具有流体冷却装置的电动机器

本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的具有流体冷却装置的电动机器，这种电动机器如通过WO 2016/050534 A1是已知的。为了冷却在此所描述的电动机器的转子，冷却管被轴向地引入局部被实施为中空轴的转子轴中，冷却流体经由该冷却管流入该冷却管与转子轴之间存在的环形空间并且可以吸收转子的损耗热量。在此，冷却剂可以在电动机器的同一端侧上流入并且流出，由此仅在旋转的转子与机器的相对于该转子固定的元件之间需要密封元件。

本发明的目的在于，借助流体冷却装置进一步改进这种类型的电动机器。

上述目的通过具有在专利权利要求1中给出的特征的电动机器来实现。本发明的有利的设计方案和改进方案自从属权利要求以及下面的附图说明中得出。

在本发明的范围内提出一种具有流体冷却装置的电动机器，所述电动机器首先包括：定子，所述定子具有定子叠片组和定子绕组；以及转子，所述转子具有转子叠片组，所述转子借助于转子轴和布置在第一支承端盖上的第一轴承以可围绕轴线旋转的方式相对于所述定子被支承。所述流体冷却装置具有冷却管，所述冷却管被固定在所述电动机器的与定子固定的承载元件上，并且所述冷却管与流体入口处于连通，并且所述冷却管以在所述转子轴的中心凹部内并且与所述转子轴形成环形空间的方式轴向延伸。在此，所述冷却管同时与所述环形空间以及流体出口处于流体连通。另外，在所述转子轴与所述承载元件之间设置有密封区域，所述密封区域具有密封元件，所述密封元件在冷却流体从所述流体入口朝向所述流体出口流经时至少大体上防止流体转移到所述电动机器的位于所述密封区域之外的空间区域中。

根据本发明在电动机器中提出：与所述第一轴承轴向地间隔开的第二轴承被设置在所述转子轴与第二支承端盖之间以支承所述转子，其中所述转子叠片组在所述第一轴承与所述第二轴承之间的空间中延伸，并且其中所述转子轴内的中心凹部在轴向上至少延伸至所述第二轴承。

通过所提出的流体冷却装置的设计方案，电动机器的轴承组件(具有第一轴承和第二轴承)可以完全被在转子轴内循环的冷却流体冷却。在电动机器运行时在这些轴承位置处产生的损耗热量可以直接通过经由相应径向的轴承内环的热传导发散到转子轴上，并且从该转子轴在中心凹部内发散到流动的冷却流体。优选地，中心凹部可以延伸穿过第二轴承，由此使得转子轴和电动机器的轴向地背离转子的区段可以被更好地冷却。

通过使冷却管在转子轴内在轴向上至少延伸至第二轴承并且在需要时还可以延伸到该第二轴承之外，可以改善热交换。因此，冷却流体同样以层流方式流经转子轴的承载第二轴承的区域。因此，这个区域位于湍流区域外，湍流例如可能出现在中心凹部的轴向端部区域中，即转子轴中流体流动的换向点处。相对于上述区域，在这个区域中可以减少冷却流体与转子轴之间的热交换。

根据有利的设计方案，所述转子轴在所述转子叠片组的轴向延伸的区域中以及在所述第二轴承的区域中的内直径大于在所述第一轴承的区域中的内直径。在冷却流体的体积流量合适的情况下，通过增大转子轴的内周面可以产生对应增大的热流。即，电动机器可以在更低的运行温度下工作并且受到保护以免过度升温。另一方面，由此同样可以提高持续功率。

任选地，所述转子轴可以具有在轴向上伸出所述第二轴承的轴区段，所述轴区段具有从动元件，其中所述转子轴的中心凹部在轴向上延伸至所述从动元件的区域并且被所述冷却流体流经。冷却管同样可以额外地在轴向上延伸至所述区域。从动元件以及因此处于热交换的另外的元件和/或位于转子轴之外的润滑剂或冷却剂因此同样可以到达流体装置的作用区域并且被冷却。例如，从动元件可以属于变速器，从而使得变速器的另外的元件同样可以经由转子轴发散所产生的损耗热量。

