WO2012139820A2 - Antriebsvorrichtung mit einer kühlbaren rotoranordnung - Google Patents

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WO2012139820A2 PCT/EP2012/053705 EP2012053705W WO2012139820A2 WO 2012139820 A2 WO2012139820 A2 WO 2012139820A2 EP 2012053705 W EP2012053705 W EP 2012053705W WO 2012139820 A2 WO2012139820 A2 WO 2012139820A2
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rotation
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Norbert Radinger
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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Definitions

  • the invention relates to a drive device with a rotor assembly, which is associated with an electric motor and designed for rotation about an axis of rotation.
  • Electric motors are used more and more often for the drive of vehicles and have therefore prevailed as an alternative to the internal combustion engines.
  • the electric motors serve to apply a driving torque to wheels of a common axle of a vehicle and thereby drive the vehicle.
  • a corresponding device is disclosed in the document DE19841 159C2, which relates to a drive arrangement for a motor vehicle.
  • DE4321772C2 which is probably the closest prior art, shows a drive for a vehicle, in which a rotor of an electric motor transmits its rotation via the rotor shaft to a transmission arranged in a transmission housing with a clutch engageable via a differential gear, which two, having the front and rear wheels of the motor vehicle, drive shafts driving output shafts.
  • One of the output shafts is rotatably mounted in the rotor shaft designed as a hollow shaft by means of a needle bearing.
  • the bearings for the rotor shaft are supplied with lubricant by a splash lubrication.
  • the invention has for its object to provide a drive device, in particular for a vehicle, which has an improved rotor assembly.
  • the drive device is particularly suitable and / or designed for a vehicle, in particular for generating a drive torque or an overlay torque to a drive torque for the vehicle.
  • the drive device comprises a rotor arrangement, which is associated with an electric motor, wherein the electric motor is optionally also included in the drive device.
  • a stator is arranged, which is in operative connection with the rotor assembly or can be brought, so that the stator and rotor assembly together generate a torque.
  • the rotor assembly is designed as an internal rotor. More specifically, the rotor assembly may include a rotor, in particular a sheet-packaged rotor, and a rotor shaft, which are rotatably coupled together. In operation, the rotor assembly rotates about an axis of rotation.
  • the rotor assembly has at least one axially extending channel portion, which is designed to pass a fluid for cooling the rotor assembly.
  • the at least one channel section is arranged in the rotor shaft.
  • axial running means that an inlet opening of the channel section and an outlet opening of the channel section are arranged offset from one another in the axial direction relative to the axis of rotation.
  • the at least one channel section arranged parallel to the axis of rotation.
  • the at least one channel section is arranged off-center and / or offset relative to the axis of rotation.
  • the rotation axis is not arranged in the channel section.
  • the rotor shaft may be formed as a solid shaft, but it is preferred that a hollow shaft space is arranged coaxially and concentrically with the rotor arrangement, which is designed to receive at least one shaft.
  • a hollow shaft space is arranged coaxially and concentrically with the rotor arrangement, which is designed to receive at least one shaft.
  • more than one shaft can also be arranged in the hollow shaft space.
  • the at least one channel section is then provided in addition, in particular separately from the hollow shaft space.
  • the invention is based on the consideration, by the arrangement of the at least one channel section in the rotor assembly, in particular in the rotor shaft, on the one hand to achieve a reduction in the mass of the rotor assembly and thereby to improve the performance of the electric motor. On the other hand, it is achieved by the at least one channel section that the rotor arrangement itself and in particular independently of the remaining electric motor, in particular independently of the stator, can be effectively or selectively cooled by flowing through with the fluid.
  • the drive device comprises a cooling system, which is designed, the stator z. B. by water or other fluid having a cooling temperature of less than 80 degrees, preferably less than 70 degrees and in particular less than 55 degrees to cool.
  • a cooling temperature of less than 80 degrees, preferably less than 70 degrees and in particular less than 55 degrees to cool.
  • the at least one extending channel section would be feared that the rotor assembly could assume temperatures greater than the cooling temperature, which could lead to a strain in the drive device and thus to increased bearing friction, a bearing warming and to a further increase in the temperature of the rotor assembly.
  • the temperature of the rotor assembly in operation preferably maintained at the level of the cooling temperature of the stator or at least a disadvantageous increase in the temperature can be prevented.
  • the fluid is designed as a lubricant, in particular as a transmission oil.
  • a transmission oil present in the drive device for lubrication purposes can additionally be advantageously used as a coolant.
  • the rotor arrangement has a plurality of channel sections, which are particularly preferably distributed regularly in the direction of rotation about the axis of rotation. By a regular distribution in the direction of rotation an imbalance of the rotor assembly is avoided. By using a plurality of channel sections, a cooling of the rotor arrangement that is uniform in the direction of rotation can also be implemented.
