WO2009086885A1 - Kühlanordnung - Google Patents

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WO2009086885A1
WO2009086885A1 PCT/EP2008/010673 EP2008010673W WO2009086885A1 WO 2009086885 A1 WO2009086885 A1 WO 2009086885A1 EP 2008010673 W EP2008010673 W EP 2008010673W WO 2009086885 A1 WO2009086885 A1 WO 2009086885A1
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rotor
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Definitions

  • the invention relates to a cooling arrangement for cooling an electrical machine, which is arranged at least partially in a wheel space between a wheel hub and a rim of a wheel for a motor vehicle, wherein the electric machine has a housing surrounding a stator and a rotor.
  • a cooling channel is formed in an outer wall of the housing, wherein means for acting on the cooling channel are provided with a cooling medium.
  • WO 2007/036333 A1 describes a cooling arrangement by means of which an electric machine designed as a drive motor for a wheel is to be cooled.
  • the electric machine has a housing which surrounds a hollow-cylindrical stator and a rotor arranged inside the stator.
  • a fan wheel is arranged, by means of which a cooling channel formed in an outer wall of the housing is to be charged with air as cooling medium. In this case, air for cooling the stator is guided axially past the stator in the housing.
  • Object of the present invention is therefore to provide a cooling arrangement of the type mentioned, which allows improved cooling of the electrical machine.
  • the cooling arrangement for cooling an electrical machine, which is arranged at least partially in a wheel space between a wheel hub and a rim of a wheel for a motor vehicle, the electric machine has a housing surrounding a stator and a rotor. In an outer wall of the housing, a cooling channel is formed. It is provided that a cooling medium in the cooling channel is to be acted upon by means for acting on the cooling channel with the cooling medium in response to a driving operation of the motor vehicle with a back pressure.
  • the means comprise an inlet opening of the cooling channel assigned to the housing of the rotor, which is formed circumferentially at least substantially open circumferentially to a rim-near outer side of the wheel.
  • the resulting high flow velocities of the cooling medium in the rotor-side cooling channel lead to a particularly efficient removal of heat from the rotor by means of forced convection.
  • the supplied from the rim near the outside of the wheel cooling medium air is usually cooler than the vehicle-side air.
  • At least one air guiding element is arranged at least in an end region of the cooling channel near the inlet opening, by means of which the cooling medium flowing axially into the cooling channel during driving operation of the motor vehicle is tangentially deflectable. Due to the tangential deflection of the axially flowing cooling medium, this flows at least a certain distance on the outer peripheral side of the Rotor along. The concomitant lengthening of a flow path of the cooling medium enables a particularly efficient dissipation of the heat of the rotor.
  • a plurality of the air guide elements are arranged uniformly spaced from one another in the end region of the rotor-side cooling channel which is near the inlet opening.
  • the outlet opening side of the cooling channel a plurality of further air guide elements is arranged, wherein the further air guide elements have a contour opposite the inlet opening side air guide elements.
  • the further air guide elements have a contour opposite the inlet opening side air guide elements.
  • the cooling medium air is thus supplied to the stator-side cooling channel via the rim-near inlet element at a defined location.
  • the rim-near inlet element is spatially arranged particularly close to the rim in order to allow a particularly efficient supply of cooling air via axial passage openings in the rim.
  • the stator-side cooling channel has a circumferential element at least once circumferential locking element, by means of which a circumferential flow around the stator can be forced through the cooling medium.
  • a circumferential flow around the stator can be forced through the cooling medium.
  • the rim-like inlet element assigned to the housing of the stator is arranged completely in the wheel space between the wheel hub and the rim.
  • the aerodynamic properties of the wheel are not affected by the rim near inlet element and it is created a particularly compact design of the cooling arrangement.
  • stator-side cooling channel formed substantially closed towards an inner side of the wheel has an outlet opening arranged axially opposite the inlet element. As a result, a defined outlet opening is provided, via which the heated cooling medium air can be forcedly convected.
  • cooling fins are arranged on an inner wall and / or on an outer wall of the cooling channels. As a result, a cooling surface of the cooling channels is increased and improved heat exchange between the rotor and the cooling medium and between the stator and the cooling medium.
  • the means for acting on the cooling channel with the cooling medium are arranged at least substantially radially outside a braking device arranged in the wheel space between the wheel hub and the rim.
  • the electric machine is designed as an external rotor machine, wherein the stator and / or the rotor are formed as a hollow cylinder.
  • the stator and / or the rotor are formed as a hollow cylinder.
  • a particularly large diameter of the rotor is given, which brings a particularly high performance of the electric machine with it.
