DE102014109177A1

DE102014109177A1 - Anordnung einer Elektromaschine und eines dieser nachgeschalteten Getriebes

Info

Publication number: DE102014109177A1
Application number: DE102014109177.9A
Authority: DE
Inventors: Werner Schiek; Leo Spiegel; Immo Stache; Daniel Knoblauch; Gerhard Spengler
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-01-07
Also published as: US20160006321A1; US10038354B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) einer Elektromaschine (6) und eines dieser nachgeschalteten Getriebes (4), insbesondere zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges, wobei das Getriebe (4) innerhalb der Elektromaschine (6) angeordnet ist und die Elektromaschine (6) eine Kühleinrichtung (14) aufweist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung dieser Art so weiterzubilden, dass mit hohem Wirkungsgrad, bei baulich einfacher Gestaltung, eine gute Kühlung sowohl der Elektromaschine als auch des dieser nachgeschalteten Getriebes gewährleistet ist. Diese Anordnung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine gemeinsame Kühleinrichtung (14) für die Elektromaschine (6) und das Getriebe (4), wobei die Kühleinrichtung (14) einen sowohl für die Kühlung der Elektromaschine (6) als auch für die Kühlung des Getriebes (4) genutzten Kühlwassermantel (15) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Elektromaschine und eines dieser nachgeschalteten Getriebes, wobei das Getriebe innerhalb der Elektromaschine angeordnet ist und die Elektromaschine eine Kühleinrichtung aufweist.
Insbesondere ist die Verwendung dieser Anordnung zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Dieses Kraftfahrzeug ist insbesondere ausschließlich elektrisch antreibbar, wobei jedem Rad des Kraftfahrzeugs eine Elektromaschine zugeordnet ist. Die Anordnung von Elektromaschine und dieser nachgeschalteten Getriebe kann durchaus auch bei einem Kraftfahrzeug in Hybridbauweise Anwendung finden.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art, zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeugs, ist aus der US 2006/0244317 A1 bekannt. Bei dieser weist die Elektromaschine einen außenliegenden oder innenliegenden Rotor auf. Bei einer dort vorgeschlagenen Variante wird der Stator der Elektromaschine wassergekühlt, wobei hierunter allgemein eine Flüssigkeitskühlung verstanden wird, um so die Elektromaschine vor einer Überhitzung zu schützen. Gemäß einer anderen dort vorgeschlagenen Variante wird die Kühlung der Elektromaschine extern vollzogen. Bei dieser bekannten Anordnung ist das innerhalb der Elektromaschine angeordnete Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass mit hohem Wirkungsgrad, bei baulich einfacher Gestaltung, eine gute Kühlung sowohl der Elektromaschine als auch des dieser nachgeschalteten Getriebes gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Anordnung einer Elektromaschine und eines dieser nachgeschalteten Getriebes, wobei die Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist somit eine gemeinsame Kühleinrichtung für die Elektromaschine und das Getriebe auf. Hierbei weist die Kühleinrichtung einen sowohl für die Kühlung der Elektromaschine als auch für die Kühlung des Getriebes genutzten Wasserkühlmantel auf.
Der Wasserkühlmantel ist bevorzugt zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe angeordnet. Der Wasserkühlmantel ist ringförmig um das Getriebe gelegt, zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Elektromaschine einen außenliegenden Rotor aufweist und der Wasserkühlmantel zwischen dem innenliegenden Stator der Elektromaschine und dem Getriebe angeordnet ist.
Baulich besonders einfach lässt sich der Wasserkühlmantel verwirklichen, wenn dieser in einen gehäusefesten Hohlzylinder integriert ist, der radial außen den Stator aufnimmt und radial innen Komponenten des Getriebes aufnimmt. Vorzugsweise ist das Getriebe vollständig innerhalb der Elektromaschine angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise der Anordnung, insbesondere unter dem Aspekt deren axialer Erstreckung. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Getriebe in axialer Richtung von Rotor und einer Getriebeausgangswelle weder in der einen, noch in der anderen Richtung über die Elektromaschine hinausragt.
Baulich besonders einfach ist die Anordnung gestaltet, wenn die Elektromaschine ein stationäres Gehäuse aufweist, wobei das Getriebe vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Gehäuse dient hierbei insbesondere der Aufnahme des Stators. Durch diese grundsätzliche Gestaltung ist gewährleistet, dass das stationäre Gehäuse sowohl die Elektromaschine als auch das Getriebe vollständig umschließt. Dies ist nicht nur unter dem Aspekt der damit verbundenen unterschiedlichen Varianten der Lagerung des Gehäuses, sondern auch unter dem Aspekt der Abdichtung der Anordnung nach außen von Vorteil.
