DE102021200039A1

DE102021200039A1 - Elektrische maschine mit konfigurierbarer stator-/rotorkühlung

Info

Publication number: DE102021200039A1
Application number: DE102021200039.8A
Authority: DE
Inventors: Randall L. Long; Stacy K. Worley
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2021-08-12
Also published as: US11811296B2; BR102020024186A2; US20210249935A1; CN113258709A

Abstract

Eine elektrische Maschine beinhaltet eine Antriebsbaugruppe und ein Gehäuse. Die Antriebsbaugruppe weist einen Stator und einen relativ zum Stator um eine Antriebsachse drehbaren Rotor auf. Das Gehäuse enthält die Antriebsbaugruppe und weist Kühlmittelkanäle auf, wobei die Kühlmittelkanäle eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung, einen Statorzuführkreis, einen Rotorzuführkreis und einen Schnittpunkt definieren, der eine Fluidverbindung zwischen dem Statorzuführkreis und dem Rotorzuführkreis bereitstellt. Die Kühlmittelkanäle empfangen mindestens einen Kühlmitteleingang durch eine oder mehrere der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung, um Kühlmittel durch den Rotorzuführkreis zum Rotor und durch den Statorzuführkreis zum Stator zu leiten.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Maschinen, insbesondere auf die Kühlung von Elektromotoren und Generatoren.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Elektrische Maschinen (auch als „E-Maschinen“ bezeichnet), wie etwa verschiedene Elektromotoren (z. B. Wechselstrommotoren (AC) und Gleichstrommotoren (DC)), Generatoren und dergleichen, können in Arbeitsfahrzeugen installiert sein, wie sie beispielsweise in der Bau-, Land-, Forstwirtschaft, im Bergbau und in anderen Branchen verwendet werden. Solche elektrischen Maschinen können mit verschiedenen Komponenten des Arbeitsfahrzeugs verbunden sein, einschließlich bordeigener Vorrichtungen (z. B. Traktionsmotoren, die mit einem Getriebe oder einer Radachse verbunden sind), Arbeitsanbaugeräte (z. B. Stellglieder für Lader, Ballenpressen, Scharen usw.) und dergleichen. Die verschiedenen Anwendungen können unterschiedliche Arbeitszyklen erfordern, die zu deutlich unterschiedlichen Lastprofilen führen. Der Arbeitszyklus und das entsprechende Lastprofil für eine elektrische Maschine führen zu Wärmeerzeugung in verschiedenen Bereichen der elektrischen Maschine (z. B. einem Stator, Rotor, Rotormagneten, Welle und dergleichen). Beispielsweise können Anwendungen mit relativ höheren Drehzahlen und/oder Betriebszeiten zu einer relativ höheren Wärmebelastung von Rotoren und Rotormagneten führen. Anwendungen mit relativ niedrigeren Drehzahlen (z. B. Leerlauf) und/oder kürzeren Betriebszeiten können zu einem relativ hohen Strom und einer höheren Wärmebelastung in Statoren führen. Darüber hinaus können bestimmte Bereiche eines Rotors oder Stators größeren Wärmebelastungen ausgesetzt sein als andere Bereiche desselben Rotors oder Stators. Um Wärme abzuführen, können elektrische Maschinen Kühlsysteme aufweisen, die Kühlöl durch die Innenteile der Maschinen leiten. Eine universelle elektrische Maschine mit einem einzelnen Kühlungslayout kann die schwer belasteten Komponenten oder Bereiche der Elektromaschine möglicherweise nicht optimal kühlen, wenn sie in bestimmten Anwendungen betrieben wird. Elektrische Maschinen können mit Kühlsystemen hergestellt werden, die auf spezifische Komponenten oder Bereiche mit hoher Wärmeerzeugung für spezifische Anwendungen zugeschnitten sind, aber für jede Anwendung auf Kosten einer separaten elektrischen Maschinenkonstruktion gehen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung stellt eine elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung bereit.
In einem Aspekt stellt die Offenbarung eine elektrische Maschine mit einer Antriebsbaugruppe und einem Gehäuse bereit. Die Antriebsbaugruppe weist einen Stator und einen relativ zum Stator um eine Antriebsachse drehbaren Rotor auf. Das Gehäuse enthält die Antriebsbaugruppe und weist Kühlmittelkanäle auf. Die Kühlmittelkanäle definieren eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung, einen Statorzuführkreis, einen Rotorzuführkreis und einen Schnittpunkt, der eine Fluidverbindung zwischen dem Statorzuführkreis und dem Rotorzuführkreis bereitstellt. Die Kühlmittelkanäle empfangen mindestens einen Kühlmitteleingang durch eine oder mehrere der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung, um Kühlmittel durch den Rotorzuführkreis zum Rotor und durch den Statorzuführkreis zum Stator zu leiten.
In einem weiteren Aspekt stellt die Offenbarung eine elektrische Maschine bereit, die eine Antriebsbaugruppe, ein Gehäuse und eine Messblende beinhaltet. Die Antriebsbaugruppe weist einen Stator und einen relativ zum Stator um eine Antriebsachse drehbaren Rotor auf. Das Gehäuse enthält die Antriebsbaugruppe und weist Kühlmittelkanäle auf. Die Kühlmittelkanäle definieren eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung, einen Statorzuführkreis, einen Rotorzuführkreis und einen Schnittpunkt, der eine Fluidverbindung zwischen dem Statorzuführkreis und dem Rotorzuführkreis bereitstellt. Die Messblende ist innerhalb der Kühlmittelkanäle angeordnet und weist eine Dosieröffnung auf, die konfiguriert ist, um einen Kühlmittelstrom zu dem Statorzuführkreis zu messen. Die Kühlmittelkanäle empfangen mindestens einen Kühlmitteleingang durch eine oder mehrere der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung, um Kühlmittel durch den Rotorzuführkreis zum Rotor und durch den Statorzuführkreis zum Stator zu leiten.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs in Form eines landwirtschaftlichen Traktors, bei dem eine elektrische Maschine gemäß dieser Offenbarung verwendet werden kann;
2 ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine für das beispielhafte Arbeitsfahrzeug aus 1;
3 ist eine Ansicht ähnlich der aus 2 mit bestimmten internen Komponenten im Relief;
4 ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften elektrischen Maschine, die in der Ebene 4-4 von 2 genommen wurde;
5 ist eine Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 4, wobei bestimmte Teile entfernt wurden;
6 ist eine isometrische Teilquerschnittsansicht der beispielhaften elektrischen Maschine, die in der Ebene 6-6 von 2 genommen wurde;
7 ist eine vergrößerte Detailansicht eines Einlasses der beispielhaften elektrischen Maschine, die im Bereich 7-7 von 6 genommen wurde;
8 ist eine weitere vergrößerte Ansicht davon mit einem Schlauchanschluss; und
9 ist eine Teilquerschnittsansicht der beispielhaften elektrischen Maschine, die im Bereich 9-9 von 2 genommen wurde.

Gleiche Referenzsymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten elektrischen Maschine beschrieben, wie in den begleitenden Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet in Betracht gezogen werden.
Wie hierin verwendet, bezeichnen Listen mit Elementen, die durch konjunktive Ausdrücke (z. B. „und“) getrennt sind und denen auch der Ausdruck „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, Konfigurationen oder Anordnungen, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine Kombination davon beinhalten. Zum Beispiel bezeichnet „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von nur A, nur B, nur C oder einer beliebigen Kombination von zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B und C).
Außerdem können in der Detaillierung der Offenbarung Richtungs- und Ausrichtungsbegriffe, wie etwa „stromabwärts“, „stromaufwärts“, „längs“, „radial“, „axial“, „umlaufend“, „seitlich“ und „quer“, verwendet werden. Derartige Begriffe werden zumindest teilweise in Bezug auf eine elektrische Maschine, einen Kanal oder Kreislauf für Fluidströmung, einen Rotor, eine rotierende Welle und/oder einen Stator definiert. Wie hier verwendet, gibt der Begriff „längs“ eine Ausrichtung entlang der Länge der Vorrichtung an; der Begriff „seitlich“ gibt eine Ausrichtung entlang einer Breite der Vorrichtung und orthogonal zur Längsausrichtung an; und der Begriff „quer“ gibt eine Ausrichtung entlang der Höhe der Vorrichtung und orthogonal zur Längs- und Seitenausrichtung an. Diese Ausrichtungen können in Bezug auf ein Arbeitsfahrzeug oder eine Fahrtrichtung des Arbeitsfahrzeugs erfolgen, an dem die Komponenten befestigt werden.
