DE102014221204B4 - Hybridmodul sowie Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug - Google Patents

Hybridmodul sowie Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Hybridmodul (1) für ein Fahrzeug, wobei das Hybridmodul (1) zwischen einem Verbrennungsmotor (10) und einem Getriebe (100) angeordnet ist, umfassend einen Elektroantrieb (3), bei dem ein Stator (5) eine Rotorbaugruppe (7), die in einem Rotorraum (6) vorgesehen ist, umschließt und eine Mehrzahl von Spulenkörpern (41) aufweist, wobei jeder Spulenkörper (41) einen Rohrabschnitt (38) mit einem Innenflansch (40) ausgebildet hat, durch den mehrere Spulenköpfe (39) des Stators (5) gehaltert sind, und ein Trägerelement (13), das einen Flanschabschnitt (15) und einen Kühlmantel (17) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (15) die Rotorbaugruppe (7) lagert und der Kühlmantel (17) an einer äußeren Mantelfläche (19) des Stators (5) angeordnet ist, und wobei mindestens ein Wärmeleitelement (21, 23) an mindestens einer Seitenfläche (S1, S2) des Flanschabschnitts (15) des Trägerelements (13) angeordnet ist, und eine erste Seitenfläche (S1) des Flanschabschnitts (15) des Trägerelements (13), die dem Elektroantrieb (3) zugewandt ist, mindestens ein erstes Wärmeleitelement (21) aufweist, das eine passive Wärmeableitung oder eine aktive Wärmeableitung ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Wärmeableitung derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine erste Wärmeleitelement ein ringförmiges Bauteil (21) ist und in einer axialen Richtung (R1) vor einer Stirnseite (37) der Rotorbaugruppe (7) angeordnet ist und das Bauteil (21) in Freiräumen (11) des Hybridmoduls (1) zwischen mehreren Spulenköpfen (39) des Stators (5) in einer radialen Richtung (R2) verlaufende Abgangskanäle (61) ausbildet, in denen ein Kühlmedium geführt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug.
  • Hybridmodule der eingangs genannten Art werden bekanntermaßen bei Hybridfahrzeugen verwendet. Dabei ist in klassischen Hybridfahrzeugen, wie in einer schematischen Blockansicht in 1 dargestellt, ein Hybridmodul 1 zwischen einem leitungsstarken Verbrennungsmotor 10 und einem Getriebe 100 mit einem breiten Übersetzungsbereich angeordnet.
  • Einen schematischen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hybridmodul 1 zeigt 2. Dabei bildet ein Elektroantrieb 3 zusammen mit einem Schwingungsdämpfer 9 und mindestens einer trennbaren Kupplungsvorrichtung 27 das Hybridmodul 1. Der Schwingungsdämpfer 9 ist meistens ein Zweimassenschwungrad. Die trennbare Kupplungsvorrichtung 27 befindet sich vorteilhaft zumindest teilweise innerhalb einer Rotorbaugruppe 7 des Elektroantriebs 3. Die Rotorbaugruppe 7, die von einem Stator 5 umschlossen ist, umfasst einen Rotor 25 und einen Hohlwellenabschnitt 26. Insbesondere ist der Stator 5 koaxial und konzentrisch zu dem Hohlwellenabschnitt 26 der Rotorbaugruppe 7 in einem Gehäuse 43 angeordnet. Die Rotorbaugruppe 7 ist um eine Drehachse A (in 3 dargestellt) drehbar in dem Gehäuse 43 gelagert, der Stator 6 ist in dem Gehäuse 43 stationär oder ortsfest positioniert.
  • Ferner umfasst das Hybridmodul ein Trägerelement 13, das aus einem Flanschabschnitt 15 und einem Kühlmantel 17 besteht. Der Flanschabschnitt 15 lagert die Rotorbaugruppe 7. Der Kühlmantel 17 ist an einer äußeren Mantelfläche 19 des Stators 5 angeordnet, so dass die Verlustwärme von der äußeren Mantelfläche 19 des Stators 5 abführbar ist. An einer radialen Außenseite weist der Kühlmantel 17 eine Mehrzahl von in Umlaufrichtung um die Drehachse A verlaufende Stege 44 auf, welche an der Innenfläche des Gehäuses 43 anliegen, so dass zwischen den Stegen 44 und damit zwischen dem Kühlmantel 17 und dem Gehäuse 43 Kühlkanäle 45 ausgebildet sind.
  • In den Kühlkanälen 45 kann ein Medium, insbesondere Fluid, beispielsweise ein Öl oder ein anderes Kühlmittel, zur Kühlung des Elektroantriebs 3 geführt werden.
  • In einigen weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ist ein Kühlmantel mit Flüssigkeitskühlung an der äußeren Mantelfläche des Stators auch getrennt von dem Trägerelement ausgeführt. Dies ist beispielsweise im amerikanischen Patent US 5 929 543 A sowie in der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 07 486 A1 offenbart. Alternativ oder ergänzend sind in Hybridmodulen auch ölgekühlte Elektroantriebe bekannt, bei denen ein Öl innerhalb des Hybridmoduls direkt auf Wicklungen, den Statorkern und den Rotor des Elektroantriebs gelangt und über einen Ölwärmetauscher die aufgenommene Wärme an die Umgebung abgibt.
  • Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass eine Wärmeableitung aus dem Stator des Elektroantriebs durch einen Vollverguss, vorzugsweise im Kühlmantel, verbessert wird. Dabei weist die Vergussmasse durch Füllstoffe eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf und füllt zudem einen Raum zwischen einer Stirnseite des Stators und dem Kühlmantel bzw. dem Flanschabschnitt aus.
  • Allgemein ist auch bekannt, dass eine Leistungsabgabe des Elektroantriebs bei längeren Betriebszeiten durch Erwärmungsgrenzen in den Bauteilen des Hybridsystems eingeschränkt wird. Im vorgegeben Bauraum ist sowohl die Verringerung der Verluste in den Systemkomponenten als auch die Erhöhung der Kühlleistung mit hohen Kosten für hochwertige Materialien und Prozesse verbunden. Bei einer Ölkühlung darf an allen Bauteilen die zulässige Grenztemperatur des Öls zudem nicht überschritten werden, da dieses ansonsten schneller altert. Dies gilt insbesondere auch für die Permanentmagneten in der Rotorbaugruppe, in denen mit ansteigenden Betriebstemperaturen der Anteil an hochpreisigem Dysprosium steigt und deren Eigenverluste aufgrund betriebsbedingter Magnetflussschwankungen durch eine aufwendige Segmentierung der Magnetpole gesenkt werden. Gerade bei Elektroantrieben mit konzentriert bewickelten Einzelpolen, die aufgrund von kurzen Wickelköpfen in Hybridantrieben bevorzugt eingesetzt werden, entstehen somit für eine hohe Dauerleistung bei hohen Drehzahlen erhebliche Magnetkosten.