  • a particularly high rotational speed of the rotor for efficient cooling provide the rotor in a simple manner, wherein the cooling medium flows through the cooling channel associated with the housing of the rotor.
  • Fig. 1 is a sectional view of a wheel assembly of a motor vehicle in the direction of a wheel axle, wherein in a wheel space between a hub and a rim, an electric machine is arranged, which has a surrounding a stator and a rotor housing, wherein in an outer wall of the housing cooling channels for a Cooling medium are formed, and wherein the cooling medium is to apply air in the cooling channels in a driving operation of the motor vehicle with a pressure Staurdruck;
  • FIG. 2 is an enlarged detail view of the stator-side cooling channel according to FIG. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged detail view of the rotor-side cooling channel according to FIG. 1;
  • Fig. 4 is a schematic plan view of the axially cut, rotor-side cooling passage of FIG. 1 and a schematic plan view of the axially cut, stator-side cooling passage in the region of an inlet element.
  • Fig. 1 shows an upper half of a wheel assembly 10 in a cut along a wheel axis A view.
  • an electric machine 16 is arranged in a wheel space between a wheel hub 12 and a rim 14.
  • the electric machine is designed as an external rotor machine, with a hollow cylindrical rotor 18 surrounding a likewise cylindrical stator 20 on the outer peripheral side.
  • the rotor 18 of the electric machine 16 in the present case has permanent magnets. Between the rotor 18 and the stator 20, an air gap 22 is formed as shown in FIG.
  • the electric machine 16 further includes a housing 24 surrounding the rotor 18 and the stator 20.
  • the housing 24 is presently designed in two parts, wherein a rotor-side part of the housing 24 is mounted on a stator-side part of the housing 24 by means of second thin ring bearings 26 arranged axially outside the stator 20.
  • second thin ring bearings 26 arranged axially outside the stator 20.
  • the thin-ring bearing 26 is a particularly low-friction, low-noise and viable sliding bearing of the rotor 18 is provided on the stator 20, so that a particularly good and resilient mobility of the rotor 18 is made possible relative to the stator 20.
  • the stator-side part of the housing 24 is fixed by means of a connection element 28 on a rotationally fixed vehicle part 30.
  • the connection element 28 has openings 32 via which heat of a brake device 34 arranged inside the hollow-cylindrical stator 20 can be dissipated to an inner side of the wheel assembly 10.
  • the braking device 34 is presently designed as a disc brake with a brake disc 36 and a brake caliper 38.
  • the braking device 34 may be formed as a drum brake or the like mechanical braking device.
  • the rotor 18 is connected to the rim 14 in a form-fitting manner by means of radially projecting teeth 40 arranged on the rotor-side part of the housing 24 on the outer peripheral side.
  • the teeth 40 are brought into contact with rim-side, corresponding teeth 42, which are formed integrally with the rim 14.
  • a cooling channel 44 is formed in an outer wall 46 of the housing 24.
  • the cooling channel 44 extends over an entire axial length of the rotor 18.
  • a cooling channel 50 is likewise formed in a stator-side outer wall 48 of the housing 24.
  • the stator-side cooling channel 50 extends on the inner peripheral side over an entire axial length of the stator 20.
  • the stator-side part of the housing 24 thus serves firstly to receive the stator 20 with corresponding metal packages and windings and secondly to cool the stator 20.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the cut stator 20 in the area of the stator-side cooling channel 50. It can be seen here that an inlet element 52 close to the rim is assigned to the stator-side cooling channel 50 , by means of which the stator side Cooling channel 50 from an outside of the wheel towards the cooling medium air can be supplied.
  • the inlet element 52 is presently designed as an intake, the inlet opening facing openings in the rim 14.
  • the stator-side cooling passage 50 is formed closed to the outside of the wheel to a communicating with the inlet member 52 area. As a result, a defined access point of the cooling medium to the stator-side cooling channel 50 is created.
  • the stator-side cooling channel 50 has, according to FIG. 2, a blocking element 54.
  • the blocking element 54 acts as a barrier to the cooling medium supplied to the cooling channel 50 from the outside of the wheel and is spirally guided around once in the cooling channel 50 surrounding the stator 20 on the inner peripheral side.
  • the cooling medium is supplied with air from the outside of the wheel via the inlet element 52 to the stator cooling channel 50 and a forced convective flow of the cooling medium air in the stator cooling channel 50 is set.
  • the cooling medium air with a particularly high flow rate through the cooling passage 50 having outer wall 48 of the stator-side part of the housing 24 is guided.
  • stator 20 By cooling the stator 20 by means of the defined forced flow of the cooling medium air during driving operation of the motor vehicle can be dispensed with a complex liquid cooling of the stator 20.
