschine 8 als auch eine Innenläufer-Maschine 7 aufweist. Diese elektrische Rotationsmaschine umfasst entsprechend einen Rotor 3 der Innenläufer- Maschine 7, einen diesbezüglich statisch fest angeordneten Stator 4 der Innenläufer- Maschine 7, einen Rotor 5 der Außenläufer-Maschine 8 sowie einen diesbezüglich statisch fest angeordneten Stator 6 der Außenläufer-Maschine 8. FIG. 4 shows a section from an electric rotary machine which has an external rotor machine 8 and an internal rotor machine 7. This electric rotating machine accordingly comprises a rotor 3 of the internal rotor machine 7, a stator 4 of the internal rotor machine 7 that is statically fixed in this regard, a rotor 5 of the external rotor machine 8 and a stator 6 of the external rotor machine 8 that is statically fixed in this regard.
Die Verteileinrichtung 30 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ähnlich wie die Ausführungsform gemäß Figur 1 ausgebildet, nämlich derart, dass sie ein radial inneres Element 34 sowie ein radial äußeres Element 35 umfasst, die zusammen eine Nut 31 ausbilden. In the embodiment shown here, the distribution device 30 is designed similarly to the embodiment according to FIG. 1, namely in such a way that it comprises a radially inner element 34 and a radially outer element 35, which together form a groove 31.
Das radial innere Element 34 sowie das radial äußere Element 35 weisen jeweilige Strömungsleitelemente 33 in Form von Bohrungen auf, wobei sie radial beidseitig der Fluidzufuhreinrichtung 20 angeordnet sind. Durch die Strömungsleitelemente 33 im radial inneren Element 34 wird Kühlfluid auf die Wicklungen 10 und insbesondere auf den Wickelkopf 11 der Innenläufer-Maschine 7 geführt. The radially inner element 34 and the radially outer element 35 have respective flow guide elements 33 in the form of bores, whereby they are radially on both sides of the Fluid supply device 20 are arranged. The flow guide elements 33 in the radially inner element 34 guide cooling fluid onto the windings 10 and, in particular, onto the end winding 11 of the internal rotor machine 7.
Durch die Strömungsleitelemente 33 im radial äußeren Element 35 wird Kühlfluid auf die Wicklungen 10 und insbesondere auf den Wickelkopf 11 der Außenläufer-Through the flow guide elements 33 in the radially outer element 35, cooling fluid is applied to the windings 10 and in particular to the end winding 11 of the external rotor
Maschine 8 geführt. Auch hier ist, äquivalent zur Ausführungsform gemäß Figur 1, am radial äußeren Element 35 eine Dichtung 32 zur Fluidzufuhreinrichtung 20 integriert, zur Aufrechterhaltung eines statischen Drucks innerhalb der Nut 31 zwecks Gewährleistung der Ausströmung von Kühlfluid durch die Strömungsleitelemente 33 im radial inneren Element 34 der Verteileinrichtung 30. Machine 8 led. Here, too, equivalent to the embodiment according to FIG. 1, a seal 32 for the fluid supply device 20 is integrated on the radially outer element 35 to maintain a static pressure within the groove 31 in order to ensure the outflow of cooling fluid through the flow guide elements 33 in the radially inner element 34 of the distribution device 30th
In der hier dargestellten Ausführungsform ist ersichtlich, dass der Dreh-Antrieb der Verteileinrichtung 30 über die Nabe 40 erfolgt, die mit dem Rotor 5 der Ausläufer- Maschine 8 gekoppelt ist. Entsprechend ist hier keine drehfeste Verbindung zu der Welle 50 realisiert, die zu einer Abtriebseinrichtung führt. Derart ist durch diese Ausführungsform vorgesehen, dass sie Verteileinrichtung 30 zusammen mit dem Rotor 5 der Außenläufermaschine 8 dreht und somit fliehkraftbedingt Kühlfluid bei Betrieb der Ausläufer-Maschine 8 verteilt. In the embodiment shown here, it can be seen that the rotary drive of the distribution device 30 takes place via the hub 40, which is coupled to the rotor 5 of the downstream machine 8. Correspondingly, there is no rotationally fixed connection to the shaft 50, which leads to an output device. In this way, it is provided by this embodiment that it rotates the distribution device 30 together with the rotor 5 of the external rotor machine 8 and thus distributes cooling fluid due to centrifugal force when the downstream machine 8 is in operation.
Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung sowie einer damit ausgestatteten Antriebsanordnung lässt sich in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine realisieren. With the electrical drive device according to the invention and a drive arrangement equipped with it, optimal cooling of the electrical rotating machine can be implemented in a structurally simple and cost-effective manner.