  • Aus der DE 10 2008 043 290 A1 und auch aus der DE 10 2008 040 489 A1 ist jeweils Hybridmodul bekannt, welches einen Kühlmantel umfasst, welcher über ein Trägerelement angebunden ist, welches einen Flanschabschnitt aufweist, auf welchem die Rotorbaugruppe lagert.
  • Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, ein Hybridmodul für ein Fahrzeug zu schaffen, dass im vorgegebenen Bauraum mit geringem Kosten- und Nachbearbeitungsaufwand die Leistungsabgabe eines Elektroantriebs steigert oder bei gleichbleibender Leistungsabgabe die Magnetkosten senkt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Hybridmodul für ein Fahrzeug gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 oder Anspruch 2 umfasst.
  • Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein kostengeringes Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug anzugeben, bei dem mit einem geringen Nachbearbeitungsaufwand die Leistungsabgabe eines Elektroantriebs gesteigert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug gelöst, das die Merkmale im Anspruch 8 umfasst.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche umfasst.
  • Das erfindungsgemäße Hybridmodul für ein Fahrzeug ist zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet ist. Das Hybridmodul umfasst einen Elektroantrieb, bei dem ein Stator eine Rotorbaugruppe umschließt und eine Mehrzahl von Spulenkörpern aufweist. Die Rotorbaugruppe ist in einem Rotorraum vorgesehen. Jeder Spulenkörper hat einen Rohrabschnitt mit einem Innenflansch ausgebildet, durch den mehrere Spulenköpfe des Stators gehaltert sind. Das Trägerelement weist einen Flanschabschnitt und einen Kühlmantel auf. Vorzugsweise ist das Trägerelement derart ausgebildet, dass der Flanschabschnitt und der Kühlmantel aneinandergefügt sind. Ebenso ist aber auch denkbar, dass der Flanschabschnitt und der Kühlmantel des Trägerelements nicht unmittelbar aneinanderfügt sind. Der Flanschabschnitt lagert die Rotorbaugruppe und der Kühlmantel ist an einer äußeren Mantelfläche des Stators angeordnet, so dass dieser die Verlustwärme von der äußeren Mantelfläche des Stators abführt.
  • Erfindungsgemäß weist der Flanschabschnitt des Trägerelements in einer ersten Ausführungsform an mindestens einer Seitenfläche mindestens ein Wärmeleitelement zur Kühlung der Rotorbaugruppe auf.
  • In einer zweiten Ausführungsform ist der Innenflansch jedes Spulenkörpers derart ausgebildet, dass ein Wärmefluss von den Spulenköpfen zum Rotorraum hin reduziert bzw. gehemmt ist.
  • Die Erfindung weist in ihrer ersten Ausführungsform eine erste Seitenfläche des Flanschabschnitts des Trägerelements, die dem Elektroantrieb zugewandt ist, mindestens ein erstes Wärmeleitelement auf, das mittels passiver Wärmeableitung oder mittels aktiver Wärmeableitung, die vom Elektroantrieb erzeugte Wärme, abführt.
  • Dieses mindestens eine Wärmeleitelement ist in einer ersten Ausführungsform derart in dem Bauraum des Hybridmoduls angeordnet, dass es bestehende Freiräume im Hybridmodul nutzt. Alle bisherigen im Hybridmodul verbauten und verbaubaren Bauteile können daher weiter genutzt werden. Somit müssen keine konstruktiven Umgestaltungen im Hybridmodul vorgenommen werden. Ferner hat dies den Vorteil, dass das Wärmemanagement im Hybridmodul auf kostengünstige Weise optimiert ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridmoduls bildet der Flanschabschnitt des Trägerelements mindestens eine Aussparung aus, mittels welcher das mindestens eine erste Wärmeleitelement über mindestens einen Befestigungsstift befestigt ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine zweite Seitenfläche des Flanschabschnitts des Trägerelements, die dem Elektroantrieb abgewandt ist, mindestens ein zweites Wärmeleitelement auf, das mit dem mindestens einen ersten Wärmeleitelement verbunden ist. Bevorzugt ist dabei das zweite Wärmeleitelement über mindestens ein Verbindungselement mit dem mindestens einen ersten Wärmeleitelement verbunden. Auch ist bei der Erfindung vorgesehen, dass ein erstes Wärmeleitelement mit einem zweiten Wärmeleitelement stoff- und/oder formschlüssig, insbesondere durch ein Stauchen und/oder Verschweißen, mechanisch und thermisch miteinander verbunden ist.
  • Vorzugsweise ist das zweite Wärmeleitelement mit dem ersten Wärmeleitelement derart miteinander verbunden, dass der mindestens eine Befestigungsstift zur Befestigung des ersten Wärmeleitelements über eine Aussparung mit dem zweiten Wärmeleitelement verbunden ist und eine Wärmebrücke bildet. Dabei nimmt im Betrieb eines Hybridmoduls das mindestens eine erste Wärmeleitelement die Wärme aus dem Umfeld der Rotorbaugruppe auf und weist hierfür eine, wie in der nachfolgenden Ausführungsform beschrieben, geeignete Oberflächenstruktur und/oder Beschichtung auf. Die Beschichtung ist vorzugsweise eine schwarze Antihaftbeschichtung. Die Wärme wird dann zum Teil direkt an den Flanschabschnitt des Trägerelements, jedoch aber auch über die als Wärmebrücken dienenden Befestigungsstifte direkt an das mindestens eine zweite Wärmeleitelement weitergeleitet. Durch diesen zusätzlichen Querschnitt und ihre hohe Wärmeleitfähigkeit reduziert das mindestens eine zweite Wärmeleitelement einen Wärmegradienten in radialer Richtung erheblich. Dies ist nachfolgend an einem Beispiel beschrieben: Zwischen dem die Rotorbaugruppe umgebenden Medium und dem Kühlwasser an einem Einlass als Wärmesenke, entsteht bei einem Wärmefluss von ca. 600 W in dem Trägerelement, wie beispielsweise aus Stahl, eine Temperaturdifferenz von etwa 30 bis 50°C. Interne Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass durch eine bessere Wärmeaufnahme und Wärmeleitung mittels erster und/oder zweiter Wärmeleitelemente, die Temperaturdifferenz erheblich um 30 bis 70% gesenkt werden kann. Eine Absenkung der Temperatur des die Rotorbaugruppe umgebenden Mediums um 15 bis 30°C führt zu einer Absenkung der Magnettemperatur in der Rotorbaugruppe, wodurch der Magnetfluss ansteigt. Vorteilhafterweise können dadurch wiederum deutlich preiswertere Magnete (mit geringem Dysprosium-Anteil) eingesetzt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridmoduls ist neben dem ersten und dem zweiten Wärmeleitelement, mindestens ein drittes Wärmeleitelement vorgesehen. Ein Teil des dritten Wärmeleitelements ist vorzugsweise vor einem Statorjoch, demnach nicht im Rotorraum, angeordnet und steht in einem direkten Kontakt mit dem Kühlmantel und dem mindestens einen zweiten Wärmeleitelement, so dass ein Wärmewiderstand zwischen dem zweiten Wärmeleitelement und den eingangs beschriebenen Kühlkanälen erheblich reduziert wird.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die passive Wärmeableitung derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine erste Wärmeleitelement radial zur Rotorbaugruppe eine durch Erhöhungen und Vertiefungen vergrößerte Oberfläche aufweist. Insbesondere bestehen erste Wärmeleitelemente bei einer passiven Wärmeableitung aus gut wärmeleitendem Material. Wie bereits oben beschrieben, ist das mindestens eine erste Wärmeleitelement mittels mindestens eines Befestigungsstiftes in mindestens einer Aussparung des Flanschabschnitts des Trägerelements befestigt, wobei dabei der mindestens eine Befestigungsstift vorzugsweise einstückig zu einem ersten Wärmeleitelement gehört, sprich sie bilden ein Bauteil und werden bevorzugt als Fließpressteil hergestellt. Selbstverständlich besteht der Befestigungsstift ebenfalls aus gut wärmeleitendem Material.