  • the at least one channel section, some of the channel sections or all of the channel sections are preferably open on both sides in the axial direction.
  • the channel sections are formed as passage openings in the axial direction or parallel to the axis of rotation, in particular as longitudinal bores or cooling bores.
  • the drive device comprises a bearing arrangement for mounting the rotor arrangement, wherein the bearing assembly comprises at least two bearing means, which are arranged spaced from each other.
  • the lubricant is guided in the cooling of the rotor assembly so that the bearing means are contacted with the lubricant contacting or rinsed to cool the storage facilities directly with the Schmiersoff.
  • the at least one channel section is arranged in the axial direction between the bearing devices.
  • one or both bearing devices are each formed as at least one rolling bearing, in particular as at least one ball bearing.
  • the at least one channel section some or all of the channel sections are arranged in axial projection overlapping or aligned with the bearing devices.
  • a compact design is achieved in the axial direction. Due to the overlapping or aligned arrangement, a compact design of the cooled rotor assembly is implemented independently of this, even in the radial direction.
  • the rotor arrangement in particular the rotor shaft, is non-rotatably coupled to the outer ring (s) of the bearing device or devices.
  • This realization is based on previously known designs, since the known designs usually provide a coupling of the inner rings with the rotor assembly.
  • the inner rings of the storage facilities are preferably coupled to a motor housing or a motor shield of the electric motor or the drive device and / or mounted fixed to the housing or stationary in the drive device.
  • a free space In a particularly preferred embodiment of the invention provided between the inner ring of the bearing device and the rotor assembly, in particular the rotor shaft, a free space.
  • the clearance may be shaped like an annular disk, but in other embodiments may also be wedge-shaped, segmented in the direction of rotation, or take any other desired shape.
  • the free space allows a fluidic connection between the hollow shaft space or - optionally - its imaginary axial extension and the at least one channel section, some channel sections or all channel sections.
  • the fluid can be transported from the hollow shaft space via the free space in the at least one channel section.
  • the drive device comprises the at least one shaft in the hollow shaft space, wherein between the at least one shaft and the rotor assembly at least one annular gap portion is formed, which in turn is preferably fluidically coupled via the free space with the at least one channel section.
  • the rotor arrangement on the surface facing the hollow shaft space or the at least one shaft on its outer side has a conveying structure, which in a relative movement between the shaft and the rotor assembly, in particular the rotor shaft, the fluid active in a flow direction promotes.
  • the conveyor structure may be configured as a helical line revolving around the axis of rotation and may be realized as an elevation (e.g., a land) or a depression (e.g., a groove).
  • the drive device is designed so that the fluid from a first annular gap portion over the space between a first of the bearing devices and the rotor assembly through the at least one channel section over the space between a second of the bearing devices in a second annular gap section becomes. By passing the fluid through the at least one channel section cools the rotor assembly.
  • the drive device is designed as an electrical axle for a vehicle.
  • the drive device comprises a gear and / or a differential, which or which is particularly preferably designed as a planetary gear, in particular as a spur gear.
  • the transmission oil is often present as a fluid in the form of a splash lubrication for the transmission, so that the existing fluid can be used advantageously for cooling the rotor assembly.
  • a hybrid transmission for a vehicle which has at least two, preferably different motors, such as an electric motor and an internal combustion engine, for generating a drive torque for a vehicle.
  • a transmission oil is usually provided, which in turn can be used to cool the rotor assembly.
  • the electric motor, rotor or rotor shaft and possibly transmission section are arranged coaxially.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section through an electrical
  • FIG. 2 shows a detail enlargement from FIG. 1.
  • the Electric axle 1 comprises two power take-off axles 2 a, 2 b designed as plug-in axles, which transmit a drive torque, which is generated by an electric motor 3, to the wheels of a vehicle. Further, the electric axis 1 comprises a planetary gear 4, which generates a conversion, in particular ratio or reduction, of the drive torque generated by the electric motor 3 and the drive torque via a differential section 5 to the drives 2 a, b leads. Electric motor 3, outputs 2 a, b, planetary gear 4 and differential portion 5 are arranged coaxially with each other, so that the electrical axis 1 is formed as a very compact module.
  • the drive torque is transmitted via a rotor 6 to a rotor shaft 7 which is non-rotatably coupled to a sun shaft 8.
  • the sun shaft 8 leads the drive torque to a first sun gear 9, which meshes with planetary gears in the planetary gear 4.
  • the drive torque is guided to the differential portion 5, which transmits the converted drive torque via a second and a third sun gear 10 a, b to the outputs 2 a, b.