ÜBERSICHT
Arbeitsfahrzeuge, wie etwa landwirtschaftliche Fahrzeuge, verwenden elektrische Maschinen in einer Vielzahl von Anwendungen an Bord des Arbeitsfahrzeugs und/oder in Verbindung mit angebrachten Arbeitsanbaugeräten. Diese Anwendungen können verschiedene Arbeitszyklen in Bezug auf Faktoren wie etwa Drehzahl (z. B. Umdrehungen pro Minute (U/min) eines Rotors der elektrischen Maschine), Betriebszeit, Leerlaufzeit, Temperatur, Leistungsabgabe und Variationen dieser Faktoren aufweisen. Beispielsweise kann ein Traktionsmotor ständig laufen, während das Arbeitsfahrzeug mit einer variierender Drehzahl in Betrieb ist, während ein Arbeitsanbaugerätestellglied intermittierend mit einer hohen Drehzahl oder im Leerlauf für lange Zeiträume mit einer niedrigen Drehzahl laufen kann. Elektrische Maschinen können ausgelegt sein, um die Leistung einer Antriebsbaugruppe (z. B. eines Stators, Rotors, Rotormagneten, einer Welle und dergleichen) in einem oder mehreren dieser bestimmten Arbeitszyklen zu optimieren. Insbesondere kann die Maschinenleistung mit der Kühlleistung korrelieren, da die Menge der kontinuierlichen Leistungsabgabe begrenzt sein kann, um eine Überhitzung zu vermeiden. Um die erforderliche Kühlung zu erreichen, die für elektrische Maschinen in bestimmten Anwendungen erforderlich ist, kann eine elektrische Maschine ausgelegt sein, um Wärme über eine Leitung (z. B. ein Gehäuse der elektrischen Maschine in Kontakt mit Statorspulen), eine Konvektion (z. B. Luft, die durch Spalte in Komponenten strömt, wobei Kühlmittel entlang Komponenten geleitet wird) oder Kombinationen davon abzuführen.
Im Allgemeinen kann zum Kühlen einer elektrischen Maschine eine Zufuhr von Kühlfluid (Kühlmittel) (z. B. unter Druck stehendes Öl, Luft oder dergleichen) entweder von einer externen Quelle (z. B. Fluid innerhalb einer verbundenen Komponente usw.) oder von einer internen Quelle (z. B. einem Fluidkreis von Öl in einem Arbeitsfahrzeugantriebsstrang, einem Arbeitsfahrzeughydrauliksystem usw.) bereitgestellt werden. Ein solches Kühlmittel nimmt direkt oder indirekt Wärme von verschiedenen Komponenten der elektrischen Maschine auf, die anschließend von den Komponenten abfließt. Diese Wärmeübertragung senkt die Temperatur der Komponenten der elektrischen Maschine, was die Leistung verbessern, Überhitzung verhindern und die Lebensdauer verbessern kann. Die Wirksamkeit der Wärmeübertragung kann durch das Kühlmittelvolumen, die Durchflussrate (z. B. Geschwindigkeit) des Kühlmittels oder die Stelle(n) des Kühlmittelstroms beeinflusst werden.
Ein Kühlsystem einer elektrischen Maschine kann ausgelegt sein, um Bereiche der erwarteten Wärmeerzeugung anzusprechen, indem ein relativ größerer Kühlmittelstrom über diese Bereiche geleitet wird. Ein solches gezieltes Kühlsystem kann in anderen Anwendungen mit anderen Arbeitszyklen unwirksam sein. Bestimmte herkömmliche Arbeitsfahrzeuge können eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Maschinen und/oder unterschiedlicher Kühlsysteme für unterschiedliche Anwendungen verwenden. Diese unterschiedlichen elektrischen Maschinen und/oder unterschiedlichen Kühlsysteme führen zu zusätzlichen Kosten für die Herstellung (z. B. Konstruktion, Fertigungswerkzeug, Lagerbestand) und für Reparatur/Austausch. Andere herkömmliche Arbeitsfahrzeuge können eine universelle elektrische Maschine für verschiedene Anwendungen verwenden. Solche universellen elektrischen Maschinen kühlen jedoch möglicherweise nicht so effektiv wie gezielte Konstruktionen, was zu einer schlechteren Leistung und einer kürzeren Lebensdauer führt. Außerdem kann eine unwirksame Kühlung zu höheren Materialkosten führen, da die Teile der elektrischen Maschine höheren Betriebstemperaturen standhalten müssen.
Diese Offenbarung stellt eine elektrische Maschine zur Verwendung in einem Arbeitsfahrzeug bereit, die diese und andere Aspekte herkömmlicher Anordnungen berücksichtigt. Die elektrische Maschine ist in der Lage, die erforderlichen Kühleigenschaften mehrerer Anwendungen zu erreichen, ohne das Gehäuse, den Rotorzuführkreis oder den Statorzuführkreis neu zu gestalten oder zu modifizieren. In einem anderen Sinne sind die Kühleigenschaften der elektrischen Maschine nach der Herstellung der elektrischen Maschine definierbar. Gleichermaßen können die Kühleigenschaften geändert werden, ohne wesentliche Komponenten der elektrischen Maschine (z. B. Gehäuse, Stator und Rotor) zu ändern. Zusätzlich stellt die Offenbarung ferner eine elektrische Maschine bereit, bei der der Kühlmittelstrom zu einem bestimmten Bereich durch eine Messblende mit einer Dosieröffnung definiert sein kann. Die Dosieröffnung ist so dimensioniert, dass nachgelagert in einem gewünschten Bereich eines Kühlkreises (z. B. Stator- oder Rotorzuführkreis) eine gewünschte Kühlmittelströmungsrate auftritt.
In bestimmten Ausführungsformen kann die offenbarte elektrische Maschine ein Elektromotor mit einem Gehäuse sein, das eine Antriebsbaugruppe enthält, die einen Stator und Rotor beinhaltet, wobei der Rotor um eine Antriebsachse relativ zum Stator drehbar ist. Das Gehäuse definiert Kühlmittelkanäle, die einen Rotorzuführkreis und einen Statorzuführkreis beinhalten, die jeweils den Kühlmittelstrom in Richtung des Rotors und Stators leiten. Der Rotorzuführkreis weist einen äußeren Durchgang auf, der sich axial entlang des Gehäuses zu einem radialen Endkanal erstreckt, der sich zur Mitte des Elektromotors erstreckt. Der radiale Endkanal verbindet sich mit einem Kühlmittelkanal, der sich durch eine Rotorwelle erstreckt, und anschließend mit radialen Kanälen, die sich zu Permanentmagneten des Rotors erstrecken. Der Statorzuführkreis weist einen oder mehrere gewundene Kanäle auf, die in einem Innenumfang des Gehäuses definiert sind, um Kühlmittel entlang eines Außenumfangs der Wicklungen des Stators zu leiten. Der Statorzuführkreis kommuniziert mit einem Sprühring, der Kühlmittel auf Endwindungen der Wicklungen des Stators sprüht.
In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die elektrische Maschine ein einheitliches Gehäuse (z. B. ein gegossenes Metallgehäuse) mit Kühlmittelkanälen, die als Teil des Gehäuses ausgebildet sind. Die Kühlmittelkanäle definieren in Fluidverbindung eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung, einen Statorzuführkreis und einen Rotorzuführkreis. Eine oder beide der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung können einen Kühlmitteleingang empfangen. Wenn eine der ersten oder zweiten Einlassöffnung verwendet wird, kann die andere Einlassöffnung blockiert werden oder als Auslass verwendet werden. Die elektrische Maschine stellt somit ein Gehäuse bereit, das als einstückige Einheit mit mehreren Zuführkreisen kostengünstig herzustellen ist.
In einem Aspekt kann die offenbarte elektrische Maschine in Bezug auf eine Strömungsquelle konfigurierbar sein. Um eine Anpassung zu ermöglichen, kann die elektrische Maschine zwei separate Einlässe aufweisen, die das Kühlmittelsystem zuführen. Bestimmte Ausführungsformen können einen Kühlmitteleingang von einem ersten Einlass, wie etwa an einem axialen Ende des Gehäuses, oder von einem zweiten Einlass, wie etwa zwischen axialen Enden des Gehäuses, ermöglichen. Die elektrische Maschine kann entweder über einen oder beide der separaten Einlässe mit Kühlmittel versorgt werden. Wenn nur ein Einlass verwendet wird, kann der andere Einlass blockiert (z. B. verschlossen) sein. Jeder der ersten und zweiten Einlässe können in Fluidverbindung mit sowohl einem Rotorzuführkreis als auch einem Statorzuführkreis stehen. Auf diese Weise ist die elektrische Maschine ohne weiteres an verschiedene Quellen und/oder Arten von Kühlmittelströmen anpassbar, ohne dass Herstellungsprozesse neu gestaltet oder wesentlich geändert werden. Bestimmte andere Ausführungsformen können es ermöglichen, dass der primäre Einlass als Auslass fungiert.
In einem weiteren Aspekt kann das Kühlsystem eine Messblende aufweisen, die in den Kühlmittelkanälen montiert ist, um die Menge an Kühlmittelstrom zu einem Abschnitt der elektrischen Maschine zu messen, wie etwa einem Statorzuführkreis. Die Messblende kann eine Dosieröffnung beinhalten, um die Durchflussrate (d. h. Geschwindigkeit) und das Volumen des Kühlmittelstroms durch diesen zu steuern. In bestimmten Ausführungsformen sind die Messblende und die Dosieröffnung vorgelagert von einem Statorzuführkreis positioniert, um einen Kühlmittelstrom zum Statorkreis zu dosieren. Die Dosieröffnung kann auch die Durchflussrate und das Volumen des Kühlmittelstroms zum Rotorzuführkreis aufgrund einer Fluidverbindung zwischen dem Stator und dem Rotorzuführkreis steuern. Die Messblende kann ein einstückiges Teil des Gehäuses sein oder sie kann entfernbar und durch eine andere Messblende mit einer unterschiedlich großen Dosieröffnung austauschbar sein. Somit kann die offenbarte elektrische Maschine neu konfiguriert werden, indem nur ein relativ kleines Teil geändert wird, das von außen zugänglich ist.