  • Die aktive Wärmeableitung des der ersten Ausführungsform ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass das erste Wärmeleitelement ein ringförmiges, geschlossenes Bauteil ist, das in einer axialen Richtung vor einer Stirnseite der Rotorbaugruppe angeordnet ist. Das Bauteil bildet dabei in den Freiräumen des Hybridmoduls zwischen mehreren Spulenköpfen des Stators in einer radialen Richtung verlaufende Abgangskanäle aus, in denen ein Kühlmedium führbar ist.
  • Vorzugsweise weist das ringförmige Bauteil, bevorzugt aus einem Blech hergestellt, einen Innenringkanal mit einem Einlass für das Kühlmedium (in Richtung der Schwerkraft vorzugsweise oben) und einen Außenringkanal mit einem Auslass für das Kühlmedium auf, wobei ein Übergang den Innenringkanal mit dem Außenringkanal verbindet. Der Übergang ist vorzugsweise gegenüberliegend dem Ein- und Auslass ausgebildet.
  • Bei einem Elektroantrieb mit konzentriert gewickelten Einzelpolen im Stator hat der Außenringkanal vorzugsweise eine Mehrzahl von Ausnehmungen, über einen Umfang verteilt, zur Aufnahme der Spulenköpfe ausgebildet, so dass der Außenringkanal jeweils zwischen zwei aufeinander folgende Ausnehmungen einen der in radialer Richtung verlaufenden Abgangskanal ausbildet. Diese enden in einem ringförmigen Sammelraum axial vor einem Statorjoch, von wo aus das Kühlmedium durch mindestens eine Durchgangsbohrung auf die äußere Mantelfläche des Kühlmantels des Trägerelements gelangt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform endet jeder Abgangskanal des ersten Wärmeleitelements an einer oder zwei Durchgangsbohrungen. Auf der äußeren Mantelfläche des Kühlmantels verlaufen die eingangs beschriebenen Kühlkanäle dann vorteilhaft in axiale Richtung. Hierdurch kann der Kühlmantel als Stranggussteil kostengünstig hergestellt werden.
  • An einem Ende des Kühlmantels, entgegen dem mit dem Flanschabschnitt verbundenen Ende, enden die axial verlaufenden, parallelen Kühlkanäle in einem weiteren Ringkanal, der entweder beim Überdrehen des Stranggussteils spanend hergestellt wird oder als Blechteil an die Stirnseite des Kühlmantels angefügt wird. Erfolgt der letztere Fall nach der Montage des vorgefertigten Stators, kann mit dem Blechteil der Raum axial vor dem Statorjoch für einen größeren Querschnitt dieses Ringkanals genutzt werden. Vorzugsweise erfolgt der Abfluss der Kühlflüssigkeit auf der Seite zum Getriebe direkt aus dem dortigen Ringkanal.
  • Ist ein Abfluss direkt neben dem Zufluss auf der Seite zum Verbrennungsmotor gewünscht, so dient der Kühlkanal auf der Seite zum Getriebe nur zur Umlenkung der Flüssigkeitsströmung und die Anzahl der axial verlaufenden Kühlkanäle wird verdoppelt. Am Umfang wechselt die axiale Fließrichtung in benachbarte Kühlkanäle. Ein Sammelkanal auf der Auslassseite wird dann vorzugsweise im Trägerelement angeordnet. Hierzu weist das Flanschteil des Trägerelements im Radiusbereich des Kühlmantels eine Zahnung auf, wobei die Zahnerhöhungen die weglaufenden Kühlkanäle schließen und die Vertiefungen zwischen den Zähnen die Flüssigkeit aus den ankommenden Kühlkanälen in den Sammelkanal fließen lässt.
  • Ist bei dem erfindungsgemäßen Hybridmodul die Kupplungsvorrichtung eine Nasskupplung, besteht das Umgebungsmedium in der Rotorbaugruppe aus einem Ölnebel. Dabei erzeugt das Öl einerseits zusätzliche Schleppverluste, andererseits aber werden die Eigenverluste der Kupplung, inklusive Kupplungssteller, und der Rotorbaugruppe (Wirbelstromverluste) relativ effektiv zur Wärmesenke abgeleitet. Unabhängig vom Umgebungsmedium (Ölnebel oder trockene Luft) sind Bauteile im rotierenden Teil des Hybridmoduls vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch die Rotation eine für den Wärmefluss günstige Strömung entsteht.
  • Während die Temperatur des die Rotorbaugruppe umgebenden Mediums niedrig gehalten wird, soll zur Realisierung einer hohen Leistungsdichte die zulässige Spitzentemperatur in der Statorwicklung möglichst hoch sein. Durch die Verwendung temperaturfester Isoliermaterialien (Drahtlack, Kunststoffe, etc.) können Wicklungstemperaturen von 180 bis 200°C zugelassen werden. Um eine Schädigung des Öls zu vermeiden, sollte dies allerdings nicht in Kontakt mit Bauteilen kommen, deren Temperatur über 150°C liegt.