  • rotor shaft 7, sun shaft 8 and first sun gear 9 are arranged coaxially and / or concentrically with each other.
  • the planetary gear 4 is designed as a two-speed gearbox, which can be switched between two conversion states via a shift fork 1 1 and an engagement bearing 1 2. Switching takes place via an actuator motor 13.
  • the electrical axis 1 is lubricated by gear oil, which is provided as a splash lubrication.
  • FIG. 2 shows the electrical axis 1 in the same view, but in detail magnification and also with partially graphically suppressed components.
  • the rotor shaft 7 is mounted on a bearing, which includes two storage facilities 14 a, b.
  • the storage facilities 14 a, b are formed as two preloaded angular contact ball bearings in an O arrangement, so that the rotor shaft 7 is mounted without play.
  • the rotor shaft 7 is arranged on the outer rings of the bearing devices 14a, b, whereas the inner rings of the bearing devices 14a, b are arranged fixed to the housing.
  • the left bearing device 14a is seated with the inner ring on a portion of the housing 15, the right bearing device 14b is supported with its inner ring on an engine plate 16 from.
  • the rotor shaft 7 has coaxially and concentrically with its axis of rotation 17 a hollow shaft space 18 which - as shown in the preceding figure - for receiving the stub axles (shafts for the output) 2 a, b and for receiving the sun shaft 8 is formed.
  • the rotor shaft 7 is stepped in the radial direction shown in the longitudinal section shown, wherein a radially outer portion 19, the Au OWringe the bearing means 14 a, b receives or rotatably coupled with these and a radially inner region lying as a cooling region 20 in the axial direction is reduced by the width of the bearing means 14 a, b.
  • regularly distributed cooling bores 21 are introduced in the direction of rotation about the axis of rotation 17 and extend in the axial direction parallel to the axis of rotation 17.
  • the cooling holes 21 are arranged in axial projection overlapping with the bearing devices 14 a, b.
  • the free diameter of the cooling hole 21 is as wide as the width of the bearing means 14 a, b in the radial direction.
  • slits are provided in the illustrated longitudinal section and annular disks as free spaces 22 a, b, which are open in the direction of the hollow shaft space 18.
  • arrows 23, 24 show a possible flow of the transmission oil.
  • the gear oil flows from an annular gap 25 between the plug-in axis 2 a and the rotor shaft 7 and the housing 15 via the space 22 a ( Figure 2) in the cooling hole 21, traverses it and thereby cools the rotor shaft 7 and then passes over the free space 22nd b on the bearing device 14 b over in the annular gap 26, which is arranged between the sun shaft 8 and the motor plate 16.
  • the direction of flow may also be reversed.
  • the stator of the electric motor 3 by means of a non-illustrated water cooling to a temperature of max. 55 ° C cooled.
  • the advantage of the cooling described above is the reduction of a temperature gradient between the stator and the rotor shaft 7 or the bearing devices 14a, b.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, vorzuschlagen, welche eine verbesserte Rotoranordnung aufweist. Hierzu wird eine Antriebsvorrichtung 1 mit einer Rotoranordnung 6,7, welche einem Elektromotor 3 zugeordnet und für eine Rotation um eine Drehachse 17 ausgebildet ist, vorgeschlagen, wobei die Rotoranordnung 6,7 mindestens einen axial verlaufenden Kanalabschnitt 21 aufweist, welcher zu Durchführung eines Fluids zur Kühlung der Rotoranordnung 6,7 ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Kanalabschnitt 21 außermittig und/oder versetzt zu der Drehachse 17 angeordnet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Antriebsvorrichtung mit einer kühlbaren Rotoranordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einer Rotoranordnung, welche einem Elektromotor zugeordnet und für eine Rotation um eine Drehachse ausgebildet ist.
Elektromotoren werden immer häufiger für den Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt und haben sich daher zu einer Alternative zu den Verbrennungsmotoren durchgesetzt. In der einfachsten Ausführungsform dienen die Elektromotoren dazu, Räder einer gemeinsamen Achse eines Fahrzeugs mit einem Antriebsdrehmoment zu beaufschlagen und dadurch das Fahrzeug anzutreiben.
Eine entsprechende Vorrichtung ist in der Druckschrift DE19841 159C2 offenbart, welche eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug betrifft.
