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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse, einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Stator, umfassend zumindest ein Stator-Blechpaket, und mit einem Innenläufer, wobei der Innenläufer in einer Ausnehmung des Stators angeordnet ist und zumindest abschnittsweise vom Stator umgeben ist, wobei eine Kühlvorrichtung mit mehreren mit einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanälen vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeuggetriebe, umfassend zumindest einen solchen integrierten Elektromotor.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein Elektromotoren bekannt, welche aufgrund während ihres Betriebs entstehender Verlustleistung und daraus folgender Wärmeentwicklung gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt dabei mittels flüssiger Kühlmittel, wie Wasser oder Öl.
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Zur Steigerung einer Kühlleistung ist eine so genannte Mantelkühlung eines oder mehrerer Blechpakete eines Stators eines Elektromotors bekannt, wobei die Mantelkühlung mittels in ein Gehäuse des Stators eingebrachte Kühlkanäle realisiert wird.
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Einen Elektromotor mit einem eine dreiphasige Drehstromwicklung tragenden Ständer aus magnetischem Werkstoff und einer solchen Mantelkühlung beschreibt die
DE 44 11 055 A1 . Der Ständer umschließt eine kreiszylindrische Ausnehmung für einen Innenläufer mit einem magnetischen Teil entsprechender Abmessungen. Weiterhin umfasst der Elektromotor eine Kühlvorrichtung mit einem Kühlkreislauf zur Führung eines flüssigen Kühlmittels. Dabei ist Kühlvorrichtung derart ausgebildet, dass das Kühlmittel den Ständer an dessen äußerer Mantelfläche umströmt, wobei das Kühlmittel in Zwischenräumen zwischen zwei voneinander beabstandeten, den Ständer konzentrisch umschließenden Hülsen zirkuliert. Dabei weist eine innere Hülse, in welche Blechpakete des Ständers reibschlüssig eingepresst sind, an einer Außenseite Kühlrippen auf. Eine äußere Hülse liegt auf diesen Kühlrippen auf derart auf, dass sich zwischen den Kühlrippen Strömungskanäle ausbilden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Elektromotor und ein Fahrzeuggetriebe, umfassend zumindest einen solchen integrierten Elektromotor anzugeben.
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Hinsichtlich des Elektromotors wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Fahrzeuggetriebes durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Elektromotor umfasst ein Gehäuse, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Stator, umfassend zumindest ein Stator-Blechpaket, und einen Innenläufer, wobei der Innenläufer in einer Ausnehmung des Stators angeordnet ist und zumindest abschnittsweise vom Stator umgeben ist. Weiterhin ist eine Kühlvorrichtung mit mehreren mit einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanälen vorgesehen.
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Erfindungsgemäß sind die Kühlkanäle unmittelbar zwischen dem Stator und dem Gehäuse mittels in eine Außenseite des zumindest einen Stator-Blechpakets eingebrachten kanalartigen Vertiefungen gebildet.
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Diese Kühlvorrichtung ist in besonders vorteilhafter Weise gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten und mit aufwändig eingearbeiteten Kühlkanälen versehenen Gehäusen mit besonders geringem Fertigungsaufwand und somit geringen Kosten herstellbar. Gleichzeitig wird durch die unmittelbare Beaufschlagung des zumindest einen Stator-Blechpakets mit dem Kühlmedium eine direkte und somit besonders effektive Kühlung erzielt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Stators eines Elektromotors mit einem Wicklungskopf und einem Lagerschild,
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2 schematisch einen ersten Ausschnitt der Ansicht des Stators gemäß 1 im Bereich einer Medienzuführung,
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3 schematisch einen zweiten Ausschnitt der Ansicht des Stators gemäß 1 im Bereich der Medienzuführung und eines axialen Verteilerkanals,
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4 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Lagerschilds der Stators gemäß 1, und
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5 schematisch eine perspektivische Ansicht des Stators gemäß 1 mit montiertem Gehäuse.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 4 sind ein Stator 1 oder Ausschnitte desselben mit einem Wicklungskopf 3 und einem Lagerschild 4 in verschiedenen Ansichten dargestellt. 5 zeigt den Stator 1 in einer perspektivische Ansicht mit montiertem Gehäuse 5. Der Stator 1 ist als Bestandteil eines möglichen Ausführungsbeispiels eines nicht näher gezeigten erfindungsgemäßen Elektromotors vorgesehen. Bei dem Elektromotor handelt es sich beispielsweise um einen so genannten getriebeintegrierten Elektromotor für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeuggetriebe, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei der Elektromotor im Motor- und Generatorbetrieb betreibbar ist.