  • Wie bereits einleitend zur Erfindung beschrieben, sieht eine ergänzende oder alternative Ausführungsform der Erfindung vor, dass der Innenflansch jedes Spulenkörpers derart ausgebildet ist, dass ein Wärmefluss von der Wicklung zum Rotorraum hin reduziert ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass im Dauerbetrieb die Kerntemperatur des Stators, wie auch im Zahnkopf, bei hohen Leistungen und Drehzahlen 20 bis 30°C und bei niedrigen Drehzahlen und hohen Drehmomenten sogar 40 bis 50°C unterhalb der Spitzentemperatur in der Wicklung liegt. Während eine zum Luftspalt weisende Statorkernfläche wärmetechnisch für den Rotorraum weitgehend neutral oder sogar kühlend wirkt, erfolgt die Erwärmung des Rotorraums aus dem Stator ganz überwiegend von der Wicklung durch Nutschlitze und in den Wickelkopfbereichen. Die erfindungsgemäße Lösung trägt somit dazu bei, den Wärmefluss aus dem Stator in den Rotorraum erheblich zu reduzieren. Hierdurch kann das Temperaturniveau im Rotor um 10 bis 20°C gesenkt werden, was wiederum die Magnetkosten erheblich reduziert.
  • Der Innenflansch weist dabei vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 3 mm auf, wobei die Dicke in der Fläche des Innenflansches variieren kann. Vorteilhaft ist jedoch, dass die größte Dicke des Innenflansches dann an Stoßstellen der Spulenkörper in der Mitte von Nutschlitzen des Statorkerns ausgebildet ist.
  • Im Gegensatz zu aus den Stand der Technik bekannten Spulenkörpern vermindert sich die Dicke des Innenflansches nicht oder nur minimal mit zunehmenden Abstand zu einer Stirnfläche des Stators. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Dicke des Innenflansches mit etwas axialem Abstand zum Statorkern sogar zu und zwar auf der von der Wicklung abgewandten Seite, wobei die Dickenzunahme auf der Montageseite des Rotors ca. 30 bis 80% der Luftspaltweite beträgt und auf der nicht Montageseite sogar größer als die Luftspaltweite ausgeführt ist.
  • Es gibt zwei Möglichkeiten wie die Spulenkörper ausgestaltet sein können, damit der Wärmefluss von der Wicklung zum Rotorraum hin reduziert ist. Eine erfindungsgemäße Möglichkeit ist, dass die Spulenkörper aus Kunststoff vorgespritzt und montiert werden. Dabei besteht der Innenflansch jedes Spulenkörpers aus einem Kunststoff mit einer schlechten Wärmeleitfähigkeit, so dass der Wärmefluss von der Wicklung zum Rotorraum hin reduziert bzw. gehemmt ist. Vorzugsweise bestehen der Rohrabschnitt um den Zahnhals und der Außenflansch des Spulenkörpers dann aus einem gut wärmeleitenden Kunststoff. So besteht der Innenflansch beispielsweise aus einem weitgehend reinen Kunststoff, sprich ohne wärmeleitende Füllstoffe. Der übrige Bereich des Spulenkörpers, wie z. B. der Rohrabschnitt und der Außenflansch, besteht vorzugsweise aus dem gleichen Kunststoff wie der des Innenflansches, wobei hier aber der Kunststoff mit einem wärmeleitfähigen Füllstoff versehen wird.
  • Eine zweite Möglichkeit ist die Umspritzung der Blechpakete der Zahnkerne zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität mit einem hochfesten Kunststoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Der Kunststoff besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten. Vorzugsweise bestehen nach dem Spritzvorgang der Rohrabschnitt um den Zahnhals und der Außenflansch aus einem gut wärmeleitenden Kunststoff und der Innenflansch hingegen aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff. So besteht der Innenflansch beispielsweise aus einem weitgehend reinen Kunststoff, sprich ohne wärmeleitende Füllstoffe.
  • Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass der gesamte Spulenkörper, sprich der Rohrabschnitt sowie der Außen- und Innenflansch, aus einem reinen Kunststoff besteht, wobei dann aber eine Wandstärke innerhalb der Nuten auf wenige Zehntel verkleinert ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Steigerung der Leistungsdichte eine Anhebung der zulässigen Wicklungstemperatur um 10 bis 20% erforderlich ist, so dass zur Isolierung der Nutschlitzisolation besonders hitzebeständige Drahtlacke und Kunststoffe eingesetzt werden. Vorzugsweise ist ferner der Einsatz sehr wärmebeständiger Vergussmassen, wie beispielsweise Duroplastmaterial, vorgesehen, die ebenfalls Temperaturen > 200°C zulassen und dank sehr hoher Füllgrade mit gut wärmeleitenden Füllstoffen, einen hohen Wärmeleitwert aufweisen.
  • Mit den beschriebenen Maßnahmen kann die zulässige Spitzentemperatur in den Wicklungen, insbesondere im Wickelkopfbereich auf Werte über 200°C steigen und damit die Leistungsdichte mit geringen Zusatzkosten im Stator erheblich gesteigert werden. Dazu ein Beispiel: Allgemein ist bekannt, dass hoch wärmeleitfähige Vergussmassen spezifische Wärmeleitwerte von 3 bis 5 W/m·K erreichen. Wird nach Sicherstellung der Isolation der verbleibende Hohlraum mit einem grafitgefüllten Duroplast ausgespritzt, so werden spezifische Wärmeleitwerte bis 20 W/m·K erreicht. Dagegen weisen reine Kunststoffmassen, wie beispielsweise Polyphenylensulfid, nur spezifische Wärmeleitwerte von 0,2 bis 0,3 W/m·K auf. Der materialbedingte Unterschied im Wärmeleitwert beträgt somit das 10 bis 100-fache.
  • Der erfindungsgemäße Innenflansch mit geringer Wärmeleitfähigkeit zwischen den Wickelköpfen und dem Rotorraum, hemmt den Wärmefluss von der Wicklung in den Rotorraum erheblich. Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem eine Trennfläche zwischen der Wicklung und dem Rotorraum durch die gut wärmeleitende Vergussmasse gebildet wird, sorgt der flächendeckende Innenflansch für einen Anstieg des Wärmewiderstandes um ein Vielfaches.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug ist durch den folgenden erfindungsgemäßen Schritt gekennzeichnet. Es wird an einem Flanschabschnitt eines Trägerelements an mindestens einer Seitenfläche mindestens ein Wärmeleitelement zur Kühlung der Rotorbaugruppe angefügt.