Das Gehäuse ist vorzugsweise derart gestaltet, dass es radial außen einen äußeren Gehäuseabschnitt und zwischen diesen und einer Rotationsachse der Abtriebswelle des Getriebes innere Gehäuseabschnitte aufweist, wobei das Getriebe zwischen den inneren Gehäuseabschnitten angeordnet ist. Das Gehäuse umschließt somit die Elektromaschine und das Getriebe in einer im Wesentlichen U-förmigen Querschnittsform, bei in Richtung der Rotationsachse der Abtriebswelle des Getriebes offenem U.
Bevorzugt ist das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet. Es benötigt nur wenig Platz und kann so innerhalb der Elektromaschine günstig angeordnet werden, bei grundsätzlicher Möglichkeit der unterschiedlichen Gestaltung des Planetengetriebes. So ist insbesondere vorgesehen, dass das Planetengetriebe eingangsseitig ein Sonnenrad, ausgangsseitig ein Hohlrad, ferner Planetenräder, die dem Gehäuse zugeordnet sind, aufweist. Unter dem Aspekt der vorbeschriebenen Weiterbildung, wonach der Wasserkühlmantel in einen gehäusefesten Hohlzylinder integriert ist, der radial außen den Stator aufweist und radial innen Komponenten des Getriebes aufweist, wird es bezüglich des letztgenannten Teilmerkmals als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Hohlzylinder radial innen der Lagerung der Planetenräder des Planetengetriebes dient.
Vorzugsweise ist das Getriebe als 1- oder 2-stufiges Planetengetriebe bzw. Ravigneaux-Satz ausgeführt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:
1 ein Schnitt durch eine Anordnung einer Elektromaschine und eines dieser nachgeschalteten Getriebes, veranschaulicht in schematischer Darstellung.
Gezeigt ist in der Figur nur die eine Hälfte der Anordnung 1, die bezüglich einer Rotationsachse 2 einer Abtriebswelle 3 des Getriebes 4 rotationssymmetrisch ist.
In einem Gehäuse 5 ist sowohl – radial außen – die elektrische Maschine 6 als auch – radial innen – das Getriebe 4 angeordnet.
Der Bereich A veranschaulicht die außen angeordnete elektrische Maschine 6, der Bereich B das innen angeordnete Getriebe 4.
Die Elektromaschine 6 weist einen außenliegenden Rotor 7 und einen innenliegenden Stator 8 auf. Betreffend den Stator 8 ist ein Spulenkern mit der Bezugsziffer 9 und eine Spulenwicklung mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das stationäre Gehäuse 5 weist, radial außen, einen äußeren Gehäuseabschnitt 11 und zwischen diesem und der Rotationsachse 2 der Abtriebswelle 3 des Getriebes 4 innere Gehäuseabschnitte 12 auf. Zwischen den inneren Gehäuseabschnitten 12 sind sowohl die Elektromaschine 6 als auch das Getriebe 4 angeordnet. Radial innen ist der Rotor 7 mit Permanentmagneten 13 bestückt.
Die Elektromaschine 6 und das Getriebe 4 weisen eine gemeinsame Kühleinrichtung 14 auf. Diese weist einen Wasserkühlmantel 15 auf, der zwischen dem Stator 8 der Elektromaschine 6 und dem Getriebe 4 angeordnet ist. Konkret ist der Wasserkühlmantel 15 in einen Hohlzylinder 16 integriert, der in einem der inneren Gehäuseabschnitte 12 gelagert ist. Mit dem Hohlzylinder 16 ist radial außen der Stator 8 verbunden. Der Hohlzylinder 16 nimmt radial innen Komponenten des Getriebes 4. Mit der Bezugsziffer 17 sind den einen Gehäuseabschnitt 12 und den Hohlzylinder 16 durchsetzende Kühlleitungen zum Zu- und Abführen von Kühlwasser zum und vom Wasserkühlmantel 15 bezeichnet.
Das innerhalb des Hohlzylinders 16 angeordnete Getriebe 4 ist als Planetengetriebe ausgebildet. In zwei Rillenkugellagern 18 sind zwei Sonnenräder 19, 20 bezüglich der Rotationsachse 2 drehgelagert und es kämmt das Sonnenrad 19 mit Planetenrädern 21 und das Sonnenrad 20 mit Planetenrädern 22, die drehbar in Aufnahmen 23 gelagert sind, die mit dem Hohlzylinder 16 auf dessen radial inneren Seite verbunden sind. Der Rotor 7 ist über einen sich radial erstreckenden Ansatz 24 drehfest mit dem Sonnenrad 19 verbunden und dieser Ansatz 24 des Rotors 7 gleichfalls in dem diesem Sonnenrad 19 zugeordneten Rillenkugellager 18 gelagert. Somit treibt im Betrieb der Elektromaschine 6 der Rotor 7 das Sonnenrad 19 an und dieses über die Planeten 21 ein mit dem Planeten 21 kämmendes Hohlrad 25 an, das drehfest mit dem anderen Sonnenrad 20 verbunden ist und zwischen den Sonnenrädern 18 und 20 angeordnet ist. Dieses Sonnenrad 20 treibt über die Planeten 22 ein weiteres Hohlrad 26 an, das drehfest mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist. Die Abtriebswelle 3 dient dem Antreiben eines Rades eines Kraftfahrzeuges.
Bei der beschriebenen Anordnung 1 ist somit eine gemeinsame Kühleinrichtung 14 für die Elektromaschine 6 und das Getriebe 4 vorgesehen, wobei diese Kühleinrichtung 14 sowohl für die Kühlung der Elektromaschine 6 als auch für die Kühlung des Getriebes 5 den Kühlwassermantel 15 aufweist, der in direkter Nähe zu den miteinander kämmenden Komponenten des Getriebes 4 ist, nämlich jeweiligem Sonnenrad und Hohlrad sowie den mit diesen kämmenden Planetenrädern. Hierbei ist das Getriebe 4 vollständig innerhalb der Elektromaschine 6 angeordnet. Das Getriebe 4 ragt in axialer Richtung des Rotors 7 bzw. der Getriebeausgangswelle weder in der einen, noch in der anderen axialen Richtung der Rotationsachse 2 über die Elektromaschine 6 hinaus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0244317 A1 [0003]