  • the presently described air cooling of the stator 20 represents a significant compared to the liquid cooling simplified design of a cooling arrangement ready and brings a saving in weight of the wheel assembly 10 with it.
  • the outer wall 46 of the rotor 18 circumferentially circumferentially the cooling medium air are supplied.
  • the defined forced flow through the cooling channel 44 adjusts itself here as a result of the driving operation of the motor vehicle, whereby a rotational speed of the cooling medium air flowing in the cooling channel 44 along the rotor 18 is additionally increased by the rotation of the rotor 18.
  • One of the inlet opening 58 axially opposite outlet opening 60 of the rotor-side cooling channel 44 is also formed circumferentially open. Via the outlet opening 60, the heated air during cooling of the rotor 18 is efficiently discharged.
  • the cooling medium air is forced convectively guided along the entire axial length of the rotor 18 along this and cools the rotor 18 in a particularly efficient manner.
  • FIG. 4 shows a plan view of the axially cut, rotor-side cooling passage 44. It can be seen here that a plurality of mutually parallel air guide elements 64 are arranged in an end region 62 of the cooling passage 44 near the inlet opening 58. The air guide elements 64 cause a tangential deflection of the axially flowing into the cooling passage 44 cooling medium air. As a result, the cooling medium air in the cooling passage 44 is guided around the rotor 18 at least a certain distance on a circular path. By concomitantly extending the flow path of the cooling medium air, the cooling of the rotor 18 is further improved.
  • FIG. 4 furthermore shows a plan view of the axially cut stator-side cooling channel 50 in the region of the inlet element 52.
  • a contour line of the blocking element 54 shown in plan view can be seen here. From Fig. 4 it is apparent that the cooling medium air supplied via the inlet element 52 to the cooling channel 50 is forced by the blocking element 54 once circulating in the cooling channel 50 to bypass the stator 20 on the inside circumference once before the cooling medium air via the outlet opening 56 the cooling channel 50 can leave again.
  • cooling fins are arranged on an inner wall and / or on an outer wall of the cooling channels 44, 50.
  • the means described here for acting on the cooling channels 44, 50 with the cooling medium air are arranged at least substantially radially outside of the brake device 44 arranged in the wheel space between the rim 14 and the wheel hub 12.
  • the brake caliper 38 and / or the brake disk 36 is not hindered by the cooling arrangement.
  • components of a cooling device provided for cooling the braking device 34 are not impaired in their function by the cooling arrangement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen einer elektrischen Maschine (16) welche zumindest teilweise im Radraum zwischen einer Radnabe (12) und einer Felge (14) eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine (16) ein einen Stator (20) und einen Rotor (18) umgebenden Gehäuse (24) aufweist, wobei in einer Außenwand (46, 48) des Gehäuses (24) ein Kühlkanal (44, 50) ausgebildet ist, wobei Mittel zum Beaufschlagen des Kühlkanals (44, 50) mit einem Kühlmedium vorgesehen sind, und wobei das Kühlmedium in dem Kühlkanal (44, 50) durch die Mittel in Abhängigkeit von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einem Staudruck zu beaufschlagen ist.

Description

Kühlanordnung
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen einer elektrischen Maschine, welche zumindest teilweise in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine ein einen Stator und einen Rotor umgebendes Gehäuse aufweist. In einer Außenwand des Gehäuses ist hierbei ein Kühlkanal ausgebildet, wobei Mittel zum Beaufschlagen des Kühlkanals mit einem Kühlmedium vorgesehen sind.
Die WO 2007/036333 A1 beschreibt eine Kühlanordnung, mittels welcher eine als Antriebsmotor für ein Rad ausgebildete elektrische Maschine zu kühlen ist. Die elektrische Maschine weist ein Gehäuse auf, welches einen hohlzylindrisch ausgebildeten Stator und einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor umgibt. In dem Gehäuse ist ein Lüfterrad angeordnet, mittels welchem ein in einer Außenwand des Gehäuses ausgebildeter Kühlkanal mit Luft als Kühlmedium zu beaufschlagen ist. Hierbei wird in dem Gehäuse sich befindende Luft zum Kühlen des Stators axial an dem Stator vorbeigeführt.
Als nachteilig bei einer derartigen Kühlanordnung ist der Umstand anzusehen, dass bei einem Ausfallen des Lüfterrades eine Kühlwirkung der Kühlanordnung stark reduziert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein verbessertes Kühlen der elektrischen Maschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung zum Kühlen einer elektrischen Maschine, welche zumindest teilweise in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, weist die elektrische Maschine ein einen Stator und einen Rotor umgebendes Gehäuse auf. In einer Außenwand des Gehäuses ist ein Kühlkanal ausgebildet. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Kühlmedium in dem Kühlkanal durch Mittel zum Beaufschlagen des Kühlkanals mit dem Kühlmedium in Abhängigkeit von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einem Staudruck zu beaufschlagen ist.
Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs wird somit in dem Kühlkanal ein zwangskonvektives Strömen des Kühlmediums eingestellt. Hierbei steigt in vorteilhafter Weise eine Wirksamkeit des Kühlens mit einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, welche zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums führt. Durch die Zwangsführung des Kühlmediums Luft ist das Kühlen der elektrischen Maschine unabhängig von einem dem Stand der Technik gemäßen Lüfterrad, für welches eine zusätzliche Antriebsenergie bereitzustellen ist. Dadurch ist ein verbessertes Kühlen der elektrischen Maschine ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel eine dem Gehäuse des Rotors zugeordnete Einlassöffnung des Kühlkanals umfassen, welche zu einer felgennahen Außenseite des Rades hin umfangsseitig umlaufend zumindest im Wesentlichen offen ausgebildet ist. Dadurch ist ein definierte Zwangsströmung in dem rotorseitigen Kühlkanal einstellbar, wobei zusätzlich zu dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs eine Rotationsbewegung des Rotors dafür sorgt, dass das Kühlmedium in dem Kühlkanal mit einem besonders hohen Staudruck beaufschlagt wird.
Die sich hierbei einstellenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums in dem rotorseitigen Kühlkanal führen zu einem besonders effizienten Abführen von Wärme des Rotors mittels Zwangskonvektion. Darüber hinaus ist das von der felgennahen Außenseite des Rades zugeführte Kühlmedium Luft in der Regel kühler als fahrzeugseitige Luft.
Von Vorteil ist es hierbei, wenn zumindest in einem der Einlassöffnung nahen Endbereich des Kühlkanals wenigstens ein Luftleitelement angeordnet ist, mittels welchem das im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs axial in den Kühlkanal einströmende Kühlmedium tangential ablenkbar ist. Durch das tangentiale Ablenken des axial einströmenden Kühlmediums strömt dieses zumindest eine gewisse Strecke außenumfangsseitig an dem Rotor entlang. Durch das damit einhergehende Verlängern eines Strömungsweges des Kühlmediums ist ein besonders effizientes Abführen der Wärme des Rotors ermöglicht.
Bevorzugt ist eine Mehrzahl der Luftleitelemente voneinander gleichmäßig beabstandet in dem der Einlassöffnung nahen Endbereich des rotorseitigen Kühlkanals angeordnet.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in einer dem Gehäuse des Rotors zugeordneten Auslassöffnung des Kühlkanals, welche zu einer felgenfernen Innenseite des Rades hin umfangsseitig umlaufend zumindest im Wesentlichen offen ausgebildet ist, wenigstens ein weiteres Luftleitelement zum axialen Ablenken des in dem Kühlkanal tangential strömenden Kühlmediums angeordnet ist.
Bevorzugt ist auch auslassöffnungsseitig des Kühlkanals eine Mehrzahl der weiteren Luftleitelemente angeordnet, wobei die weiteren Luftleitelemente eine den einlassöffnungsseitigen Luftleitelementen gegengleiche Kontur aufweisen. Dadurch ist ein Ausbilden von Kurzschlussströmen des Kühlmediums in dem Kühlkanal wirksam vermieden und das erwärmte Kühlmedium Luft wird besonders effizient durch die Auslassöffnung des Kühlkanals zu der felgenfernen Innenseite des Rades hin aus dem Kühlkanal herausgeleitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel ein dem Gehäuse des Stators zugeordnetes, felgennahes Einlasselement, mittels welchem dem zu der Außenseite des Rades hin im Wesentlichen geschlossen ausgebildeten statorseitigen Kühlkanal das Kühlmedium zuführbar ist. Das felgennahe Einlasselement kann hierbei als Ansaugstutzen oder dergleichen ausgebildet sein.
Das Kühlmedium Luft wird somit über das felgennahe Einlasselement an einer definierten Stelle dem statorseitigen Kühlkanal zugeführt. Das felgennahe Einlasselement ist hierbei räumlich besonders nahe an der Felge angeordnet, um ein besonders effizientes Zuführen von Kühlluft über axiale Durchlassöffnungen in der Felge zu ermöglichen.