  • Aus Gründen der besseren Verständlichkeit wird an dieser Stelle noch der allgemeine Ablauf des Herstellungsverfahrens eines Hybridantriebs einschließlich des erfindungsgemäßen Schrittes beschrieben: Ein Flanschabschnitt für das Trägerelement wird vorzugsweise durch ein Gießen und Schmieden oder durch Stanzen und Biegen umformtechnisch aus einem dicken Blech als Stahlteil hergestellt und muss eine sehr hohe Festigkeit aufweisen. Für den Kühlmantel des Trägerelements kann dagegen eine niedrigere Stahllegierung mit günstigerem Wärmeleitwert verwendet werden. Nach dem Vorfertigen beider Teile werden für Befestigungszwecke anschließend Bohrungen im Kühlmantel und auch im Flanschteil eingearbeitet. In einem anschließenden Schritt werden der Flanschabschnitt und der Kühlmantel vor einer Nachbearbeitung in einer Drehmaschine (Zentrier- und Lagersitze) durch einen Schweißprozess mediendicht zum einstückigen Trägerelement zusammengefügt. In bzw. an das danach gereinigte Trägerelement wird dann das mindestens eine Wärmeleitelement an den Flanschabschnitt angefügt. Hat das mindestens eine Wärmeleitelement eine aktive Wärmeableitung, sprich es ist flüssigkeitsführend ausgebildet, so wird das mindestens eine Wärmeleitelement durch eine mediendichte Laserschweißnaht am Innen- und Außenrand sowie einige Schweißpunkte fixiert. Anschließend wird das Trägerelement erwärmt und der vorgefertigte Stator in das Trägerelement eingepresst. Danach wird der Blechring für den getriebeseitigen Ringkanal und/oder dem vierten Wärmeleitelementtyp (siehe 14) angeschweißt. Nach dem Aufschieben einer vorzugweise gerollten Blechhülse wird diese am Kühlmantel und am Blechring festgeschweißt.
  • Durch mindestens ein Wärmeleitelement am Flanschabschnitt des Trägerelements kann bei der Erfindung somit vorteilhafterweise durch eine aktive oder passive Steigerung des Wärmeflusses vom Rotorraum zum Kühlmittel des Hybridmoduls, die Rotorbaugruppe effektiv gekühlt werden und dadurch die Leistungsabgabe des Elektroantriebs gesteigert werden. Ein Vorteil bilden auch die Abgangskanäle im Wärmeleitelement in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, da diese durch eine Flussführung des Kühlmittels eine bessere Wickelkopfkühlung und durch die Fließwege im Kühlmantel eine deutliche Verminderung des Temperaturgradienten über den Umfang des Kühlmantels erzielen. Die Kühlung mittels des mindestens einen Wärmeleitelements ist zudem in einem Freiraum des erfindungsgemäßen Hybridmoduls angeordnet, so dass bei der Erfindung weiterhin Bauteile, wie bspw. der Kupplungssteller, ohne Probleme eingebaut werden können. Auch hat sich gezeigt, dass die Herstellung des mindestens einen Wärmeleitelements zwar einerseits einige Schweißvorgänge benötigt, andererseits jedoch die Verwendung werkzeugfallender Bauteile mit geringem Nachbearbeitungsaufwand ermöglicht, die zudem aus kostengünstigem Material bestehen. Insbesondere bei der automatisierten Herstellung großer Stückzahlen überwiegt der Kostenvorteil bei den Rohteilen, so dass insgesamt ein Kostenvorteil entsteht.
  • Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Blockansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten in einem Fahrzeug angeordneten Hybridmoduls;
  • 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hybridmodul;
  • 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul;
  • 4 einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, mit einer ersten Ausführungsform von Wärmeleitelementen
  • 5 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmeleitelements des erfindungsgemäßen Hybridmoduls nach 4;
  • 6 einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, mit einer weiteren Ausführungsform von Wärmeleitelementen;
  • 7 eine teilweise Ansicht der inneren Mantelfläche eines Stators bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Hybridmodul;
  • 8 einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, mit einer Ausführungsform eines Innenflansches jedes Spulenkörpers;
  • 9 eine teilweise Ansicht der inneren Mantelfläche des Stators aus 8 mit dem erfindungsgemäßen ausgebildeten Innenflansch jedes Spulenkörpers;
  • 10 eine schematische Schnittansicht des Stators entlang der Linie A-A aus 8.
  • 11 einen vergrößerten Detailausschnitt des in 10 mit D gekennzeichneten Bereichs;
  • 12 eine schematische Schnittansicht des Stators entlang der Linie B-B aus 8.;
  • 13 einen vergrößerten Detailausschnitt des in 12 mit E gekennzeichneten Bereichs; und
  • 14 einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, das eine weitere Ausführungsform darstellt, die auf die in 6 gezeigten Ausführungsformen aufbaut.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Hybridmodul für ein Fahrzeug und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls für ein Fahrzeug ausgestaltet sein können und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
  • 1 zeigt eine schematische Blockansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten in einem Fahrzeug angeordneten Hybridmoduls. Ein derartiges aus dem Stand der Technik bekanntes Hybridmodul 1 ist einem schematischen Längsschnitt in 2 dargestellt. Da diese beiden 1 und 2 bereits einleitend beschrieben sind, wird auf eine erneute Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.
  • 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1. Das Hybridmodul 1 umfasst ein Trägerelement 13 und eine freie Fläche 8, wobei in diese freie Fläche 8 der in 4 dargestellte Elektroantrieb 3 anzuordnen ist, bei dem ein Stator 5 eine Rotorbaugruppe 7 umschließt. Das Trägerelement 13 besteht aus einem Flanschabschnitt 15 und einem Kühlmantel 17. Der Flanschabschnitt 15 lagert die Rotorbaugruppe 7 und der Kühlmantel 17 ist an einer äußeren Mantelfläche 19 des Stators 5 angeordnet, so dass dieser die Verlustwärme von der äußeren Mantelfläche 19 des Stators 5 abführt.
  • Wie in 3 ersichtlich, weist das Hybridmodul 1 Freiräume 11 auf, indem die in den nachfolgenden 4 und 6 beschriebenen Wärmeleitelemente 21, 23 zur Kühlung der Rotorbaugruppe 7 angeordnet sind. Alle weiteren hier dargestellten Merkmale sind bereits zu den vorherigen Figuren beschrieben, so dass auf eine erneute Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
  • 4 zeigt einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1. Gemäß einer ersten Ausführungsform sind in den Freiräumen 11 (siehe 3) Wärmeleitelemente 21, 23 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform weist das Hybridmodul 1 zwei Wärmeleitelemente 21, 23 auf.
  • Eine erste Seitenfläche S1 des Flanschabschnitts 15 des Trägerelements 13, die dem Elektroantrieb 3 zugewandt ist, sieht ein erstes Wärmeleitelement vor 21, das eine aktive Wärmeableitung ausgebildet hat. Insbesondere hat der Flanschabschnitt 15 des Trägerelements 13 eine Aussparung 29, die dem Einlass 49 aus 5 entspricht, ausgebildet, vermittels welcher das Kühlmedium von der Seitenfläche S2 auf die Seitenfläche S1 gelangt. Die Aussparung 29 bildet somit eine fluide Verbindung für das Kühlmedium aus dem Wärmeleitelement 21. Ferner weist eine zweite Seitenfläche S2 des Flanschabschnitts 15 des Trägerelements 13, die dem Elektroantrieb 3 abgewandt ist, ein zweites Wärmeleitelement 23 auf, das hohl ausgebildet ist und das Kühlmedium radial von außen zum Rotorraumradiusbereich zuleitet. Weitere hier dargestellte Bezugszeichen werden nachfolgend beschrieben und sind daher der Beschreibung zu der 6 zu entnehmen.