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Die Kühlung von solchen elektrischen Traktionsantrieben für Elektro- und Hybridfahrzeugen erfolgt in der Regel anhand einer Flüssigkeitskühlung, insbesondere einer Wasser- und/oder Ölkühlung. Vorteilhaft bei getriebeintegrierten Elektromotoren für Hybrid- und Elektrofahrzeuge ist eine Integration der Kühlung des Elektromotors in den Öl-Kühlkreislauf des Fahrzeuggetriebes. Hierfür sind allgemein Lösungen bekannt, bei denen das Kühlmedium in einem Kanal einer Rotorwelle geleitet wird und aus dieser über spezielle Düsen auf Kurschlussringe der Rotoren und Wicklungsköpfe 3 der Statoren 1 gespritzt wird.
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Für hohe Kühlleistungen sind weiterhin Elektromotoren mit einer so genannten Mantelkühlung bekannt, bei welchen in nicht dargestellter und aufwändiger Weise zur Führung des Kühlmediums vorgesehene Kühlkanäle in ein Gehäuse des Elektromotors integriert werden.
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Auch sind externe Kühlungen des Gehäuses bekannt, bei welchen das Kühlmedium entlang einer Außenseite des Gehäuses geführt wird. Hierbei wird jedoch lediglich eine einen vergleichsweise geringe Kühlleistung erreicht.
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Um eine effiziente und dennoch gleichzeitig kostengünstige Mantelkühlung des Elektromotors zu erzielen, ist es vorgesehen, dass eine Kühlvorrichtung mit mehreren mit einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanälen vorgesehen ist, wobei die Kühlkanäle K1 bis Kn unmittelbar zwischen dem Stator 1 und dem Gehäuse 5 mittels in eine Außenseite zumindest eines Stator-Blechpakets 6 eingebrachten kanalartigen Vertiefungen gebildet sind. Das heißt, die Mantelfläche des Stator-Blechpakets 6 ist rippenförmig ausgebildet. Dabei verlaufen die Kühlkanäle K1 bis Kn parallel zueinander und in axialer Richtung des Stators 1. An ihrer offenen Seite sind die kanalartigen Vertiefungen fluiddicht mit der Innenseite des Gehäuses 5 verschlossen, so dass sich die Kühlkanäle K1 bis Kn ausbilden. Hierzu ist das korrespondierend zum Stator 1 ausgebildete zylindrische Gehäuse 5 mit einer Presspassung auf den Stator 1 aufgebracht.
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Bei dem Gehäuse 5 handelt es sich insbesondere um ein aus tiefgezogenem Blech gebildetes Bauteil, welches sehr kostengünstig herstellbar ist.
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Eine Einleitung des Kühlmediums erfolgt über eine Medienzuführung MZ in einen unteren, das Lagerschild 4 vollständig umlaufenden ersten Verteilerkanal VK1. Auch die umlaufende kanalartige Vertiefung ist an ihrer offenen Seitenfläche vom Gehäuse 5 fluiddicht verschlossen und bildet somit den ersten Verteilerkanal VK1. Damit das Kühlmedium dem ersten Verteilerkanal VK1 in ausreichender Menge zugeführt werden kann und gleichzeitig ausschließlich innerhalb des ersten Verteilerkanals VK1 angeordnet ist, ist die Medienzuführung MZ im unteren Bereich des Lagerschilds 4 in axialer Richtung zum Stator 1 verlaufend angeordnet und als Langloch ausgebildet. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können auch mehrere Medienzuführungen MZ vorgesehen sein.
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Im ersten Verteilerkanal VK1 erfolgt eine Verteilung des Kühlmediums über den Umfang des Stators 1 in axiale Verteilerkanäle AVK. Dabei sind die axialen Verteilerkanäle AVK aus parallel zueinander angeordneten, in die Mantelfläche des Lagerschilds 4 eingebrachten kanalartigen Vertiefungen gebildet. Zur Bildung der geschlossenen axialen Verteilerkanäle AVK sind die kanalartigen Vertiefungen an ihrer offenen Seitenfläche vom Gehäuse 5 fluiddicht verschlossen. Einer der axialen Verteilerkanäle AVK ist dabei in einer Verlängerung der Medienzuführung MZ ausgebildet. In nicht näher gezeigten Ausführungsbeispielen mit mehreren Medienzuführungen MZ sind insbesondere mehrere axiale Verteilerkanäle AVK in axialer Verlängerung der Medienzuführungen MZ ausgebildet.