根据又另一个设计方案，所述从动元件在轴向上在所述第二轴承与第三轴承之间被布置在所述转子轴上，其中所述转子轴的中心凹部在轴向上延伸至所述第三轴承的区域并且被所述冷却流体流经。在此，冷却管也可以延伸至第三轴承或者还延伸穿过该第三轴承。

下面借助在附图中展示的实施方式示例性地阐述本发明。

在附图中：

图1以轴向截面图示出了被设计为车桥驱动器的电动机器，该电动机器具有流体冷却装置；

图2示出了图1的流体冷却装置在电动机器的支承端盖的区域中的放大的局部；

图3示出了电动机器在图3的支承端盖的区域中的透视图；

图4示出了形成在电动机器的壳体上的冷却剂凸缘的透视视图。

这些附图示出了电动机器1，该电动机器尤其被设置并且被设计成用于驱动电动车辆或混合动力车辆。电动机器1尤其被设置成用于安装在车桥中或其上并且因此与另外的部件结合形成车桥电驱动器2。因此，电动机器1将其功率传送给车轮以使车辆前进。在这方面，除了下面详细阐述的电动机器1之外，还描述了车辆电驱动器以及具有这种电动机器1的车辆。

电动机器1包括：固定在壳体3中的定子4，该定子具有定子叠片组5和定子绕组6；以及转子7，该转子具有转子叠片组8和鼠笼型绕组9。因此，电动机器1被设计为异步电机。转子7借助于转子轴10、布置在第一支承端盖11上的第一轴承13以及布置在第二支承端盖12上的第二轴承14以可围绕轴线A旋转的方式相对于定子4被支承。转子轴10与图1左侧展示的变速器36处于操作性连接，该变速器可以将电机转矩藉由(在此未用标记展示的)另外的传动机构传递到车轮上。

电动机器1具有可被冷却流体流经的流体冷却装置15，该流体冷却装置可以将吸收的损耗热量发散到位于电动机器1外部的热交换器。

流体冷却装置15包括冷却管16，该冷却管被固定在与定子固定的承载元件17上、尤其被固定在第一支承端盖11上，并且该冷却管与设置在支承端盖11处的流体入口18处于连通。在此，冷却管16在轴向上仅在一侧由支承端盖11支承，并且以该冷却管的最大的子区段在轴向方向上自由地在转子轴10的中心凹部10a内延伸并且与转子轴10形成环形空间10b。冷却管16在轴向两侧开口，并且因此同时与环形空间10b并且与同样设置在第一支承端盖11处的流体出口19处于流体连通。第一支承端盖11具有中央的第一穿通开口11a以形成流体入口18，并且具有相对于第一穿通开口径向布置的第二穿通开口11b以形成流体出口19。因此，这两个穿通开口11a、11b在背离转子7的端侧的装配面11c上从支承端盖11中露出。

在转子轴10与用作承载元件17的支承端盖11之间设置有密封区域20，该密封区域具有密封元件21。密封元件21的目的是：在冷却流体从流体入口18朝向到流体出口19流经时，至少大体上防止流体转移到电动机器1的位于密封区域20之外的空间区域22中。

在此，密封元件21被设计为轴向的滑环密封件23。滑环密封件23包括第一区段23a，该第一区段被固定在承载元件17上；并且还包括第二区段23b，该第二区段被固定在转子轴10上并且该第二区段与第一区段23a处于密封连接。在此，滑环密封件23的第二区段23b被布置成至少部分轴向地覆盖第一轴承13。

此外，第一轴承13在朝向滑环密封件23的轴向侧和在朝向转子叠片组8的轴向侧具有作用在径向轴承内环13a与径向轴承外环13b之间的密封组件13c，该密封组件具有两个密封垫圈13d、13e。轴承内部空间13f借助于高速润滑脂被进一步密封，以防止冷却流体侵入。由此，轴承13一方面被润滑，并且另一方面通过提供的润滑脂挡板避免流体侵入电动机器1的内部的空间区域22中。