Bezuqszeichenliste Reference list
I Rotationsachse I axis of rotation
3 Rotor der Innenläufer-Maschine 4 Stator der Innenläufer-Maschine 3 rotor of the internal rotor machine 4 stator of the internal rotor machine
5 Rotor der Außenläufer-Maschine 5 Rotor of the external rotor machine
6 Stator der Außenläufer-Maschine 6 stator of the external rotor machine
7 Innenläufer-Maschine 7 internal rotor machine
8 Außenläufer-Maschine 10 Wicklung 8 external rotor machine 10 winding
I I Wickelkopf I I winding head
20 Fluidzufuhreinrichtung 20 fluid supply device
21 Strömungskanal 21 flow channel
22 Auslass 30 Verteileinrichtung 22 outlet 30 distribution device
31 Nut 31 groove
32 Dichtung 32 Seal
33 Strömungsleitelement 33 flow guide element
34 radial inneres Element 35 radial äußeres Element 34 radially inner element 35 radially outer element
40 Nabe 40 hub
50 Welle 50 wave

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrische Rotationsmaschine mit einem um eine Rotationsachse (1) drehbaren Rotor (3,5) und einem bezüglich dem Rotor (3,5) statisch angeordneten Stator (4,6), sowie eine drehfest angeordnete Fluidzufuhreinrichtung (20) und eine mit der Fluidzufuhreinrichtung (20) strömungstechnisch verbundene, relativ zur Fluidzufuhreinrichtung (20) drehbare Verteileinrichtung (30) mit wenigstens einem Strömungsleitelement (33) zur Verteilung von Kühlfluid um die Rotationsachse (1) zu wenigstens einer Komponente der elektrischen Rotationsmaschine. 1. Electric rotary machine with a rotor (3,5) rotatable about an axis of rotation (1) and a stator (4,6) arranged statically with respect to the rotor (3,5), as well as a non-rotatably arranged fluid supply device (20) and one with the Fluid supply device (20) fluidically connected distribution device (30) rotatable relative to the fluid supply device (20) with at least one flow guide element (33) for distributing cooling fluid around the axis of rotation (1) to at least one component of the electrical rotating machine.
2. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) ringförmig ausgebildet ist, wobei die Verteileinrichtung (30) eine umlaufende Nut (31) ausbildet, deren Innenraum strömungstechnisch mit der Fluidzufuhreinrichtung (20) verbunden ist. 2. Electric rotary machine according to claim 1, characterized in that the distribution device (30) is annular, the distribution device (30) forming a circumferential groove (31), the interior of which is fluidically connected to the fluid supply device (20).
3. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhreinrichtung (20) i) an dem Stator (4,6) angeordnet ist oder von diesem ausgebildet ist, oder ii) an einem Gehäuse der elektrischen Rotationsmaschine angeordnet ist oder von diesem ausgebildet ist. 3. Electric rotary machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid supply device (20) i) is arranged on the stator (4, 6) or is formed by this, or ii) is arranged on a housing of the electric rotary machine or by this is trained.
4. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) mehrere radial ausgerichtete Strömungsleitelemente (33) aufweist zur Ausbringung des Kühlfluids in einer Strömungsrichtung mit radialer Komponente. 4. Electric rotary machine according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution device (30) has a plurality of radially aligned flow guide elements (33) for discharging the cooling fluid in a flow direction with a radial component.
5. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Strömungsleitelement (33) durch eine Bohrung ausgebildet ist. 5. Electric rotary machine according to claim 4, characterized in that a respective flow guide element (33) is formed by a bore.
6. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhreinrichtung (20) mehrere Strömungskanäle (21) zur Leitung des Kühlfluids zur Verteileinrichtung (30) aufweist. 6. Electrical rotary machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid supply device (20) has a plurality of flow channels (21) for conducting the cooling fluid to the distribution device (30).
7. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente (33) aufweist sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente (33) aufweist zur Ausbringung des Kühlfluids in Strömungsrichtungen mit nach radial innen bzw. radial außen ausgerichteter Komponente. 7. Electric rotary machine according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution device (30) has a plurality of radially inwardly oriented flow guide elements (33) and a plurality of radially outwardly oriented flow guide elements (33) for discharging the cooling fluid in flow directions with radially inward or radially outwardly aligned component.
8. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) mit dem Rotor (3,5) drehfest verbunden ist. 8. Electric rotary machine according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution device (30) is connected to the rotor (3, 5) in a rotationally fixed manner.
9. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie mit einer Abtriebseinrichtung. 9. Drive arrangement for a motor vehicle with an electric rotary machine according to one of claims 1 to 8 and with an output device.
10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebseinrichtung eine Welle (50) aufweist, wobei die Verteileinrichtung drehfest mit der Welle verbunden ist. 10. Drive arrangement according to claim 9, characterized in that the output device has a shaft (50), wherein the distribution device is connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
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