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Die axialen Verteilerkanäle AVK leiten das Kühlmedium zum einem oberen zweiten Verteilerkanal VK2. Hierzu münden die axialen Verteilerkanäle AVK in den zweiten Verteilerkanal VK2, wobei der zweite Verteilerkanal VK2 durch die Mantelfläche des Lagerschilds 4, das Stator-Blechpaket 6 und das Gehäuse 5 begrenzt ist.
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Nach einem Durchfließen der Kühlkanäle K1 bis Kn und der dadurch realisierten Mantelkühlung des Stators 1 fließt oder spritzt das Kühlmedium zur Kühlung auf den oberen Wicklungskopf 3 des Stators 1.
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Die Abführung des Kühlmediums aus dem Elektromotor, insbesondere in eine Getriebeglocke des Fahrzeuggetriebes, erfolgt anhand von Medienabführungen MA1, MA2. Zur Bildung der Medienabführungen MA1, MA2 sind im Lagerschild 4 und Gehäuse 5 in radialer Richtung zum Stator 1 verlaufende Langlöcher angeordnet, wobei die Medienabführungen MA1 im Lagerschild 4 und die Medienabführungen MA2 im Gehäuse 5 korrespondierend zueinander angeordnet und ausgebildet sind. Eine Ausrichtung und Zentrierung der Medienabführungen MA1, MA2 von Lagerschild 4 und Gehäuse 5 zueinander erfolgt beispielsweise anhand einer Verschraubung des Gehäuses 5 am Lagerschild 4 und/oder mittels nicht gezeigter Zentrierstifte.
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Durch eine Rotation eines innerhalb des Stators 1 angeordneten Rotors, d. h. eines Innenläufers, entstehende Fliehkräfte könnten Teile des Kühlmediums beschleunigen und somit den Austritt aus den als Langlöcher ausgebildeten Medienabführungen MA1, MA2 erschweren oder verhindern. Aus diesem Grund ist in einer nicht gezeigten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Langlöcher für die im Lagerschild 4 eingeordneten Medienabführungen MA1 derart erzeugt, beispielsweise ausgestanzt werden, dass sich auf einer dem Rotor zugewandten Innenseite jeweils ein Grat bildet, der die Rotation des Kühlmediums bremst und somit ein Abführen des Kühlmediums ermöglicht. Bei der Ausbildung des Kühlmediums als Öl wird dadurch eine so genannte Ölwalze gebremst.
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Das Kühlmedium sammelt sich nach dem Austritt aus dem Elektromotor in der Getriebeglocke des Fahrzeuggetriebes oder wird einen Kühlkreislauf des Fahrzeuggetriebes zurückgeführt.
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Zur Kühlung eines weiteren, nicht näher dargestellten unteren Wicklungskopfes ist zusätzlich in jedem axialen Verteilerkanal AVK jeweils mittig ein in radialer Richtung zum Stator 1 und vom jeweiligen axialen Verteilerkanal AVK in Richtung des unteren Wicklungskopfes verlaufender radialer Verteilerkanal RVK ausgebildet. Durch diese wird das Kühlmedium geleitet und zur Kühlung auf den unteren Wicklungskopf geführt oder gespritzt.
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Mittels der dargestellten Lösung ist zusammenfassend eine effektive Mantelkühlung des Stators 1 realisierbar, wobei hierzu aus dem Stand der Technik bekannte kostenintensive Gehäuse mit integrierten Kühlkanälen nicht erforderlich sind. Vielmehr kann das Gehäuse 5 kostengünstig aus Blech gefertigt werden. Auch ist eine Rückführung der Kühlmediums in den Kühlkreislauf des Fahrzeuggetriebes möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 3
- Wicklungskopf
- 4
- Lagerschild
- 5
- Gehäuse
- 6
- Stator-Blechpaket
- AVK
- axialer Verteilerkanal
- K1 bis Kn
- Kühlkanal
- MA1, MA2
- Medienabführung
- MZ
- Medienzuführung
- RVK
- radialer Verteilerkanal
- VK1
- erster Verteilerkanal
- VK2
- zweiter Verteilerkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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