为了显著增大转子轴10的受流体冷却的内周面并且因此为了进一步改善冷却效果的目的，转子轴10或存在于其中的中心凹部10a的内直径10c可以在转子叠片组8的轴向延伸的区域中被设计成大于在第一轴承13的区域中的内直径。

如可看到的，转子轴10被设计为中空轴并且在背离流体入口18的轴向侧以流体密封的方式被封闭件24封闭。通过转子轴10与冷却管16共轴的布置方式，流体流动经历与流入方向相反的方向换向并且可以在流体入口18的轴向侧再次流出，因此仅在这一侧上需要呈密封元件21形式的密封组件。

因此，第一支承端盖11容纳冷却管16、第一轴承13以及密封元件23的与定子固定的区段23a。第一支承端盖11还容纳与转子轴10共同作用的电势补偿元件25。在此，滑环组件26被设置为电势补偿元件25，该滑环组件通过电短路减小定子4与转子7之间的作为轴电压出现的电势差。电势补偿元件25被布置成在轴向上与第一轴承13相邻，尤其在轴向上被布置在轴承13与转子叠片组8之间。

冷却管16固定在紧固区域11f处，该紧固区域设置在支承端盖11处或通常设置在承载元件17处。冷却管16尤其借助于过盈配合被布置到从支承端盖11的基体11d伸出的轴向突起11e中，该轴向突起构成紧固区域11f。在图中可以看到，紧固区域11f在轴向上部分地与密封元件21或滑环密封件23的与定子固定的区段23a重叠。

返回到装配面11c，在那里以流体密封的方式布置有由塑料制成盖元件27，该盖元件具有接片组件27a。在此，通过接片组件27a在支承端盖11与盖元件27之间并且/或者在盖元件27中形成流体流入通道28和流体流出通道29。

电动机器1的壳体3被设计为由轻金属材料制成的铸件，在此由铝材料制成。壳体3同时形成在外部包围定子4的流体冷却套30，该流体冷却套具有流体通道组件31。因此，壳体3在朝向第一支承端盖11的一侧具有与其一体式设计的冷却剂凸缘32，该冷却剂凸缘具有两个流体通道区段32a、32b，这两个流体通道区段与盖元件27的流体流入通道28和流体流出通道29处于流体连通。流体通道区段32a在此构成外部的冷却剂接口40。另一个在此未用附图标记展示的外部的冷却剂接口例如可以布置在定子冷却套的另一位置处或者被布置在用于操控电动机器1的功率电子设备处，该功率电子设备以其壳体与电动机器1相连接，并且以其冷却回路与形成在电动机器处的流体冷却装置15相连接。与此相反，另外的流体通道区段32b构成朝向定子4的流体冷却套30的连接通道。因此，流体冷却装置15可以具有用于冷却转子7的冷却区段15a和用于冷却定子4的冷却区段15b，冷却流体依次流经这些冷却区段，并且其中设置在这些冷却区段之间的流体连接被设计为固定的、无管的连接通道32b。

在密封元件21之外，即在滑环密封件23的背离流动的冷却流体的一侧设置有具有流体收集区域34的泄露室33，穿过密封区域20的一部分冷却流体可以进入该泄露室并且被收集起来。泄露室33还具有气体收集区域35，该气体收集区域在电动机器1的运行位置中相对于流体收集区域34对地布置得更高。在使用具有至少一种材料挥发性成分的冷却流体时，这种挥发性成分可以藉由滑环密封件23逸出并且收集在气体收集区域35中。

如果冷却流体在挥发性成分逸出时分离出固体形状的成分，则这种固体形状的成分同样由流体收集区域34接收。为了取出固体形状的组分，在流体收集区域34处设置有具有可拆卸的封闭盖34b的可闭合的接合开口34a。

为了清除流体收集区域34中存在的冷却流体，在该流体收集区域处设置有可闭合的流体排出开口34c，该流体排出开口具有排出元件34d，尤其具有排出螺塞或排出塞。在电动机器1的运行位置中，流体排出开口34c大体上对地向下定向，并且对地相对于气体收集区域35的气体排出开口35a布置得更低。为了容易地取出固体形状的组分，封闭盖34b的接合开口被设计成具有比流体排出开口35a更大的截面。