  • Ferner ist in dieser Ansicht nach 6 ersichtlich, dass der Stator eine Mehrzahl von Spulenkörpern 41 aufweist, wobei jeder Spulenkörper 41 einen Rohrabschnitt 38 mit einem Innenflansch 40 und einem Außenflansch 42 ausgebildet hat, durch die mehrere Spulenköpfe 39 des Stators 5 gehaltert sind.
  • 5 zeigt eine axiale Draufsicht von der Flanschseite des Wärmeleitelements 21 des erfindungsgemäßen Hybridmoduls 1 (s. 4). Dabei wird die aktive Wärmeableitung dadurch erreicht, dass das erste Wärmeleitelement ein ringförmiges, geschlossenes Bauteil 21 ist und in einer axialen Richtung R1 vor einer Stirnseite 37 der Rotorbaugruppe 5 aus 4 angeordnet ist. Das Bauteil 21 hat Abgangskanäle 61 ausgebildet, die zwischen den Spulenköpfen 39 des Stators 5 in einer radialen Richtung R2 verlaufen. In den Abgangskanälen 61 wird das Kühlmedium geführt. Das ringförmige Bauteil 21 kann ebenfalls durch einen Stanz- und Schweißprozess gebildet werden.
  • Das ringförmige Bauteil 21 weist einen Innenringkanal 47 mit einem Einlass 49 für das Kühlmedium und einen Außenringkanal S1 mit einem Auslass 53 für das Kühlmedium auf, wobei ein Übergang 55 den Innenringkanal 47 mit dem Außenringkanal 51 verbindet. Der Übergang 55 ist wie hier dargestellt, vorzugsweise gegenüberliegend dem Ein- und Auslass 49, 53 ausgebildet.
  • Bei einem Elektroantrieb 3 mit konzentrisch gewickelten Einzelpolen im Stator 5, hat das ringförmige Bauteil 21 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 59, über einen Umfang 57 verteilt. Diese Ausnehmungen 59 dienen zur Aufnahme der Spulenköpfe 39 des Stators 5, so dass in den Außenringkanal 51 jeweils ein zwischen zwei aufeinander folgenden Ausnehmungen 59 ein in radialer Richtung R2 verlaufender Abgangskanal 61 mündet. Diese enden dann in einem ringförmigen Sammelraum 65 axial vor einem Statorjoch 67 (siehe 4), von wo aus das Kühlmedium durch mindestens eine Durchgangsbohrung (nicht dargestellt) auf die äußere Mantelfläche des Kühlmantels 17 des Trägerelements 13 geführt wird.
  • Vereinfacht kann ein ringförmiges Bauteil 21 auch nur mit dem Innenringkanal 47 ausgeführt werden. Anstelle des Übergangs 55 wird der Auslass 53 durch eine weitere Aussparung im Flanschabschnitt 15 gebildet, durch den das Kühlmedium zu einem weiteren hohl ausgeführten zweiten Wärmeleitelement 23 gelangt und von diesem zum Kühlmantel 17 geführt wird.
  • 6 zeigt ebenfalls einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Hybridmodul 1 weist hier neben dem ersten Wärmeleitelement 21 und dem zweiten Wärmeleitelement 23 ein weiteres, drittes Wärmeleitelement 24 auf.
  • Die Anordnung des ersten und zweiten Wärmeleitelements 21, 23 im Hybridmodul 1 ist gleich der vorherigen 4. Insbesondere ist hier aber das zweite Wärmeleitelement 23 mit dem ersten Wärmeleitelement 21 über Befestigungsstifte 31 miteinander verbunden. Das erste Wärmeleitelement 21 hat die Befestigungsstifte 31 ausgebildet, über die es z. B. durch Aussparungen 29 hindurch mit dem zweiten Wärmeleitelement 23 verbunden wird. Auch gehören in dieser Ausführungsform die beiden Befestigungsstifte 31 vorzugsweise einstückig zu dem ersten Wärmeleitelement 21. Das erste Wärmeleitelement 21 fungiert als Wärmetauscher vor der Stirnseite des Rotors 5. Dabei fungieren die Befestigungsstifte 31 auch als Wärmebrücken. So nimmt im Betrieb eines Hybridmoduls 1 das erste Wärmeleitelement 21 die Wärme aus dem Umfeld der Rotorbaugruppe 7 auf und weist hierfür ferner bei einer passiven Wärmeableitung eine geeignete Oberflächenstruktur auf. So bildet das erste Wärmeleitelement 21 in dieser Ausführungsform radial zur Rotorbaugruppe 7 eine durch Erhöhungen 33 und Vertiefungen 25 vergrößerte Oberfläche aus. Die Wärme wird dann zum Teil direkt an den Flanschabschnitt 15 des Trägerelements 13, jedoch aber auch über die als Wärmebrücke dienenden Befestigungsstifte 31 direkt an das zweite Wärmeleitelement 23 weitergeleitet. Durch diesen zusätzlichen Querschnitt und ihre hohe Wärmeleitfähigkeit reduziert das zweite Wärmeleitelement 23 einen Wärmegradienten in radialer Richtung R2 erheblich. Alle weiteren hier dargestellten Bezugszeichen sind der Beschreibung zu den 1 und 2 zu entnehmen. Andere Ausführungsformen können aber auch andere Elemente zur Verbindung des ersten und zweiten Wärmeleitelements 21, 23 vorsehen, wobei aber beide Wärmeleitelemente 21, 23 stets stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind, damit ein ausreichender Wärmeübergang gegeben ist.
  • Das dritte Wärmeleitelement 24 ist in dieser Ausführungsform vor einem Statorjoch 67 angeordnet und steht in einem direkten Kontakt mit dem Kühlmantel 17 und dem zweiten Wärmeleitelement 23. Somit wird ein Wärmewiderstand zwischen dem zweiten Wärmeleitelement 23 und den eingangs beschriebenen Kühlkanälen 45 erheblich reduziert.
  • Die drei Wärmeleitelemente 21, 23, 24 werden vorzugsweise nur als Sektorstücke eines Ringes vorgefertigt, wobei in Umfangsrichtung zwischen den vorzugsweise baugleichen Sektorstücken Lücken für Streben, Leitungen, Sensoren oder andere Funktionsteile angeordnet sein können.