Dadurch ist in dem statorseitigen Kühlkanal eine definierte Zwangsströmung des Kühlmediums in Abhängigkeit von dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs einstellbar, mittels welcher dem Stator das Kühlmedium Luft mit einer besonders hohen Strömungsgeschwindigkeit zuführbar ist.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der statorseitige Kühlkanal ein umfangsseitg wenigstens einmal umlaufendes Sperrelement aufweist, mittels welchem ein umfangsseitiges Umströmen des Stators durch das Kühlmedium erzwingbar ist. Durch das als Barriere für das Kühlmedium wirkende Sperrelement ist sichergestellt, dass nach dem Zuführen des Kühlmediums über das Einlasselement das Kühlmedium Luft in dem statorseitigen Kühlkanal einmal vollständig um den Stator herumgeführt wird. Dadurch ist der Strömungsweg des Kühlmediums Luft verlängert und so ein besonders effizientes Abführen der Wärme des Stators ermöglicht.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das dem Gehäuse des Stators zugeordnete felgennahe Einlasselement vollständig in dem Radraum zwischen der Radnabe und der Felge angeordnet ist. Dadurch werden die aerodynamischen Eigenschaften des Rades nicht durch das felgennahe Einlasselement beeinträchtigt und es ist eine besonders kompakte Bauform der Kühlanordnung geschaffen.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der zu einer Innenseite des Rades hin im Wesentlichen geschlossen ausgebildete, statorseitige Kühlkanal eine dem Einlasselement axial gegenüberliegend angeordnete Auslassöffnung aufweist. Dadurch ist eine definierte Auslassöffnung gegeben, über welche die das erwärmte Kühlmedium Luft zwangskonvektiv ableitbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an einer Innenwand und/oder an einer Außenwand der Kühlkänale Kühlrippen angeordnet. Dadurch ist eine Kühlfläche der Kühlkanäle erhöht und ein Wärmeaustausch zwischen dem Rotor und dem Kühlmedium sowie zwischen dem Stator und dem Kühlmedium verbessert.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Mittel zum Beaufschlagen des Kühlkanals mit dem Kühlmedium zumindest im Wesentlichen radial außerhalb einer in dem Radraum zwischen der Radnabe und der Felge angeordneten Bremseinrichtung angeordnet sind. Dadurch ist einerseits ein Warten und Austauschen von Komponenten der Bremseinrichtung ermöglicht, da eine besonders gute Zugänglichkeit der Bremseinrichtung gegeben ist. Des Weiteren wird eine vorhandene Kühleinrichtung zum Kühlen der Bremseinrichtung in ihrer Wirkung nicht beeinträchtigt.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die elektrische Maschine als Außenläufermaschine ausgebildet ist, wobei der Stator und/oder der Rotor hohlzylindrisch ausgebildet sind. Dadurch ist ein besonders großer Durchmesser des Rotors gegeben, welcher eine besonders hohe Leistung der elektrischen Maschine mit sich bringt. Zudem kann eine besonders hohe Rotationsgeschwindigkeit des Rotors für ein effizientes Kühlen des Rotors auf einfache Weise sorgen, wobei das Kühlmedium den dem Gehäuse des Rotors zugeordneten Kühlkanal durchströmt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Radbaugruppe eines Kraftfahrzeugs in Richtung einer Radachse, wobei in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eine elektrische Maschine angeordnet ist, welche ein einen Stator und einen Rotor umgebendes Gehäuse aufweist, wobei in einer Außenwand des Gehäuses Kühlkanäle für ein Kühlmedium ausgebildet sind, und wobei das Kühlmedium Luft in den Kühlkanälen bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einem Staurdruck zu beaufschlagen ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht des statorseitigen Kühlkanals gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des rotorseitigen Kühlkanals gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 4 eine schematisierte Draufsicht auf den axial geschnittenen, rotorseitigen Kühlkanal gemäß Fig. 1 sowie eine schematisierte Draufsicht auf den axial geschnittenen, statorseitigen Kühlkanal im Bereich eines Einlasselements.
Fig. 1 zeigt eine obere Hälfte einer Radbaugruppe 10 in einer entlang einer Radachse A geschnittenen Ansicht. In einem Radraum zwischen einer Radnabe 12 und einer Felge 14 ist eine elektrische Maschine 16 angeordnet. Die elektrische Maschine ist vorliegend als Außenläufermaschine ausgebildet, wobei ein hohlzylindrisch ausgebildeter Rotor 18 einen ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Stator 20 außenumfangsseitig umgibt.
Der Rotor 18 der elektrischen Maschine 16 weist vorliegend Permanentmagnete auf. Zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 20 ist gemäß Fig. 1 ein Luftspalt 22 ausgebildet.