In noch einem weiteren Aspekt kann das Kühlmittelsystem der offenbarten elektrischen Maschine konfiguriert sein, um eine gewünschte Kühlmittelströmungscharakteristik nachgelagert (z. B. in einem Statorzuführkreis und/oder einem Rotorzuführkreis) über eine Messblende mit einer Dosieröffnung bereitzustellen, wie oben angemerkt. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet ein Statorzuführkreis einen Sprühring zum Kühlen eines Abschnitts des Stators, wie etwa Endwindungen von leitfähigen Spulen. Ein solcher Sprühring benötigt zur Leistungsoptimierung eine bestimmte Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit. Insbesondere wenn die Geschwindigkeit zu niedrig ist, kann das Kühlmittel nicht weit genug sprühen, um die Endwindungen zu erreichen, und wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist, kann das Kühlmittel bei minimaler Wärmeübertragung verdampfen und/oder von den Endwindungen ablenken. Bei einer angemessenen Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit breitet sich das Kühlmittel aus dem Sprühring über die Endwindungen in einer flächigen oder allgemein laminaren Strömung aus, was den Oberflächenkontakt des Kühlmittels und dadurch die Wärmeübertragung maximiert. Die Dosieröffnung kann so bemessen sein, dass der für eine bestimmte Anwendung erforderliche Strom zu der richtigen Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit am Sprühring führt. In diesem Sinne sind die Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit und die Sprühringleistung von der Größe der Dosieröffnung der Messblende abhängig.
Das Kühlsystem ist für eine verbesserte Kühlung des Stators, des Rotors und anderer Bereiche mit hoher Wärme der elektrischen Maschine konfigurierbar, wodurch die Lebensdauer der elektrischen Maschine verlängert wird. Die offenbarte elektrische Maschine kann auch erhebliche Einsparungen bei den Herstellungskosten bereitstellen. Mit einem konfigurierbaren Kühlsystem kann ein einzelnes Design einer elektrischen Maschine in einer Vielzahl von Anwendungen mit unterschiedlichen Arbeitszyklen und unterschiedlichen Kühlanforderungen verwendet werden, wodurch Lagerbestandsanforderungen, Fließbandaufbau und Materialkosten reduziert werden.
Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Implementierungen der offenbarten elektrischen Maschine beschrieben. Die hierin enthaltene Erläuterung kann sich manchmal auf die beispielhafte Anwendung eines Kühlteilsystems für eine elektrische Maschine konzentrieren, die mit einem Getriebe eines landwirtschaftlichen Traktors gekoppelt ist, aber die offenbarte angetriebene Achse kann auch für andere Arten von gekoppelten Komponenten und Arbeitsfahrzeugen verwendet werden, einschließlich verschiedener anderer landwirtschaftlicher Maschinen (z. B. Mähdrescher, Erntemaschinen, Ballenpressen, Mäher) sowie verschiedener land- oder forstwirtschaftlicher Maschinen (z. B. Lader, Schaber, knickgelenkte Muldenkipper, Forstschlepper und so weiter) und Nutzfahrzeuge. Während im Folgenden die elektrische Maschine im Zusammenhang mit einem Traktionsmotor beschrieben wird, sind Aspekte der Offenbarung auch auf elektrische Maschinen für andere Anwendungen anwendbar, insbesondere Generatoren und Nicht-Traktionsmotoren. Zusätzliche beispielhafte Anwendungen umfassen insbesondere angetriebene Radachsen oder die Elektrifizierung von Hydrauliksystemen wie hydraulischen Frontladern oder Proportional-Integral-Ventilen (PI-gesteuerten Ventilen).
BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN FÜR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE
Bezugnehmend auf 1 kann das offenbarte Arbeitsfahrzeug 10 in einigen Ausführungsformen ein landwirtschaftlicher Traktor sein, obwohl, wie angemerkt, die hierin beschriebene elektrische Maschine auf eine Vielzahl von Maschinen anwendbar sein kann, wie etwa Baufahrzeuge, Forstfahrzeuge und andere landwirtschaftliche Fahrzeuge. Wie gezeigt, kann davon ausgegangen werden, dassdas Arbeitsfahrzeug 10 einen strukturellen Hauptrahmen oder ein Fahrgestell 12, einen Antriebsstrang 14, eine Bedienerplattform oder Bedienerkabine 16, ein Steuersystem 18 und ein Hydrauliksystem 20 beinhaltet. Das Arbeitsfahrzeug 10 kann über dem Boden durch bodeneingreifende Räder oder Raupenketten getragen werden. Im veranschaulichten Beispiel beinhaltet das Arbeitsfahrzeug 10 eine Vorderachse (nicht gezeigt), an der lenkbare Räder 22 montiert sind (eines an jeder linken/rechten lateralen Seite des Arbeitsfahrzeugs 10) und eine Hinterachse (in 1 nicht gezeigt) an denen Räder 24 (eines oder mehrere an jeder linken/rechten Seite des Arbeitsfahrzeugs 10) montiert sind.
Generell weist der Antriebsstrang 14 Radlenkkomponenten 26 auf, einschließlich verschiedener Vorrichtungen (z. B. Servolenkungspumpen und -leitungen, Lenkmechanismen und dergleichen), die manuelle (z. B. Bedienerlenksteuerungen oder Räder) und/oder automatisierte (über das Steuersystem 18) Lenkeingaben an die Räder koppeln, wie etwa die lenkbaren Räder 22. Der Antriebsstrang 14 enthält eine Antriebsquelle, wie beispielsweise einen Motor 28, der das Arbeitsfahrzeug 10 mit Leistung versorgt, entweder als direkte mechanische Leistung oder nach Umwandlung in elektrische oder hydraulische Leistung. In einem Beispiel ist der Motor 28 ein Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Dieselmotor, der von einem Motorsteuermodul (nicht gezeigt) des Steuersystems 18gesteuert wird. Es ist anzumerken, dass die Verwendung eines Verbrennungsmotors lediglich ein Beispiel darstellt, da die Antriebsquelle eine Brennstoffzelle, ein Elektromotor, ein Hybrid-Gas-Elektromotor oder eine sonstige leistungserzeugende Vorrichtung sein kann. Ein Getriebe 30 ist im Antriebsstrang 14 enthalten, um Leistung vom Motor 28 mechanisch auf eines oder mehrere der Räder 22, 24 zu übertragen.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Getriebe 30 ein variables Getriebe, das als unendlich variables Getriebe (Infinitely Variable Transmission, „IVT“) bezeichnet wird und zusätzlich zum mechanischen Leistungspfad vom Motor 28 einen elektrischen Leistungspfad zum Getriebe 30 beinhaltet. Das Getriebe 30 beinhaltet eine stufenlos variable Leistungsquelle (Continuously Variable Power Source, „CVP“) 32 zum Bereitstellen des elektrischen Leistungspfads. Die CVP 32 verwendet eine erste elektrische Maschine 34 und eine zweite elektrische Maschine 36, die als Motor-Generator-Paar angeordnet sein können, wobei die erste elektrische Maschine 34 als Generator wirkt und die zweite elektrische Maschine 36 als Motor wirkt, der an das Getriebe 30 abgibt. Das Getriebe 30 ist in der Lage, Leistung von entweder einem oder beiden Motoren 28 und der CVP 32 zu empfangen. Zum Beispiel kann das Getriebe ein Variatorgetriebe (nicht gezeigt) beinhalten, das einen oder mehrere Planetenradsätze, Zahnradkomponenten und dergleichen implementiert. Das Variatorgetriebe kann Konfigurationen bereitstellen, die die Leistungsausgaben des Motors 28 und der CVP 32 kombinieren oder nur Leistungsausgaben entweder von dem Motor 28 oder der CVP 32 übertragen, was zu mehreren Getriebekonfigurationen führt, die den Motor 28 und/oder die CVP 32 mit einem oder mehreren der Räder 22, 24 koppeln. Infolgedessen überträgt das Getriebe 30 für unterschiedliche Betriebsbedingungen (z. B. Fahrgeschwindigkeit, Drehmoment, Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, Hilfsenergie, die zum Betätigen eines Arbeitsanbaugeräts aufgenommen wird, und dergleichen) des Arbeitsfahrzeugs 10 selektiv Nutzleistung in mehreren Modi, wie etwa: einem Nur-Motor-Modus, einem Nur-CVP-Modus oder einem Split-Modus von sowohl dem Motor 28 als auch der CVP 32. Die erste und die zweite elektrische Maschine 34, 36 dieses Beispiels erfahren unterschiedliche Arbeitszyklen und können unterschiedliche Bereiche der internen Wärmeerzeugung aufweisen. Dennoch können im Hinblick auf das Folgende die erste und zweite elektrische Maschine 34, 36 aus im Wesentlichen den gleichen Komponenten konstruiert sein, während Kühlcharakteristiken separat für die jeweilige erwartete Wärmeerzeugung innerhalb jeder jeweiligen elektrischen Maschine konfiguriert sind.