  • 7 zeigt eine teilweise Ansicht der inneren Mantelfläche eines in 2 dargestellten Innenflansches 40 von Spulenkörpern 41 bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Hybridmodul 1 (s. 2). Vom Spulenkörper 41 ist hier nur der als Innenflansch 40 bezeichnete Teil zu sehen. Die Spulenkörper 41 sind jeweils tangential zueinander und axial zum Flanschabschnitt 15 beanstandet. Eine gut wärmeleitende Vergussmasse 71 ist zwischen dem Flanschabschnitt 15 und dem Stator 5 (von dem nur die Polflächen des Kerns und die Innenflasche 40 der Spulenkörpern 41 zu sehen sind) eingebracht. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse 71 gelangt eine erhebliche Wärmemenge an die innere Mantelfläche des Stators und erwärmt dadurch den Rotor 25 bzw. die Rotorbaugruppe 7 (s 2) zusätzlich.
  • Um diese zusätzliche Erwärmung zu verhindern, zeigt 8 einen schematischen und teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1, mit einer Ausführungsform eines Innenflansches 40 jedes Spulenkörpers 41, der derart ausgebildet ist, dass ein Wärmefluss 69 von den Spulenköpfen 39 zum Rotorraum 6 hin reduzierbar bzw. gehemmt ist. So sieht diese Ausführungsform vor, dass jeder Spulenkörper 41 des Stators 5 aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten besteht. Dabei besteht ein Rohrabschnitt 38 und ein Außenflansch 42 jedes Spulenkörpers 41 aus einem gut wärmeleitenden Kunststoff. Der Innenflansch 40 jedes Spulenkörpers 41 hingegen besteht aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff. Insbesondere reichen die Innenflasche 40 der Spulenkörper 41 bis an den Flanschabschnitt 15 heran, so dass die in 7 dargestellte Vergussmasse 71 von der inneren Mantelfläche der Statorbaugruppe getrennt werden kann. Somit gelangt keine Vergussmasse 71 (bzw. in den Montagespalten nur geringfügig) zur Oberfläche zum Rotorraum 6. Dies zeigt 9 in einer teilweisen Ansicht der inneren Mantelfläche entlang der Linie C-C aus 8 durch die dargestellten Innenflansche 40 von Spulenkörpern 41 gemäß der Erfindung. Die Spulenkörper 41 stoßen tangential aneinander, auch in den Nutschlitzen und decken axial die innere Mantelfläche des Stators 5 bis zum Flanschabschnitt 15 ab.
  • 10 zeigt eine Schnittansicht des Stators 5 entlang der Linie A-A aus 8. Die Innenflansche 40 eines jeden Spulenkörpers 41 stellen eine wärmehemmende Schicht dar. Die wärmehemmende Schicht ist konzentrisch um die Achse A des Elektroantriebs 3 (s. 4) angeordnet. Zur besseren Veranschaulichung dieser Ausführungsform zeigt 11 einen vergrößerten Detailausschnitt des in 10 mit D gekennzeichneten Bereichs. Jeder im Nutschlitz 70 des Stators 5 angeordnete Teil der wärmehemmenden Schicht des Innenflansches 40 weist dabei vorzugsweise eine Dicke 73 von 1 bis 3 mm auf, wobei die Dicke 73 in der Fläche jedes Innenflansches 40 variieren kann. Vorteilhaft ist jedoch, dass die größte Dicke 73 der wärmehemmenden Schicht dann an Stoßstellen der Spulenkörper 41 in der Mitte von Nutschlitzen 70 des Stators 5 ausgebildet ist, wobei die Nutschlitze 70 zur Rotorbaugruppe 7 (siehe 8) hin ausgerichtet sind.
  • Die 12 und 13 zeigen lediglich zur besseren Verständlichkeit die zuvor beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen wärmehemmenden Schicht des Innenflansches 40, wobei dabei 12 eine axiale Ansicht des Stators 5 entlang der Linie B-B aus 8 (mit transparenter Vergussmasse) zeigt. 13 zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt des in 12 mit E gekennzeichneten Bereichs. Weitere Ausführungsformen zur erfindungsgemäßen wärmehemmenden Schicht des Innenflansches 40, wie beispielsweise, dass sich eine Dicke 73 (siehe 11) der wärmehemmenden Schicht des Innenflansches 40 nicht oder nur minimal verändert, sind nicht dargestellt, aber wie oben beschrieben vorstellbar, so dass bei der Erfindung der wärmehemmenden Schicht gebildet durch die Innenflansche 40 sowohl die oben beschriebene Materialwahl und/oder die Dicke 73 an sich von Wichtigkeit ist, um den in 8 dargestellten Wärmefluss 69 durch die Nutschlitze 70 und von den Spulenköpfen 39 zum Rotorraum 6 zu reduzieren.
  • Anzumerken ist auch, dass diese Ausführungsform der Erfindung allein für sich oder auch mit den zuvor beschrieben Wärmeleitelementen 21, 23, 24, wenn auch hier nicht dargestellt, zusammen in einem erfindungsgemäßen Hybridmodul 1 vorgesehen sein kann.
  • 14 zeigt ebenfalls einen schematischen Längsschnitt durch einen Elektroantrieb 3 eines erfindungsgemäßen Hybridmoduls 1. Die hier dargestellte Ausführungsform baut auf der in 5 dargestellten Ausführungsform auf. Das Hybridmodul 1 weist gemäß dieser Ausführungsform das erste Wärmeleitelement 21, das zweite Wärmeleitelement 23, das dritte Wärmeleitelement 24 auf und ein getriebeseitiges Wärmeleitelement als viertes Wärmeleitelement 22 auf.
  • So nimmt im Betrieb des Hybridmoduls 1 das erste Wärmeleitelement 21 und das vierte Wärmeleitelement 22 aus dem Umfeld des Rotors 25 die erzeugte Wärme auf. Hierzu besitzen das erste Wärmeleitelement 21 und das vierte Wärmeleitelement 22 eine geeignete Oberflächenstruktur. So hat das erste Wärmeleitelement 21 und das vierte Wärmeleitelement 22 jeweils beidseits des Rotors 25 mehrere Erhöhungen 33 und Vertiefungen 35, die so eine vergrößerte Oberfläche bilden und sich im Wesentlichen in Richtung der Achse erstrecken. Die Wärme wird gemäß der oben beschriebenen Art und Weise abgeführt.