Die elektrische Maschine 16 weist des Weiteren ein den Rotor 18 und den Stator 20 umgebendes Gehäuse 24 auf. Das Gehäuse 24 ist vorliegend zweiteilig ausgebildet, wobei ein rotorseitiger Teil des Gehäuses 24 an einem statorseitigen Teil des Gehäuses 24 mittels zweiter axial außerhalb des Stators 20 angeordneter Dünnringlager 26 gelagert ist. Durch die Dünnringlager 26 ist eine besonders reibungsarme, geräuscharme und tragfähige Gleitlagerung des Rotors 18 an dem Stator 20 geschaffen, so dass eine besonders gute und belastbare Beweglichkeit des Rotors 18 relativ zu dem Stator 20 ermöglicht ist.
Der statorseitige Teil des Gehäuses 24 ist mittels eines Anschlusselements 28 an einem drehfesten Fahrzeugteil 30 festgelegt. Das Anschlusselement 28 weist hierbei Öffnungen 32 auf über welche Wärme einer innerhalb des hohlzylindrisch ausgebildeten Stators 20 angeordneten Bremseinrichtung 34 zu einer Innenseite der Radbaugruppe 10 hin abgeführt werden kann. Die Bremseinrichtung 34 ist vorliegend als Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe 36 und einem Bremssattel 38 ausgebildet. Selbstverständlich kann in alternativen Ausführungsformen der Radbaugruppe die Bremseinrichtung 34 als Trommelbremse oder dergleichen mechanische Bremseinrichtung ausgebildet sein.
Der Rotor 18 ist mittels außenumfangsseitig an dem rotorseitigen Teil des Gehäuses 24 angeordneter, radial überstehender Zähne 40 mit der Felge 14 formschlüssig verbunden. Hierbei sind die Zähne 40 mit felgenseitigen, korrespondierenden Zähnen 42 in Anlage gebracht, welche einstückig mit der Felge 14 ausgebildet sind.
In dem rotorseitigen Teil des Gehäuses 24 ist ein Kühlkanal 44 in einer Außenwand 46 des Gehäuses 24 ausgebildet. Der Kühlkanal 44 erstreckt sich hierbei über eine gesamte axiale Länge des Rotors 18.
Gemäß Fig. 1 ist in einer statorseitigen Außenwand 48 des Gehäuses 24 ebenfalls ein Kühlkanal 50 ausgebildet. Auch der statorseitige Kühlkanal 50 erstreckt sich innenumfangsseitig über eine gesamte axiale Länge des Stators 20. Der statorseitige Teil des Gehäuses 24 dient somit zum einen dem Aufnehmen des Stators 20 mit entsprechenden Metallpaketen und Wicklungen und zum anderen zum Kühlen des Stators 20. In analoger Weise dient der rotorseitige Teil des Gehäuses 24 zum Aufnehmen des Rotors 18 und zum Kühlen des Rotors 18. Fig. 2 zeigt eine Detailvergrößerung des geschnittenen Stators 20 im Bereich des statorseitigen Kühlkanals 50. Hierbei ist erkennbar, dass dem statorseitigen Kühlkanal 50 ein felgennahes Einlasselement 52 zugeordnet ist, mittels welchem dem statorseitigen Kühlkanal 50 von einer Außenseite des Rades hin das Kühlmedium Luft zuführbar ist. Das Einlasselement 52 ist vorliegend als Ansaugstutzen ausgebildet, dessen Einlassöffnung Öffnungen in der Felge 14 zugewandt ist.
Der statorseitige Kühlkanal 50 ist zu der Außenseite des Rades hin bis auf einen mit dem Einlasselement 52 kommunizierenden Bereich geschlossen ausgebildet. Dadurch ist eine definierte Zutrittsstelle des Kühlmediums zu dem statorseitigen Kühlkanal 50 geschaffen.
Der statorseitige Kühlkanal 50 weist gemäß Fig. 2 ein Sperrelement 54 auf. Das Sperrelement 54 wirkt als Barriere für das von der Außenseite des Rades dem Kühlkanal 50 zugeführte Kühlmedium Luft und ist spiralig einmal in dem den Stator 20 innenumfangsseitig umgebenden Kühlkanal 50 herumgeführt.
Im Fahrbetrieb des die Radbaugruppe 10 aufweisenden Kraftfahrzeugs wird über das Einlasselement 52 dem statorseitigen Kühlkanal 50 das Kühlmedium Luft von der Außenseite des Rads her zugeführt und ein zwangskonvektives Strömen des Kühlmediums Luft in dem statorseitigen Kühlkanal 50 eingestellt. Hierbei wird das Kühlmedium Luft mit besonders hoher Strömungsgeschwindigkeit durch die den Kühlkanal 50 aufweisende Außenwand 48 des statorseitigen Teils des Gehäuses 24 geführt.