Zusätzlich zur Bereitstellung von Zugkraft zum Antreiben des Arbeitsfahrzeugs 10 kann der Motor 28 Leistung an verschiedene bordeigene Teilsysteme (einschließlich anfänglicher Antriebsleistung an die CVP 32), einschließlich verschiedener elektrischer und hydraulischer Komponenten des Arbeitsfahrzeugs, und zum Abgeben von Leistung an andere Teilsysteme, die vom Arbeitsfahrzeug 10 entfernt sind, bereitstellen. Beispielsweise kann der Motor 28 mechanische Leistung bereitstellen, die in ein elektrisches Format umgewandelt wird, um die Elektronik des Steuersystems 18 und einen oder mehrere elektrische Antriebe des Arbeitsfahrzeugs 10 zu betreiben. Das Steuersystem 18 kann somit mechanische in elektrische Leistungsumwandlungskomponenten 38, eine oder mehrere Batterien 40 und zugehörige Elektronik, einschließlich verschiedener Lichtmaschinen, Generatoren, Spannungsregler, Gleichrichter, Wechselrichter und dergleichen, aufweisen. Der Motor 28 kann auch mechanische Leistung bereitstellen, die in ein hydraulisches Format umgewandelt wird, um verschiedene Pumpen und Kompressoren anzutreiben, die Fluid unter Druck setzen, um verschiedene Stellglieder des Hydrauliksystems 20 anzutreiben, um das Lenken und Bremsen der Räder und für die verschiedenen Arbeitsanbaugeräte an Bord des Arbeitsfahrzeugs 10 anzutreiben. In diesem Beispiel kann das Arbeitsfahrzeug 10 die Montage von Arbeitsanbaugeräten unterstützen (nicht gezeigt, z. B. einen Frontlader, der während des Betriebs durch eine oder mehrere hydraulische Kolben-Zylinder-Vorrichtungen, ein nachgeschlepptes Arbeitswerkzeug oder dergleichen angehoben und abgesenkt werden kann). Das Hydrauliksystem 20 kann mit dem Steuersystem 18 in Reaktion auf Befehle von einer Bedienereingabevorrichtung (z. B. Bedienersteuerungen, Bedieneranzeigevorrichtung usw.) in der Kabine 16 oder entfernt vom Arbeitsfahrzeug 10 gekoppelt und von diesem betrieben werden. Das Hydrauliksystem 20 kann weitere Komponenten (z. B. Ventile, Strömungsleitungen, Kolben/Zylinder, Dichtungen/Abdichtungen usw.) beinhalten, so dass die Steuerung verschiedener Vorrichtungen mit und basierend auf hydraulischen, mechanischen oder anderen Signalen und Bewegungen erfolgen kann.
Das Steuersystem 18 kann als eine Rechenvorrichtung mit zugehörigen Prozessorvorrichtungen und Speicherarchitekturen, als fest verdrahtete Rechenschaltung (oder -schaltungen), als programmierbare Schaltung, als hydraulische, elektrische oder elektrohydraulische Steuerung konfiguriert werden. Das Steuersystem 18 kann konfiguriert sein, um verschiedene computerbasierte Funktionen und Steuerfunktionen in Bezug auf das Arbeitsfahrzeug 10 auszuführen, einschließlich verschiedener Vorrichtungen, die dem Antriebsstrang 14, dem Hydrauliksystem 20 und verschiedenen zusätzlichen Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 10 zugeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 18 konfiguriert sein, um Eingabesignale in verschiedenen Formaten (z. B. als Hydrauliksignale, Spannungssignale, Stromsignale, usw.) zu empfangen und Befehlssignale in verschiedenen Formaten (z. B. als Hydrauliksignale, Spannungssignale, Stromsignale, mechanische Bewegungen, wie etwa Drehung usw.) auszugeben. Das Steuersystem 18 ist konfiguriert, um verschiedene Aspekte der offenbarten elektrischen Maschine zu betreiben, die einen Teil des Antriebsstrangs 14 oder einen Teil eines anderen Teilsystems des Arbeitsfahrzeugs 10 bilden kann.
Bezugnehmend auch auf 2 ist eine beispielhafte elektrische Maschine 50 gezeigt und ist auf die erste elektrische Maschine 34 und/oder die zweite elektrische Maschine 36, die vorstehend erörtert wurde, sowie auf verschiedene alternative elektrische Maschinenanwendungen anwendbar. Die elektrische Maschine 50 weist ein Gehäuse 52 auf, das eine hohle ringförmige (z. B. zylindrische) Form mit einer äußeren Umfangsfläche 54 aufweist und sich um eine axiale Referenzachse R (z. B. eine Antriebsachse) von einem ersten axialen Ende (z. B. einem Antriebsende 56) zu einem zweiten axialen Ende (z. B. einem Nichtantriebsende 58) erstreckt. Das Antriebsende 56 kann einen Montageflansch 60 mit einer Vielzahl von Montagebohrungen 62 zur Befestigung (z. B. über Schrauben) an einem festen Teil des Getriebes 30 (z. B. einem Gehäuse oder dergleichen) oder einer anderen nahegelegenen Komponente beinhalten. Das Antriebsende 56 beinhaltet auch eine Abtriebswelle 64 zum Liefern oder Empfangen von Drehleistung. Ein oder mehrere Verbinder 66, 68 sind für verschiedene Zwecke an dem Gehäuse 52 angeordnet, wie zum Beispiel zum Zuführen von Leistung von dem Antriebsstrang 14 oder Batterien 40 des Arbeitsfahrzeugs 10 und zum Bereitstellen einer drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Steuersystem 18.
Bezugnehmend auch auf die 3-6 kann die elektrische Maschine 50 ein Permanentmagnetmotor mit einer Antriebsbaugruppe 70 sein, die einen Stator 72 und einen Rotor 74 beinhaltet. Der Stator 72 beinhaltet ein Blechpaket 76, das aus einer Vielzahl von Blechen 78 gebildet ist, obwohl der Stator 72 in anderen Beispielen (nicht abgebildet) ein massives oder geteiltes Kernmaterial umfassen kann. Die Vielzahl von Blechen 78 sind ein ferromagnetisches Material, das in einer ringförmigen Form angeordnet ist, um koaxial miteinander um den Rotor 74 ausgerichtet zu sein. Der Stator 72 beinhaltet ferner Drahtspulen 80, die radial in innere Abschnitte der Vielzahl von Blechen 78 positioniert (z. B. um diese gewickelt) sind. Die Drahtspulen 80 beinhalten axiale Endwindungen 82, 84, die sich axial über die Vielzahl von Blechen 78 hinaus erstrecken. In einigen Anwendungen, wie etwa Anwendungen mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl, können die Drahtspulen 80 eine erhebliche Quelle konzentrierter Wärmeerzeugung sein. Wie in 6 gezeigt, sind eine Vielzahl von Schlitzen 86 und eine Vielzahl von Vorsprüngen 88 an einem radial inneren Abschnitt jeder der Vielzahl von Blechen 78 angeordnet. Die Vielzahl von Schlitzen 86 kann symmetrisch und gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Referenzachse R beabstandet sein. Beim Zusammenbau sind die Drahtspulen 80 des Stators 72 in der Vielzahl von Schlitzen 86 montiert und um einen oder mehrere der Vielzahl von Vorsprüngen 88 gewickelt.
Der Rotor 74 weist eine Rotorwelle 90 auf, die integraler Bestandteil der Ausgangswelle 64 sein kann oder an diese gekoppelt sein kann, die zur gemeinsamen Drehung um die Referenzachse R konfiguriert ist. Der Rotor 74 beinhaltet außerdem einen Rotorkern 92, der zur gemeinsamen Drehung mit der Rotorwelle 90 montiert ist. Die Rotorwelle 90 kann zur Drehung relativ zu dem Gehäuse 52 durch ein oder mehrere Lager gelagert sein, zum Beispiel eine erste Rollenlagerbaugruppe 94 und eine zweite Rollenlagerbaugruppe 96, die jeweils an dem Antriebsende 56 und dem Nichtantriebsende 58 montiert sind. Der Rotorkern 92 ist aus einer Vielzahl von Rotorblechen 98 gebildet. Endplatten 100 sind an jedem axialen Ende des Rotors 74 bereitgestellt, um die Vielzahl von Rotorblechen 98 einzukapseln.
Wie in 6 gezeigt, beinhaltet jedes der Vielzahl von Rotorblechen 98 einen oder mehrere Magnete, wie etwa eine Vielzahl von Hohlräumen 102, die eine Vielzahl von Permanentmagneten 104 tragen, zur Magnetfelderzeugung. Die Vielzahl von Permanentmagneten 104 ist in Umfangsrichtung um die Referenzachse R beabstandet. Die Vielzahl von Permanentmagneten 104 ist so angeordnet, dass sich die alternierenden Polaritäten der Vielzahl von Permanentmagneten 104 an den Drahtspulen 80 des Stators 72 vorbei drehen. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Vielzahl von Hohlräumen 102 in einer im Allgemeinen V-förmigen sich wiederholenden Konfiguration angeordnet, so dass die Vielzahl von Permanentmagneten 104 nacheinander mit wechselnden Polaritäten positioniert ist, um ein magnetisches Wechselfeld zu induzieren, wenn sich der Rotor 74 dreht. In Anwendungen mit hoher Rotationsgeschwindigkeit können die Permanentmagnete 104 eine bedeutende Wärmeerzeugungsquelle sein.