  • Wie auch in 4 sind im Raum axial zwischen dem Statorjoch 67 und dem getriebeseitigen Wärmeleitelement 22 Verschaltungsleiter 28 der Statorwicklung angeordnet. Sie lassen radial Raum, so dass das vierte Wärmeleitelement 22 einen direkten großflächigen Kontakt mit dem Kühlmantel 17 ausbilden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Hybridmodul
    3
    Elektroantrieb
    5
    Stator
    6
    Rotorraum
    7
    Rotorbaugruppe
    8
    freie Fläche
    9
    Schwingungsdämpfer
    10
    Verbrennungsmotor
    11
    Freiraum
    13
    Trägerelement
    15
    Flanschabschnitt
    17
    Kühlmantel
    19
    Mantelfläche
    21
    erstes Wärmeleitelement, Bauteil
    22
    getriebeseitiges Wärmeleitelement
    23
    zweites Wärmeleitelement
    24
    drittes Wärmeleitelement
    25
    Rotor
    26
    Hohlwellenabschnitt
    27
    Kupplungsvorrichtung
    28
    Verschaltungsleiter
    29
    Aussparung
    31
    Befestigungsstift
    32
    Verbindungselement
    33
    Erhöhung
    35
    Vertiefung
    37
    Stirnseite der Rotorbaugruppe
    38
    Rohrabschnitt
    39
    Spulenkopf
    40
    Innenflansch
    41
    Spulenkörper
    42
    Außenflansch
    43
    Gehäuse
    44
    Steg
    45
    Kühlkanal
    47
    Innenringkanal
    49
    Einlass
    51
    Außenringkanal
    53
    Auslass
    55
    Übergang
    57
    Umfang
    59
    Ausnehmung
    61
    Abgangskanal
    63
    Durchgangsbohrung
    65
    Sammelraum
    67
    Statorjoch
    69
    Wärmefluss
    70
    Nutschlitz
    71
    Vergussmasse
    73
    Dicke
    100
    Getriebe
    A
    Drehachse
    R1
    axiale Richtung
    R2
    radiale Richtung
    S1
    erste Seitenfläche
    S2
    zweite Seitenfläche

Claims (8)

  1. Hybridmodul (1) für ein Fahrzeug, wobei das Hybridmodul (1) zwischen einem Verbrennungsmotor (10) und einem Getriebe (100) angeordnet ist, umfassend einen Elektroantrieb (3), bei dem ein Stator (5) eine Rotorbaugruppe (7), die in einem Rotorraum (6) vorgesehen ist, umschließt und eine Mehrzahl von Spulenkörpern (41) aufweist, wobei jeder Spulenkörper (41) einen Rohrabschnitt (38) mit einem Innenflansch (40) ausgebildet hat, durch den mehrere Spulenköpfe (39) des Stators (5) gehaltert sind, und ein Trägerelement (13), das einen Flanschabschnitt (15) und einen Kühlmantel (17) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (15) die Rotorbaugruppe (7) lagert und der Kühlmantel (17) an einer äußeren Mantelfläche (19) des Stators (5) angeordnet ist, und wobei mindestens ein Wärmeleitelement (21, 23) an mindestens einer Seitenfläche (S1, S2) des Flanschabschnitts (15) des Trägerelements (13) angeordnet ist, und eine erste Seitenfläche (S1) des Flanschabschnitts (15) des Trägerelements (13), die dem Elektroantrieb (3) zugewandt ist, mindestens ein erstes Wärmeleitelement (21) aufweist, das eine passive Wärmeableitung oder eine aktive Wärmeableitung ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Wärmeableitung derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine erste Wärmeleitelement ein ringförmiges Bauteil (21) ist und in einer axialen Richtung (R1) vor einer Stirnseite (37) der Rotorbaugruppe (7) angeordnet ist und das Bauteil (21) in Freiräumen (11) des Hybridmoduls (1) zwischen mehreren Spulenköpfen (39) des Stators (5) in einer radialen Richtung (R2) verlaufende Abgangskanäle (61) ausbildet, in denen ein Kühlmedium geführt ist.
  2. Hybridmodul (1) für ein Fahrzeug, wobei das Hybridmodul (1) zwischen einem Verbrennungsmotor (10) und einem Getriebe (100) angeordnet ist, umfassend einen Elektroantrieb (3), bei dem ein Stator (5) eine Rotorbaugruppe (7), die in einem Rotorraum (6) vorgesehen ist, umschließt und eine Mehrzahl von Spulenkörpern (41) aufweist, wobei jeder Spulenkörper (41) einen Rohrabschnitt (38) mit einem Innenflansch (40) ausgebildet hat, durch den mehrere Spulenköpfe (39) des Stators (5) gehaltert sind, und ein Trägerelement (13), das einen Flanschabschnitt (15) und einen Kühlmantel (17) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (15) die Rotorbaugruppe (7) lagert und der Kühlmantel (17) an einer äußeren Mantelfläche (19) des Stators (5) angeordnet ist, und wobei der Innenflansch (40) jedes Spulenkörpers (41) derart ausgebildet ist, dass ein Wärmefluss (69) von den Spulenköpfen (39) zum Rotorraum (6) hin reduziert bzw. gehemmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenkörper (41) aus einem Zweikomponenten-Kunststoff mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten besteht, bei zumindest ein Rohrabschnitt (38) und der Außenflansch (42) aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff bestehen und der Innenflansch (40) einen schlecht wärmeleitenden Kunststoff aufweist.
  3. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, wobei der Flanschabschnitt (15) des Trägerelements (13) mindestens eine Aussparung (29) ausgebildet hat, mittels welcher das mindestens eine erste Wärmeleitelement (21) über mindestens einen Befestigungsstift (31) befestigt ist.
  4. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 und 3, wobei eine zweite Seitenfläche (S2) des Flanschabschnitts (15) des Trägerelements (13), die dem Elektroantrieb (3) abgewandt ist, mindestens ein zweites Wärmeleitelement (23) aufweist, das mit dem mindestens ersten Wärmeleitelement (21) verbunden ist.
  5. Hybridmodul (1) nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei das mindestens zweite Wärmeleitelement (23) mit dem mindestens ersten Wärmeleitelement (21) derart miteinander verbunden ist, dass der mindestens eine Befestigungsstift (31) zur Befestigung des mindestens einen ersten Wärmeleitelements (21) über die mindestens eine Aussparung (29) mit dem mindestens einen zweiten Wärmeleitelement (23) verbunden ist und eine Wärmebrücke ist.
  6. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, wobei die passive Wärmeableitung derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine erste Wärmeleitelement (21) axial zur Rotorbaugruppe (7) hin eine durch Erhöhungen (33) und Vertiefungen (35) vergrößerte Oberfläche aufweist.
  7. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, wobei das ringförmige Bauteil (21) einen Innenringkanal (47) mit einem Einlass (49) für das Kühlmedium und einen Außenringkanal (51) mit einem Auslass (53) für das Kühlmedium aufweist, wobei ein Übergang (55) den Innenringkanal (47) mit dem Außenringkanal (51) verbindet.
  8. Herstellungsverfahren eines Hybridmoduls (1) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt, dass mindestens ein Wärmeleitelement (21, 23) an mindestens einer Seitenfläche (S1, S2) eines Flanschabschnitts (15) eines Trägerelements (13) angefügt und/oder ein Innenflansch (40) eines Spulenkörpers (41) derart ausgebildet wird, dass ein Wärmefluss (69) von mehreren Spulenköpfen (39) zu einem Rotorraum (6) hin reduziert bzw. gehemmt wird.
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