流体排出开口34c被设置在至少大约6点钟的位置上，即大约在5点钟与7点钟的位置之间。相对于此，气体排出开口35a被设置在至少大约12点钟的位置上，即大约在11点钟与1点钟的位置之间。流体收集区域34和气体收集区域35被设置在至少大约同一轴向位置处。此外，滑环密封件23也可以处于该轴向位置处或者至少在轴向上与流体收集区域34和/或气体收集区域35重合。

气体收集区域35的气体排出开口35a还具有压力补偿元件41，由此使得气体能够从气体收集区域35中逸出。压力补偿元件41包括半透膜，该半透膜可渗透空气、但不可渗透流体，以实现压力补偿。

如前文已经提到的，额外地设置有与第一轴承13轴向间隔开的第二轴承14以支承转子7，该第二轴承同样可以在需要时在轴向一侧或两侧被实施成具有密封环和润滑剂填充物。轴承14在径向上被设置在转子轴10与第二支承端盖12之间，其中转子叠片组8在第一轴承11与第二轴承12之间的轴向空间中延伸。如可看到的，为了改善冷却的目的，转子轴10内的中心凹部10a在轴向上延伸穿过第二轴承14。冷却管16在转子轴10内同样在轴向上从第二轴承12延伸出来。如进一步可看到的，转子轴10在转子叠片组8的轴向延伸的区域中以及在第二轴承12的区域中的内直径大于在第一轴承11的区域中的内直径。

在所阐述的实施例中，转子轴10具有在轴向上伸出第二轴承12的并且引入变速器36的轴区段，该轴区段具有被设计成齿轮37的从动元件38。转子轴10的中心凹部10a在轴向上延伸至从动元件38的区域中并且因此同样可以被冷却流体流经。根据布置方式的改型，冷却管16同样可以在轴向上延伸至所提及的区域中。从动元件38以及因此处于热交换的另外的元件和/或位于转子轴10之外的润滑剂或冷却剂因此同样可以到达流体冷却装置15的作用区域并且被冷却。

如在附图中进一步可看到的，从动元件38在轴向上在第二轴承14与第三轴承39之间被布置在转子轴10上。在此，转子轴10的中心凹部10a在轴向上到达第三轴承39的区域并且因此冷却流体流经直至该位置。因此，第三轴承39同样位于前述的流体冷却装置15的作用区域中。

在前面的描述中，已经部分参照固定的流动方向来选择功能元件的名称。在所阐述的电动机器中，原则上冷却流体在流体冷却装置内的流动方向可以是相反的。当流动方向相反时，参照流动方向命名的功能元件具有对应的相反的含义。即，例如被命名为流体入口的区段或区域现在构成了流体出口等。

1 电动机器

2 车桥驱动器

3 壳体

4 定子

5 定子叠片组

6 定子绕组

7 转子

8 转子叠片组

9 鼠笼型绕组

10 转子轴

10a 凹部

10b 环形空间

10c 内直径

11 支承端盖

11a 穿通开口

11b 穿通开口

11c 装配面

11d 基体

11e 轴向突起

11f 紧固区域

12 支承端盖

13 轴承

13a 轴承内环

13b 轴承外环

13c 密封组件

13d，e 密封垫圈

13f 轴承内部空间

14 轴承

15 流体冷却装置

15a 转子冷却区段

15b 定子冷却区段

16 冷却管

17 承载元件

18 流体入口

19 流体出口

20 密封区域

21 密封元件

22 空间区域

23 滑环密封件

23a 第一区段

23b 第二区段

24 封闭件

25 电势补偿元件

26 滑环组件

27 盖元件

27a 接片组件

28 流体流入通道

29 流体流出通道

30 流体冷却套

31 流体通道组件

32 冷却剂凸缘

32a，b 流体通道区段

33 泄露室

34 流体收集区域

34a 可闭合的接合开口

34b 封闭盖

34c 流体排出开口

34d 排出元件

35 气体收集区域

35a 气体排出开口

36 变速器

37 齿轮

38 从动元件

39 轴承

40 外部的冷却剂接口

41 压力补偿元件

A 旋转轴线