Das Gehäuse 52 der elektrischen Maschine 50 beinhaltet verschiedene Strukturen zum Einführen von Kühlmittel in die elektrische Maschine und zum Unterstützen des Verteilens von Kühlmittel um die Antriebsbaugruppe 70. Das Gehäuse 52 weist eine erste Einlassöffnung 110 an dem Antriebsende 56 in dem Montageflansch 60 auf und koppelt ein Inneres des Gehäuses 52 fluidisch an das Innere einer passenden Komponente (nicht gezeigt), wodurch gemeinsames Kühlmittel ohne separate Rohrleitungen ermöglicht wird. Es versteht sich, dass sich die erste Einlassöffnung 110 in anderen Beispielen oder Anwendungen an dem axialen Ende 58 ohne Antrieb oder in anderen Bereichen der elektrischen Maschine 50 befinden kann. Die erste Einlassöffnung 110 kann selektiv einen Kühlmitteleingang bereitstellen oder in bestimmten alternativen Beispielen einen Kühlmittelausgang bereitstellen. Das Gehäuse 52 weist einen Zwischenflansch 112 auf, der sich zwischen dem Antriebsende 56 und dem Nichtantriebsende 58 befindet, mit einer oder mehreren Bohrungen 114 für zusätzliche Befestigungen, zum Beispiel zusätzliche Montage der elektrischen Maschine 50 oder Befestigung einer verbundenen Komponente, die von der elektrischen Maschine 50 angetrieben wird. Der Zwischenflansch 112 beinhaltet auch eine externe Öffnung 116, die eine zweite Einlassöffnung 118 bereitstellt, die extern mit einem Stopfen 120 verschlossen ist und fluidisch mit der ersten Einlassöffnung 110 gekoppelt ist. Das Gehäuse 52 kann einstückig (z. B. einstückig aus demselben Material zur gleichen Zeit durch denselben Prozess ausgebildet sein) mit einem oder mehreren von dem Montageflansch 60 und dem Zwischenflansch 112 ausgebildet sein.
Das Gehäuse 52 der elektrischen Maschine 50 beinhaltet Kühlmittelkanäle 122 zum Bereitstellen eines Stroms von Kühlmittelfluid (z. B. flüssiges Öl) durch die elektrische Maschine 50. Die Kühlmittelkanäle 122 beinhalten die erste Einlassöffnung 110 und die zweite Einlassöffnung 118 zum Aufnehmen eines oder mehrerer eines ersten Kühlmitteleingangs 124 und eines zweiten Kühlmitteleingangs 126. Die Kühlmittelkanäle 122 beinhalten auch einen Statorzuführkreis 128 und einen Rotorzuführkreis 130. Eine Messblende 132 ist in der externen Öffnung 116 positioniert, um den Kühlmittelstrom zum Statorzuführkreis 128 zu messen (und im Effekt auch, um den Strom zum Rotorzuführkreis 130 zu messen). In dem veranschaulichten Beispiel erstreckt sich ein vorgelagerter Kanal 134 der Kühlmittelkanäle 122 von der ersten Einlassöffnung 110 zu einem Schnittpunkt 136, der zu der Öffnung 132 und der zweiten Einlassöffnung 118 führt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Schnittpunkt 136 zusammen mit dem Zwischenflansch 112 an jeder beliebigen axialen Stelle entlang des Gehäuses 52 zwischen dem Antriebsende 56 und dem Nichtantriebsende 58 positioniert sein kann. Es ist ebenfalls zu beachten, dass gebrauchtes Kühlmittel aus dem Statorzuführkreis 128 und dem Rotorzuführkreis 130 zu einem der axialen Enden (Antriebsende 56 und Nicht-Antriebsende 58) des Gehäuses 52 strömen und als ein Antriebsende-Abflussstrom 138 oder ein Nichtantriebsende-Abflussstrom 140 austreten kann.
Der Rotorzuführkreis 130, wie in 3 dargestellt, erstreckt sich anfänglich axial von dem Zwischenflansch 112 weg in Richtung des Nichtantriebsendes 58 der elektrischen Maschine 50. Der Statorzuführkreis 128 erstreckt sich anfänglich um einen Umfang des Gehäuses 52 mit gewundenen Kühlmittelkanälen 142 in mehreren Zweigen, die axial beabstandet sind. Aufgrund der Fluidverbindung des Statorzuführkreises 128 und des Rotorzuführkreises 130 an den Schnittpunkt 136 kann davon ausgegangen werden, dass der Statorzuführkreise 128 die erste Einlassöffnung 110, den vorgelagerten Kanal 134 und die zweite Einlassöffnung 118 beinhaltet. Alternativ kann davon ausgegangen werden, dass der Rotorzuführkreis 130 die erste Einlassöffnung 110, den vorgelagerten Kanal 134 und die zweite Einlassöffnung 118 beinhaltet.
Die gewundenen Kühlmittelkanäle 142 des Statorzuführkreises 128 sind an einer inneren Umfangsfläche 144 des Gehäuses 52 ausgebildet, wie in 5 gezeigt und in 3 im Relief gezeigt. Bei dieser Anordnung strömt der Kühlmittelstrom durch die gewundenen Kühlmittelkanäle 142 in physischem Kontakt mit einem Außenumfang 146 der Vielzahl von Blechen 78 des Stators 72 zur direkten konvektiven Kühlung. In dem veranschaulichten Beispiel mit drei Verzweigungen der gewundenen Kühlmittelkanäle 142 ist ein wesentlicher Kontaktbereich zwischen Kühlmittel in dem Statorzuführkreis 128 und dem Außenumfang 146 der Vielzahl von Blechen 78 bereitgestellt, was zu einer wesentlichen Kühlung führt. Die gewundenen Kühlmittelkanäle 142 können anschließend mit einem oder mehreren Sprühringen 148 (siehe 4) zum Kühlen der axialen Endwindungen 82, 84 der Drahtspulen 80 des Stators 72 verbunden werden.
Der Rotorzuführkreis 130 ist angeordnet, um einen oder mehrere der ersten und zweiten Kühlmitteleingänge 124, 126 von der ersten Einlassöffnung 110 und/oder der zweiten Einlassöffnung 118 zu und durch den Rotor 74 zu übertragen. Um dies zu erreichen, weist der Rotorzuführkreis 130 einen äußeren axialen Kanal 150 auf, der sich axial von der zweiten Einlassöffnung 118 in Richtung des Nichtantriebsendes 58 der elektrischen Maschine 50 erstreckt. Anschließend erstreckt sich an dem Nichtantriebsende 58 ein radialer Endkanal 152 radial nach innen in Richtung des Rotors 74. Ein axialer Kühlmittelkanal 154 erstreckt sich durch die Rotorwelle 90 und entlang der Referenzachse R. Der axiale Kühlmittelkanal 154 endet an einem Auslass 156 der Rotorwelle 90 mit einem Kühlmittelabfluss 158, der als Keilschmiermittel für die Abtriebswelle 64 oder zur anderen Kühlung nachgelagert von der Abtriebswelle 64 außerhalb der elektrischen Maschine 50 dienen kann.
Der Rotorzuführkreis 130 zweigt von dem axialen Kühlmittelkanal 154 ab, um Kühlmittel an den Rotorkern 92 zu liefern. Insbesondere schneiden ein oder mehrere radiale Kanäle 160 den axialen Kühlmittelkanal 154 an entsprechenden Kernöffnungen 162 und erstrecken sich in den Rotorkern 92. Weiter von dem einen oder den mehreren radialen Kanälen 160 beinhaltet der Rotorkern 92 axiale Kühlmittelkanäle 164, um Kühlmittel zu ermöglichen, in beiden axialen Richtungen weg von dem einen oder den mehreren radialen Kanälen 160 zu strömen. Die axialen Kühlmittelkanäle 164 sind in Umfangsrichtung mit jeder V-Form der Vielzahl von Hohlräumen 102 durchsetzt, um Kühlmittel axial durch den Rotorkern 92 und zwischen der Vielzahl von Rotorblechen 98 abzugeben. Dementsprechend leitet der axiale Kühlmittelkanal 154 der Rotorwelle 90 Kühlmittel zu einem oder mehreren radialen Kanälen 160, die Kühlmittel zu der Vielzahl von Permanentmagneten 104 im Rotorkern 92 leiten, was eine Stelle mit konzentrierter Wärmeerzeugung in einigen Anwendungen der elektrischen Maschine 50 mit hohen Drehgeschwindigkeiten sein kann. Die Endplatten 100 ermöglichen einen Kühlmittelabfluss aus dem Rotorzuführkreis 130 und stellen eine leitfähige Kühlung aus dem Rotor 74 bereit. Der Rotorzuführkreis 130 kann auch Kühlmittelkanäle für die erste Rollenlagerbaugruppe 94 und die zweite Rollenlagerbaugruppe 96 bereitstellen. Im veranschaulichten Beispiel schneiden ein oder mehrere erste radiale Lagerkanäle 166 den axialen Kühlmittelkanal 154 an entsprechenden ersten Lageröffnungen 168 und erstrecken sich zu der ersten Wälzlagerbaugruppe 94. Gleichermaßen schneiden ein oder mehrere zweite radiale Lagerkanäle 170 den axialen Kühlmittelkanal 154 an entsprechenden zweiten Lageröffnungen 172 und erstrecken sich in Richtung der zweiten Wälzlagerbaugruppe 96.
Bezugnehmend auch auf die 7 und 8 ist der Stopfen 120 in einen oberen Bereich 180 der zweiten Einlassöffnung 118 eingepasst und mit einer Fluiddichtung 182, wie etwa einer elastischen Dichtung oder einem O-Ring, versehen. Der Stopfen 120 endet vor einem mittleren Bereich 184 der zweiten Einlassöffnung 118. Die Messblende 132 ist in der zweiten Einlassöffnung 118 an einem unteren Bereich 186 davon montiert (z. B. Presssitz). Der untere Bereich 186 kann einen verringerten Durchmesser relativ zum mittleren Bereich 184 oder dem oberen Bereich 180 aufweisen. Die Messblende 132 kann aus einem Polymermaterial gebildet sein, das eine dichtende Reibpassung mit dem unteren Bereich 186 bereitstellt.