Der zu einer Innenseite des Rades hin im Wesentlichen geschlossen ausgebildete statorseitige Kühlkanal 50 weist eine in Fig. 2 gezeigte Auslassöffnung 56 auf, welche dem Einlasselement 52 axial gegenüberliegend angeordnet ist.
Dadurch ist sichergestellt, dass die dem statorseitigen Kühlkanal 50 von außen zugeführte Kühlluft den Stator 20 innenseitig einmal auf einer spiraligen Kreisbahn umströmt, bevor die Kühlluft seitlich aus dem Kühlkanal 50 an einer durch die Auslassöffnung 56 definierten Stelle wieder herausgeführt wird.
Durch das Kühlen des Stators 20 mittels der definierten Zwangsströmung des Kühlmediums Luft im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs kann auf eine aufwendige Flüssigkeitskühlung des Stators 20 verzichtet werden. Die vorliegend beschriebene Luftkühlung des Stators 20 stellt gegenüber der Flüssigkeitskühlung eine bedeutend vereinfachte Bauform einer Kühlanordnung bereit und bringt ein Einsparen an Gewicht der Radbaugruppe 10 mit sich.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines Ausschnitts des Rotors 18 gemäß Fig. 1 , wobei in der Außenwand 46 des rotorseitigen Teils des Gehäuses 24 der Kühlkanal 44 vergrößert dargestellt ist. Hierbei ist erkennbar, dass der rotorseitige Kühlkanal 44 in der Außenwand 46 des Gehäuses 24 eine Einlassöffnung 58 aufweist, welche zu der felgennahen Außenseite des Rades hin umfangsseitig umlaufend offen ausgebildet ist.
Dadurch kann der Außenwand 46 des Rotors 18 umfangsseitig umlaufend das Kühlmedium Luft zugeführt werden. Die definierte Zwangsströmung durch den Kühlkanal 44 stellt sich hierbei in Folge des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs ein, wobei durch das Rotieren des Rotors 18 eine Strömungsgeschwindigkeit des in dem Kühlkanal 44 an dem Rotor 18 entlang strömenden Kühlmediums Luft zusätzlich erhöht wird. Eine der Einlassöffnung 58 axial gegenüberliegende Auslassöffnung 60 des rotorseitigen Kühlkanals 44 ist ebenso umlaufend offen ausgebildet. Über die Auslassöffnung 60 wird die beim Kühlen des Rotors 18 erwärmte Luft effizient abgeleitet. Das Kühlmedium Luft wird zwangskonvektiv über die gesamte axiale Länge des Rotors 18 an diesem entlang geführt und kühlt hierbei den Rotor 18 auf besonders effiziente Weise.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den axial geschnittenen, rotorseitigen Kühlkanal 44. Hierbei ist erkennbar, dass in einem der Einlassöffnung 58 nahen Endbereich 62 des Kühlkanals 44 eine Mehrzahl von einander parallelen Luftleitelementen 64 angeordnet ist. Die Luftleitelemente 64 bewirken ein tangentiales Ablenken des axial in den Kühlkanal 44 einströmenden Kühlmediums Luft. Dadurch wird das Kühlmedium Luft in dem Kühlkanal 44 zumindest eine gewisse Strecke auf einer Kreisbahn um den Rotor 18 herumgeführt. Durch ein damit einhergehendes Verlängern des Strömungswegs des Kühlmediums Luft ist das Kühlen des Rotors 18 weiter verbessert.
Im Bereich der Auslassöffnung 60 des Kühlkanals 44 sind einander parallele weitere Luftleitelemente 66 angeordnet, welche zu einem axialen Ablenken des Kühlmediums Luft beim Austreten aus dem Kühlkanal 44 führen. Eine Kontur der weiteren Luftleitelemente 66 ist hierbei einer Kontur der Luftleitelemente 64 in dem der Einlassöffnung 60 nahen Endbereich 62 des Kühlkanals 44 gegengleich. Ein sich in dem Kühlkanal 44 einstellendes zumindest bereichsweise tangentiales Strömen des Kühlmediums Luft entlang des Rotors 18, welches durch die Luftleitelemente 64 bewirkt ist, ist in Fig. 4 mittels Strömungspfeilen 68 veranschaulicht.
Fig. 4 zeigt des Weiteren eine Draufsicht auf den axial geschnittenen statorseitigen Kühlkanal 50 im Bereich des Einlasselements 52. Hierbei ist eine Konturlinie des in Draufsicht gezeigten Sperrelements 54 erkennbar. Aus Fig. 4 geht hervor, dass das über das Einlasselement 52 dem Kühlkanal 50 zugeführte Kühlmedium Luft durch das in dem Kühlkanal 50 einmal umlaufende Sperrelement 54 gezwungen ist, den Stator 20 innenumfangsseitig einmal zu umströmen, bevor das Kühlmedium Luft über die Auslassöffnung 56 den Kühlkanal 50 wieder verlassen kann.