Claims

Anordnung (1) einer Elektromaschine (6) und eines dieser nachgeschalteten Getriebes (4), insbesondere zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges, wobei das Getriebe (4) innerhalb der Elektromaschine (6) angeordnet ist und die Elektromaschine (6) eine Kühleinrichtung (14) aufweist, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Kühleinrichtung (14) für die Elektromaschine (6) und das Getriebe (4), wobei die Kühleinrichtung (14) einen sowohl für die Kühlung der Elektromaschine (6) als auch für die Kühlung des Getriebes (4) genutzten Kühlwassermantel (15) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwassermantel (15) zwischen der Elektromaschine (6) und dem Getriebe (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (6) einen außenliegenden Rotor (7) aufweist und der Kühlwassermantel (15) zwischen dem innenliegenden Stator (8) der Elektromaschine (6) und dem Getriebe (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwassermantel (15) in einen gehäusefesten Hohlzylinder (16) integriert ist, der radial außen den Stator (8) aufnimmt und radial innen Komponenten (21, 22) des Getriebes (4) aufnimmt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) vollständig innerhalb der Elektromaschine (6) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) in axialer Richtung von Rotor (7) und einer Getriebeausgangswelle weder in der einen, noch in der anderen axialen Richtung über die Elektromaschine (6) hinausragt.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (6) ein stationäres Gehäuse (5), insbesondere zur Aufnahme des Stators (8) aufweist, wobei das Getriebe (4) vollständig innerhalb des Gehäuses (5) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) radial außen einen äußeren Gehäuseabschnitt (11) und zwischen diesem und einer Rotationsachse (2) der Abtriebswelle des Getriebes (4) innere Gehäuseabschnitte (12) aufweist, wobei das Getriebe (4) zwischen den inneren Gehäuseabschnitten (12) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (4) eingangsseitig ein Sonnenrad (19), ausgangsseitig ein Hohlrad (25) sowie Planetenräder (21), die dem Gehäuse (5) zugeordnet sind, aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) als 1- oder 2-stufiges Planetengetriebe bzw. Ravigneaux-Satz ausgeführt ist.