Die Messblende 132 weist eine Dosieröffnung 188 auf, die in einem Boden 190 ausgebildet ist. Die Dosieröffnung 188 ist bemessen, um eine vorbestimmte gewünschte Kühlmittelströmungsrate durch den Statorzuführkreis 128 und/oder den Rotorzuführkreis 130 bereitzustellen. In einem nachfolgend ausführlich erörterten Beispiel ist die Dosieröffnung 188 mit einem Durchmesser 192 bemessen, um einen ausreichenden Kühlmittelstrom durch den Statorzuführkreis 128 bereitzustellen, so dass ein Strom in dem einen oder den mehreren Sprühringen 148 den axialen Endwindungen 82, 84 des Stators 72 gewünschte Sprüh- und Kühleigenschaften bereitstellt. Wie gezeigt, verjüngt sich der Boden 190 der Messblende 132 in der Dicke in Richtung der Dosieröffnung 188 und der Boden 190 ist dicker als aufrechte Wände 194 der Messblende 132, obwohl andere relative Größen und Formen implementiert werden können.
In anderen Beispielen kann die Messblende 132 permanent im unteren Bereich 186 angebracht (z. B. verklebt oder verschweißt) sein oder die Messblende 132 kann einstückig als ein einheitlicher Teil des Gehäuses 52 und/oder des Zwischenflansches 112 (z. B. gleichzeitig durch denselben Prozess aus demselben Material gebildet) ausgebildet sein. Es ist anzumerken, dass der Begriff „Messblende“, wie er hierin verwendet wird, eine physikalische Struktur bezeichnet, die auch als „Drosselplatte“ in entfernbaren Anwendungen bekannt sein kann, und der Begriff ist keine generische Öffnung in einer Struktur. Insbesondere ist eine Messblende eine Struktur, die eine dimensionierte Öffnung, wie etwa die beispielhafte Dosieröffnung 188, oder eine ähnliche Öffnung (oder verengte Fläche) beinhaltet, die gewünschte Strömungseigenschaften erzeugt. Die beispielhafte Dosieröffnung 188 ist so dimensioniert, dass sie einen ausreichenden Kühlmittelstrom für den gewünschten Sprühnebel von dem Sprühring 148 erzeugt.
Der zweite Kühlmitteleingang 126 für die elektrische Maschine 50 wird selektiv an der externen Öffnung 116 bereitgestellt, wie im Beispiel von 8 dargestellt. In diesem Beispiel befestigt ein Koppler 200 im oberen Bereich 180 eine Zuführleitung 202 an der zweiten Einlassöffnung 118. Der Koppler 200 ersetzt den Stopfen 120 anderer veranschaulichter Beispiele. Der zweite Kühlmitteleingang 126 zweigt ähnlich wie der erste Kühlmitteleingang 124 in der Nähe des mittleren Bereichs 184 der zweiten Einlassöffnung 118 ab, um sowohl über die Messblende 132 zum Statorzuführkreis 128 als auch über den Schnittpunkt 136 zum Rotorzuführkreis 130 zu strömen.
Zusammen nehmen die Kühlmittelkanäle 122 einen oder mehrere von dem ersten Kühlmitteleingang 124 in die erste Einlassöffnung 110 und dem zweiten Kühlmitteleingang 126 in die zweite Einlassöffnung 118 auf. Kühlmittel strömt über den Schnittpunkt 136 sowohl zum Statorzuführkreis 128 als auch zum Rotorzuführkreis 130. Eine Durchflussrate in den Statorzuführkreis 128 wird durch die Dosieröffnung 178 der Messblende 132 dosiert, und der Rest des Kühlmittels gelangt in den Rotorzuführkreis 130. Da der Kühlmittelstrom in den Rotorzuführkreis 130 eine Funktion des Kühlmittelstroms in den Statorzuführkreis 128 ist, misst die Messblende 132 den Kühlmittelstrom sowohl zum Rotorzuführkreis 130 als auch zum Statorzuführkreis 128. Im Gebrauch wird die Messblende 132 leicht (z. B. mit manuellen Werkzeugen) über die externe Öffnung 116 installiert (nach vorübergehendem Entfernen des Stopfens 120 oder des Kopplers 200). Die Messblende 132 kann auch durch die externe Öffnung 116 ersetzt oder entfernt werden. Infolgedessen können die Kühleigenschaften des Statorzuführkreises 128 und des Rotorzuführkreises 130 für verschiedene Anwendungen konfiguriert sein, ohne die elektrische Maschine 50 oder die Kühlmittelkanäle 122 neu zu gestalten.
Für den Rotorzuführkreis 130 des veranschaulichten Beispiels passiert der Kühlmittelstrom von einem oder mehreren von dem ersten Kühlmitteleingang 124 und dem zweiten Kühlmitteleingang 126 den Schnittpunkt 136 in den äußeren axialen Kanal 150. Kühlmittel strömt dann radial nach innen durch den radialen Endkanal 152 zu dem axialen Kühlmittelkanal 154 des Rotors 74. In dem axialen Kühlmittelkanal 154 strömt Kühlmittel axial in Richtung des Antriebsendes 56, während es auch radial durch den einen oder die mehreren radialen Kanäle 160, den einen oder die mehreren ersten radialen Lagerkanäle 166 und den einen oder die mehreren zweiten radialen Lagerkanäle 170 abzweigt. Von dem einen oder den mehreren radialen Kanälen 160 zweigt der Kühlmittelstrom in beide Axialrichtungen durch den axialen Kühlmittelkanal 164 ab, wobei er durch den Rotorkern 92 und durch Öffnungen in den Endplatten 100 nach außen verläuft. Das Kühlmittel im axialen Kühlmittelkanal 154, das nicht abzweigt, endet oder tritt am Auslass 156 der Ausgangswelle 64 aus.
Nun auch unter Bezugnahme auf 9 können sich die gewundenen Kühlmittelkanäle 142 des Statorzuführkreises 128 anschließend mit dem einen oder den mehreren Sprühringen 148 (siehe 4) für eine zusätzliche Kühlung des Stators 74 verbunden werden. Der eine oder die mehreren Sprühringe 148 sind axial außerhalb der Vielzahl von Blechen 78 des Stators 72 angebracht, um einen Sprühnebel von Kühlmittel auf eine oder mehrere entsprechende axiale Endwindungen 82, 84 zu richten. Der eine oder die mehreren Sprühringe 148 sind an der inneren Umfangsfläche 144 des Gehäuses 52 und axial über die Vielzahl von Blechen 78 hinaus positioniert. Der eine oder die mehreren Sprühringe 148 weisen eine ringförmige Form auf, die koaxial zur Referenzachse R ist. Eine Vielzahl von Düsen 210 sind um den Umfang des einen oder der mehreren Sprühringe 148 vorgesehen. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Vielzahl von Düsen 210 an einer abgeschrägten Kante 212 an einem radial inneren und axial äußeren Abschnitt des einen oder der mehreren Sprühringe 148 bereitgestellt. Die Vielzahl von Düsen 210 ist von den axialen Endwindungen 82, 84 der Drahtspulen 80 durch einen axialen Spalt 214 beabstandet. Die Vielzahl von Düsen 210 sind in Bezug auf die Referenzachse R und in Bezug auf einen Außenumfang 216 der axialen Endwindungen 82, 84 der Drahtspulen 80 des Stators 72 abgewinkelt.
Die Vielzahl von Düsen 210 des einen oder der mehreren Sprühringe 148 ist kalibriert, um gewünschte Sprüh- und Kühleigenschaften zum Kühlen des Stators 72 bereitzustellen, zum Beispiel am Außenumfang 216 der axialen Endwindungen 82, 84. Ein Sprühstrom 218 aus der Vielzahl von Düsen 210 muss eine ausreichend hohe Geschwindigkeit aufweisen, um den axialen Spalt 214 zu überbrücken, aber eine ausreichend niedrige Geschwindigkeit, um eine Verdampfung in dem axialen Spalt 214 und/oder eine Ablenkung des Kühlmittels von den axialen Endwindungen 82, 84 zu vermeiden. Wenn der Sprühstrom 218 richtig kalibriert ist, strömt Kühlmittel entlang des Außenumfangs 216 der axialen Endwindungen 82, 84 und breitet sich im Allgemeinen flächig aus. Zu diesem Zweck kann der Sprühstrom 218 in einem Beispiel eine Geschwindigkeit von etwa 1-10 m/s und in einigen Fällen 3-9 m/s aufweisen und ist in einem Winkel von mehr als 90 Grad relativ zum Außenumfang 216 der axialen Endwindungen 82, 84 bereitgestellt. Wie oben angemerkt, wird dieser Kühlmittelstrom der Vielzahl von Düsen 210 über den Statorzuführkreis 128 zugeführt. Die Kühlmittelströmungsrate durch den Statorzuführkreis 128 wird durch den Durchmesser 192 der Dosieröffnung 188 der Messblende 132 bestimmt. Dementsprechend ist die Dosieröffnung 188 bemessen, um dem Kühlmittel eine Sprühgeschwindigkeit zu verleihen, um die gewünschten Sprüh- und Kühleigenschaften für den Sprühstrom 218 zu ergeben. In anderen Beispielen kann die Dosieröffnung 188 so bemessen sein, dass sie dem Sprühstrom 218 eine andere Sprühgeschwindigkeit verleiht, oder kann so bemessen sein, dass sie bestimmte Kühleigenschaften in anderen Bereichen des Statorzuführkreises 128 und/oder des Rotorzuführkreises 130 bereitstellt.