In alternativen Ausführungsformen der vorliegend beschriebenen Kühlanordnung zum Kühlen der elektrischen Maschine 16 kann vorgesehen sein, dass an einer Innenwand und/oder an einer Außenwand der Kühlkanäle 44, 50 vorliegend nicht gezeigte Kühlrippen angeordnet sind.
Die vorliegend beschriebenen Mittel zum Beaufschlagen der Kühlkanäle 44, 50 mit dem Kühlmedium Luft sind zumindest im Wesentlichen radial außerhalb der in dem Radraum zwischen der Felge 14 und der Radnabe 12 angeordneten Bremseinrichtung 44 angeordnet. Dadurch ist ein Warten und/oder Austauschen der Bremseinrichtung 34, des Bremssattels 38 und/oder der Bremsscheibe 36 durch die Kühlanordnung nicht behindert. Ebenso werden durch die Kühlanordnung Komponenten einer zum Kühlen der Bremseinrichtung 34 vorgesehenen Kühleinrichtung in ihrer Funktion nicht beeinträchtigt.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlanordnung zum Kühlen einer elektrischen Maschine (16), welche zumindest teilweise in einem Radraum zwischen einer Radnabe (12) und einer Felge (14) eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine (16) ein einen Stator (20) und einen Rotor (18) umgebendes Gehäuse (24) aufweist, wobei in einer Außenwand (46, 48) des Gehäuses (24) ein Kühlkanal (44, 50) ausgebildet ist, und wobei Mittel zum Beaufschlagen des Kühlkanals (44, 50) mit einem Kühlmedium vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in dem Kühlkanal (44, 50) durch die Mittel in Abhängigkeit von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einem Staudruck zu beaufschlagen ist.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine dem Gehäuse (24) des Rotors (18) zugeordnete Einlassöffnung (58) des Kühlkanals (44) umfassen, welche zu einer felgennahen Außenseite des Rades hin umfangsseitig umlaufend zumindest im Wesentlichen offen ausgebildet ist.
3. Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem der Einlassöffnung (58) nahen Endbereich (62) des Kühlkanals (44) wenigstens ein Luftleitelement (64) angeordnet ist, mittels welchem das im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs axial in den Kühlkanal (44) einströmende Kühlmedium tangential ablenkbar ist.
4. Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Gehäuse (24) des Rotors (18) zugeordneten Auslassöffnung (60) des Kühlkanals (44), welche zu einer felgenfernen Innenseite des Rades hin umfangsseitig umlaufend zumindest im Wesentlichen offen ausgebildet ist, wenigstens ein weiteres Luftleitelement (66) zum axialen Ablenken des in dem Kühlkanal (44) tangential strömenden Kühlmediums angeordnet ist.
5. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein dem Gehäuse (24) des Stators (20) zugeordnetes, felgennahes Einlasselement (52) umfassen, mittels welchem dem zu einer Außenseite des Rades hin im Wesentlichen geschlossen ausgebildeten, statorseitigen Kühlkanal (50) das Kühlmedium zuführbar ist.
6. Kühlanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der statorseitige Kühlkanal (50) ein umfangsseitig wenigstens einmal umlaufendes Sperrelement (54) aufweist, mittels welchem ein umfangsseitiges Umströmen des Stators (20) durch das Kühlmedium erzwingbar ist.
7. Kühlanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gehäuse (24) des Stators (20) zugeordnete, felgennahe Einlasselement (52) vollständig in dem Radraum zwischen der Radnabe (12) und der Felge (14) angeordnet ist.
8. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zu einer Innenseite des Rades hin im Wesentlichen geschlossen ausgebildete, statorseitige Kühlkanal (50) eine dem Einlasselement (52) axial gegenüber liegend angeordnete Auslassöffnung (56) aufweist.
9. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenwand und/oder an einer Außenwand des Kühlkanals (44, 50) Kühlrippen angeordnet sind.
10. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beaufschlagen des Kühlkanals (44, 50) mit dem Kühlmedium zumindest im Wesentlichen radial außerhalb einer in dem Radraum zwischen der Radnabe (12) und der Felge (14) angeordneten Bremseinrichtung (34) angeordnet sind.
11. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (16) als Außenläufermaschine ausgebildet ist, wobei der Stator (20) und/oder der Rotor (18) hohlzylindrisch ausgebildet sind.
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