Für den Statorzuführkreis 128 strömt in dem veranschaulichten Beispiel Kühlmittel von einem oder mehreren von dem ersten Kühlmitteleingang 124 (über den Schnittpunkt 136) und dem zweiten Kühlmitteleingang 126 zu der Messblende 132. Kühlmittel strömt durch die Dosieröffnung 188 der Messblende 132 in die gewundenen Kühlmittelkanäle 142. Wie gezeigt, strömt Kühlmittel in den gewundenen Kühlmittelkanälen 142 um einen Großteil eines Umfangs der inneren Umfangsfläche 144 des Gehäuses 52 in einem axial zentralen Bereich des Gehäuses, dann verzweigen sich die gewundenen Kühlmittelkanäle 142 in beiden axialen Richtungen, damit Kühlmittel um einen Großteil eines Umfangs der inneren Umfangsfläche 144 in der Nähe des Antriebsendes 56 und des Nichtantriebsendes 58 des Gehäuses 52 strömt. Anschließend strömt Kühlmittel in den einen oder die mehreren Sprühringe und aus der Vielzahl von Düsen 210 heraus. Kühlmittel aus der Vielzahl von Düsen 210 kreuzt den axialen Spalt 214, um die axialen Endwindungen 82, 84 der Drahtspulen 80 zu berühren. Anschließend strömt Kühlmittel axial und kann sich auch in Umfangsrichtung entlang der axialen Endwindungen 82, 84 im Wesentlichen ausbreiten, ohne von den axialen Endwindungen 82, 84 abzulenken oder davon abzuprallen.
Es ist zu beachten, dass die Ansicht aus 9 relativ zu der Ansicht aus 4 gedreht ist, und das Nichtantriebsende 58 des Gehäuses 52 im Querschnitt gezeigt ist. In dieser Ansicht ist gezeigt, dass der Ablaufstrom 140 am Nichtantriebsende durch eine Auslassöffnung 220 am Nichtantriebsende verläuft, die in dem Gehäuse 52 ausgebildet ist. Eine ähnliche Ablauföffnung am Antriebsende (nicht gezeigt) kann im Antriebsende 56 der elektrischen Maschine 50 ausgebildet sein.
Das Vorstehende beschreibt eine oder mehrere beispielhafte elektrische Maschinen im Detail. Verschiedene andere Konfigurationen sind im Rahmen dieser Offenbarung möglich, einschließlich der Konfiguration der elektrischen Maschine als Generator anstelle eines Motors. Beispielsweise verwendet die oben beschriebene elektrische Maschine die erste oder zweite Einlassöffnung zur Aufnahme einer Kühlfluidversorgung. Die elektrische Maschine kann jedoch so konfiguriert sein, dass eine der ersten und zweiten Einlassöffnungen als Auslass für Kühlfluid dient. Zusätzlich kann die erste Einlassöffnung an jedem axialen Ende (Antriebsende oder Nichtantriebsende) vorgesehen sein. Das Antriebsende der elektrischen Maschine kann als ein erstes axiales Ende oder ein zweites axiales Ende angesehen werden. Darüber hinaus kann die elektrische Maschine für eine Vielzahl von Anwendungen innerhalb eines gegebenen Arbeitsfahrzeugs implementiert sein. Die elektrische Maschine kann auch in anderen Fahrzeugen, anderen Arbeitsfahrzeugen oder anderen industriellen Anwendungen implementiert sein. An Bord eines Arbeitsfahrzeugs kann die elektrische Maschine verschiedene Orte und Anwendungen haben, einschließlich einer oder mehrerer elektrischer Maschinen, die eine Radachse antreiben. Die elektrische Maschine kann auch hydraulische Systeme und Komponenten wie hydraulische Frontlader oder Proportional-Integral- (PI) gesteuerte Hydraulikventile ergänzen. Obwohl zwei elektrische Maschinen zur Implementierung mit einem Getriebe erörtert werden, können andere Anzahlen von elektrischen Maschinen in dieser Art von Anwendung verwendet werden, einschließlich eines, drei oder mehr Elektromotoren.
AUFZÄHLUNG VON BEISPIELEN FÜR ELEKTRISCHE MASCHINEN
Außerdem werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur Vereinfachung der Bezugnahme nummeriert sind.
1. Eine elektrische Maschine, umfassend: eine Antriebsbaugruppe, die einen Stator und einen Rotor umfasst, der relativ zum Stator um eine Antriebsachse drehbar ist; und ein Gehäuse, das die Antriebsbaugruppe enthält und Kühlmittelkanäle aufweist, wobei die Kühlmittelkanäle eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung, einen Statorzuführkreis, einen Rotorzuführkreis und einen Schnittpunkt definieren, der eine Fluidverbindung zwischen dem Statorzuführkreis und dem Rotorzuführkreis bereitstellt; wobei die Kühlmittelkanäle mindestens einen Kühlmitteleingang durch eine oder mehrere der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung aufnehmen, um Kühlmittel durch den Rotorzuführkreis an den Rotor und durch den Statorzuführkreis an den Stator zu liefern.
2. Die elektrische Maschine nach Beispiel 1, ferner umfassend eine Messblende in den Kühlmittelkanälen in der Nähe der zweiten Einlassöffnung.
3. Die elektrische Maschine nach Beispiel 2, wobei die Messblende abnehmbar in dem Gehäuse montiert ist.
4. Die elektrische Maschine nach Beispiel 2, wobei die Messblende einstückig als ein einheitlicher Teil des Gehäuses ausgebildet ist.
5. Die elektrische Maschine nach Beispiel 1, wobei sich die erste Einlassöffnung in einem axialen ersten Ende des Gehäuses befindet; und wobei der Rotorzuführkreis einen äußeren axialen Kanal in dem Gehäuse beinhaltet, der sich von dem Schnittpunkt zu einem radialen Endkanal an einem zweiten axialen Ende des Gehäuses erstreckt, wobei sich der radiale Endkanal zu dem Rotor erstreckt.
6. Die elektrische Maschine nach Beispiel 1, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Körper mit einer inneren Umfangsfläche in Kontakt mit einem Außenumfang des Stators beinhaltet; und wobei der Statorzuführkreis einen oder mehrere gewundene Kühlmittelkanäle definiert, die zumindest teilweise in der inneren Umfangsfläche vertieft sind und in denen das Kühlmittel über den Außenumfang des Stators geleitet wird.
7. Die elektrische Maschine nach Beispiel 1, ferner beinhaltend einen Sprühring, der um die Antriebsachse innerhalb des Gehäuses an einem axialen Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Sprühring Kühlmittelkanäle aufweist, die von einer oder mehreren Einlassöffnungen zu einem oder mehreren Sprühauslässen führen, wobei die eine oder mehreren Einlassöffnungen in Fluidverbindung mit dem Statorzuführkreis des Gehäuses stehen.
8. Die elektrische Maschine nach Beispiel 7, wobei der Sprühring von dem Stator durch einen axialen Spalt beabstandet ist, der sich entlang der Antriebsachse erstreckt; und wobei der Sprühring das Kühlmittel von dem einen oder den mehreren Sprühauslässen über den axialen Spalt zu dem Stator sprüht.
9. Die elektrische Maschine nach Beispiel 8, ferner umfassend eine Messblende, die innerhalb der Kühlmittelkanäle angeordnet ist und eine Dosieröffnung aufweist, die bemessen ist, um dem Kühlmittel eine Sprühgeschwindigkeit zu verleihen, die ausreicht, damit das Kühlmittel den axialen Spalt überspannt und den Stator berührt.
10. Die elektrische Maschine nach Beispiel 9, wobei die Dosieröffnung der Messblende so bemessen ist, dass die Sprühgeschwindigkeit niedrig genug ist, um eine Verdampfung des Kühlmittels und eine Ablenkung des Kühlmittels vom Stator zu vermeiden.
11. Die elektrische Maschine nach Beispiel 1, wobei das Gehäuse ein erstes axiales Ende aufweist, das konfiguriert ist, um Antriebseinheit zu montieren; wobei die erste Einlassöffnung eine innere Öffnung ist, die in dem ersten axialen Ende des Gehäuses angeordnet ist und sich zu einem Innenvolumen an dem ersten axialen Ende des Gehäuses zwischen der Antriebseinheit und dem Gehäuse öffnet.
12. Die elektrische Maschine nach Beispiel 11, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Körper mit einem Außenumfang beinhaltet; und wobei die zweite Einlassöffnung eine äußere Öffnung durch den Außenumfang des ringförmigen Körpers des Gehäuses ist.
13. In weiteren Ausführungsformen wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes beinhaltet: ein erstes Rad mit einer ersten Radnabe; ein zweites Rad mit einer zweiten Radnabe, die entlang einer gemeinsamen Radachse mit dem ersten Rad ausgerichtet ist; und eine angetriebene Achse. Die angetriebene Achse beinhaltet: ein Achsgehäuse; eine Achsnabe, die an dem Achsgehäuse montiert ist; eine Abtriebsnabe; ein oder mehrere Radlager, die die Abtriebsnabe zur Drehung um die Achsnabe entlang einer Drehachse lagern. Die angetriebene Achse beinhaltet außerdem: einen elektrischen Antrieb, der zumindest teilweise innerhalb des Achsgehäuses angeordnet ist; einen Nabenzahnradsatz, der zumindest teilweise innerhalb der Achsnabe angeordnet und konfiguriert ist, um Leistung von dem elektrischen Antrieb zur Drehung der ersten Radnabe und der zweiten Radnabe auf die Abtriebsnabe zu übertragen; und eine Radbremse, die radial zwischen der Achsnabe und der Abtriebsnabe und axial zumindest teilweise zwischen der ersten Radnabe und der zweiten Radnabe angeordnet ist, wobei die Radbremse konfiguriert ist, um selektiv eine Drehung der Abtriebsnabe zuzulassen und zu stoppen.
14. Die elektrische Maschine nach Beispiel 13, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Körper mit einem Außenumfang und einem ersten axialen Ende aufweist, das konfiguriert ist, um eine Antriebseinheit zu montieren; wobei die erste Einlassöffnung eine innere Öffnung ist, die in dem ersten axialen Ende des Gehäuses angeordnet ist und sich zu einem Innenvolumen an dem ersten axialen Ende des Gehäuses zwischen der Antriebseinheit und dem Gehäuse öffnet; und wobei die zweite Einlassöffnung eine äußere Öffnung durch den Außenumfang des ringförmigen Körpers des Gehäuses ist.
15. Die elektrische Maschine nach Beispiel 13, ferner beinhaltend einen Sprühring, der um die Antriebsachse innerhalb des Gehäuses an einem axialen Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Sprühring Kühlmittelkanäle aufweist, die von einer oder mehreren Einlassöffnungen zu einem oder mehreren Sprühauslässen führen, wobei die eine oder mehreren Einlassöffnungen in Fluidverbindung mit dem Statorzuführkreis des Gehäuses stehen; wobei der Sprühring von dem Stator durch einen axialen Spalt beabstandet ist, der sich entlang der Antriebsachse erstreckt, und der Sprühring das Kühlmittel von dem einen oder den mehreren Sprühauslässen über den axialen Spalt zu dem Stator sprüht; und wobei die Dosieröffnung bemessen ist, um dem Kühlmittel eine Sprühgeschwindigkeit zu verleihen, die ausreicht, damit das Kühlmittel den axialen Spalt überspannt und den Stator berührt, während Verdampfung des Kühlmittels und Ablenkung des Kühlmittels von dem Stator vermieden wird.
FAZIT
Die vorstehend erörterten Beispiele führen zu einer Vielzahl von Vorteilen der offenbarten elektrischen Maschine. Beispielsweise stellt das Kühlsystem verbesserte Kühleigenschaften sowohl im Stator als auch im Rotor und aus einer einzigen Quelle bereit. Die erste und die zweite Einlassöffnung ermöglichen eine kundenspezifische Verwendung mit verschiedenen Kühlmittelein-/-ausgangsanordnungen in einer Vielzahl von Anwendungen. Die elektrische Maschine kann ein Kühlsystem bieten, das auf verschiedene Arten anpassbar ist, um eine optimale Kühlung für verschiedene Anwendungen bereitzustellen. Gleichzeitig bleiben wesentliche Komponenten der elektrischen Maschine (z. B. Gehäuse und Antriebsbaugruppe) unverändert, was zu erheblichen Kosteneinsparungen und einer Vereinfachung der Herstellung führt.
Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Durchschnittsfachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Elektrische Maschine (50), umfassend: eine Antriebsbaugruppe (70), die einen Stator (72) und einen Rotor (74) beinhaltet, der relativ zum Stator (72) um eine Antriebsachse (R) drehbar ist; und ein Gehäuse (52), das die Antriebsbaugruppe (70) enthält und Kühlmittelkanäle (122, 142) aufweist, wobei die Kühlmittelkanäle (122, 142) eine erste Einlassöffnung (110), eine zweite Einlassöffnung (118), einen Statorzuführkreis (128), einen Rotorzuführkreis (130) und einen Schnittpunkt (136) definieren, der eine Fluidverbindung zwischen dem Statorzuführkreis (128) und dem Rotorzuführkreis (130) bereitstellt; wobei die Kühlmittelkanäle (122, 142) mindestens einen Kühlmitteleingang durch eine oder mehrere von der ersten Einlassöffnung (110) und der zweiten Einlassöffnung (118) aufnehmen, um Kühlmittel durch den Rotorzuführkreis (130) an den Rotor (74) und durch den Statorzuführkreis (128) an den Stator (72) zu liefern.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Messblende (132) in den Kühlmittelkanälen (122, 142) in der Nähe der zweiten Einlassöffnung (118).
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 2, wobei die Messblende (132) abnehmbar in dem Gehäuse (52) montiert ist.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Messblende (132) einstückig als ein einheitlicher Teil des Gehäuses (52) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die erste Einlassöffnung in einem axialen ersten Ende des Gehäuses (52) befindet; und wobei der Rotorzuführkreis (130) einen äußeren axialen Kanal (150) in dem Gehäuse (52) beinhaltet, der sich von dem Schnittpunkt (136) zu einem radialen Endkanal (152) an einem zweiten axialen Ende des Gehäuses (52) erstreckt, wobei sich der radiale Endkanal zu dem Rotor (74) erstreckt.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 5, wobei der Rotor (74) Folgendes beinhaltet: eine Rotorwelle (90), die sich entlang der Antriebsachse (R) erstreckt und sich um diese dreht, wobei die Rotorwelle (90) einen axialen Kühlmittelkanal (154) aufweist, der sich entlang der Antriebsachse (R) in Fluidverbindung mit dem radialen Endkanal (152) des Rotorzuführkreises (130) erstreckt; einen Rotorkern (92), der zur gemeinsamen Drehung mit der Rotorwelle (90) um die Antriebsachse (R) gekoppelt ist, wobei der Rotorkern (92) einen oder mehrere radiale Kanäle (160) aufweist, die den axialen Kühlmittelkanal (154) der Rotorwelle (90) schneiden; und eine Vielzahl von Permanentmagneten (104), die von dem Rotorkern (92) getragen werden und in Umfangsrichtung um die Antriebsachse (R) beabstandet sind; wobei der Rotorzuführkreis (130) des Gehäuses (52) das Kühlmittel von dem radialen Endkanal (152) zu dem axialen Kühlmittelkanal (154) der Rotorwelle (90) leitet, der das Kühlmittel zu dem einen oder den mehreren radialen Kanälen (160) des Rotorkerns (92) leitet, der das Kühlmittel zu der Vielzahl von Permanentmagneten (104) leitet.
Elektrische Maschine (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuse (52) einen ringförmigen Körper mit einer inneren Umfangsfläche (144) in Kontakt mit einem Außenumfang (146) des Stators (72) beinhaltet; und wobei der Statorzuführkreis (128) einen oder mehrere gewundene Kühlmittelkanäle (142) definiert, die zumindest teilweise in der inneren Umfangsfläche (144) vertieft sind und in denen das Kühlmittel über den Außenumfang(146) des Stators (72) geleitet wird.
Elektrische Maschine (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen Sprühring (148), der um die Antriebsachse (R) innerhalb des Gehäuses (52) an einem axialen Ende des Gehäuses (52) angeordnet ist, wobei der Sprühring (148) Kühlmittelkanäle aufweist, die von einer oder mehreren Einlassöffnungen zu einem oder mehreren Sprühauslässen (210) führen, wobei die eine oder mehreren Einlassöffnungen in Fluidverbindung mit dem Statorzuführkreis (128) des Gehäuses (52) stehen.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 8, wobei der Sprühring (148) von dem Stator (72) durch einen axialen Spalt (214) beabstandet ist, der sich entlang der Antriebsachse (R) erstreckt; und wobei der Sprühring (148) das Kühlmittel von dem einen oder den mehreren Sprühauslässen (210) über den axialen Spalt (214) zum Stator (72) sprüht.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Messblende (132), die innerhalb der Kühlmittelkanäle angeordnet ist und eine Dosieröffnung (188) aufweist, die bemessen ist, um dem Kühlmittel eine Sprühgeschwindigkeit zu verleihen, die ausreicht, damit das Kühlmittel den axialen Spalt (214) überspannt und den Stator (72) berührt.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 10, wobei die Dosieröffnung (188) der Messblende (132) so bemessen ist, dass die Sprühgeschwindigkeit niedrig genug ist, um eine Verdampfung des Kühlmittels und eine Ablenkung des Kühlmittels vom Stator (72) zu vermeiden.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Dosieröffnung (188) der Messblende (132) so bemessen ist, dass die Sprühgeschwindigkeit 3-9 m/s beträgt.
Elektrische Maschine (50) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Stator (72) Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von ringförmigen ferromagnetischen Blechen (78), die aneinander befestigt und koaxial ausgerichtet sind, um ein Blechpaket (76) zu bilden; und Drahtspulen (80), die aus leitfähigem Material gebildet und um mindestens einen Abschnitt des Blechpakets (76) gewickelt sind, wobei die Drahtspulen (80) Endwindungen (82, 84) aufweisen, die sich axial über das Blechpaket (76) hinaus erstrecken, wobei die Endwindungen (82, 84) durch den axialen Spalt (214) von dem Sprühring (148) beabstandet sind; wobei der Sprühring (148) das Kühlmittel auf die Endwindungen (82, 84) sprüht.
Elektrische Maschine (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Gehäuse (52) ein erstes axiales Ende aufweist, das konfiguriert ist, um eine Antriebseinheit (70) zu montieren; wobei die erste Einlassöffnung (110) eine innere Öffnung ist, die in dem ersten axialen Ende (56) des Gehäuses (52) angeordnet ist und sich zu einem Innenvolumen an dem ersten axialen Ende (56) des Gehäuses (52) zwischen der Antriebseinheit (70) und dem Gehäuse (52) öffnet.
Elektrische Maschine (50) nach Anspruch 14, wobei das Gehäuse (52) einen ringförmigen Körper mit einem Außenumfang beinhaltet; und wobei die zweite Einlassöffnung (118) eine äußere Öffnung durch den Außenumfang des ringförmigen Körpers des Gehäuses (52) ist.