Die Druckschrift DE4321 172C2, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, zeigt einen Antrieb für ein Fahrzeug, bei dem ein Rotor eines Elektromotors seine Drehung über die Rotorwelle auf ein in einem Getriebegehäuse angeordnetes Getriebe mit einem über Kupplung zuschaltbaren Differentialgetriebe überträgt, welches zwei, die Vorder- und die Hinterräder des Kraftfahrzeuges, über Gelenkwellen antreibende Abtriebswellen aufweist. Eine der Abtriebswellen ist in der als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle mittels eines Nadellagers drehbar gelagert. Die Lagerungen für die Rotorwelle werden durch eine Tauchschmierung mit Schmierstoff versorgt. Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, vorzuschlagen, welche eine verbesserte Rotoranordnung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist insbesondere für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet, im Speziellen, um ein Antriebsdrehmoment oder ein Überlagerungsdrehmoment zu einem Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug zu erzeugen. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine Rotoranordnung, welche einem Elektromotor zugeordnet ist, wobei der Elektromotor optional ebenfalls von der Antriebsvorrichtung umfasst ist. In dem Elektromotor ist ein Stator angeordnet, der in Wirkverbindung mit der Rotoranordnung ist oder bringbar ist, so dass Stator- und Rotoranordnung gemeinsam ein Drehmoment erzeugen. Insbesondere ist die Rotoranordnung als ein Innenläufer ausgebildet. Genauer betrachtet, kann die Rotoranordnung einen Rotor, insbesondere einen blechpaketierten Rotor, und eine Rotorwelle umfassen, welche drehfest miteinander gekoppelt sind. Im Betrieb rotiert die Rotoranordnung um eine Drehachse.
Die Rotoranordnung weist mindestens einen axial verlaufenden Kanalabschnitt auf, welcher zur Durchführung eines Fluids zur Kühlung der Rotoranordnung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Kanalabschnitt in der Rotorwelle angeordnet. Axial verlaufend bedeutet insbesondere, dass eine Eingangsöffnung des Kanalabschnitts und eine Ausgangsöffnung des Kanalabschnitts in axialer Richtung zu der Drehachse versetzt zueinander angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Kanalabschnitt parallel zu der Drehachse angeordnet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Kanalabschnitt außermittig und/oder versetzt zu der Drehachse angeordnet ist. Insbesondere ist die Drehachse nicht in dem Kanalabschnitt angeordnet.
Prinzipiell kann die Rotorwelle als eine Vollwelle ausgebildet sein, es ist jedoch bevorzugt, dass koaxial und konzentrisch zu der Rotoranordnung ein Hohlwellenraum angeordnet ist, welcher zur Aufnahme mindestens einer Welle ausgebildet ist. In dem Hohlwellenraum können somit auch mehr als eine Welle angeordnet sein. Der mindestens eine Kanalabschnitt ist dann ergänzend, insbesondere separat zu dem Hohlwellenraum vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, durch die Anordnung des mindestens einen Kanalabschnitts in der Rotoranordnung, insbesondere in der Rotorwelle, zum einen eine Verringerung der Masse der Rotoranordnung zu erreichen und dadurch die Leistungsfähigkeit des Elektromotors zu verbessern. Zum anderen wird es durch den mindestens einen Kanalabschnitt erreicht, dass die Rotoranordnung selbst und insbesondere unabhängig von dem restlichen Elektromotor, insbesondere unabhängig von dem Stator, effektiv oder selektiv durch das Durchströmen mit dem Fluid gekühlt werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebsvorrichtung ein Kühlsystem, das ausgebildet ist, den Stator z. B. durch Wasser oder ein anderes Fluid mit einer Kühltemperatur von kleiner als 80 Grad, vorzugsweise kleiner als 70 Grad und insbesondere kleiner als 55 Grad zu kühlen. Ohne den mindestens einen verlaufenden Kanalabschnitt wäre zu befürchten, dass die Rotoranordnung Temperaturen größer als die Kühltemperatur annehmen könnte, was zu einer Verspannung in der Antriebsvorrichtung und damit zu einer erhöhten Lagerreibung, einer Lagererwärmung und zu einem weiteren Anstieg der Temperatur der Rotoranordnung führen könnte. Durch den erfindungsgemäßen mindestens einen Kanalabschnitt kann die Temperatur von der Rotoranordnung im Betrieb vorzugsweise auf dem Niveau der Kühltemperatur des Stators gehalten oder zumindest ein nachteiliges Ansteigen der Temperatur verhindert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fluid als ein Schmierstoff, insbesondere als ein Getriebeöl ausgebildet. Durch die Nutzung des Getriebeöls als Fluid zur Kühlung der Rotoranordnung durch ein Durchströmen des mindestens einen Kanalabschnitts kann ein in der Antriebsvorrichtung zu Schmierzwecken vorhandenes Getriebeöl ergänzend vorteilhaft als Kühlmittel eingesetzt werden.
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Rotoranordnung mehrere Kanalabschnitte auf, die besonders bevorzugt in Umlaufrichtung um die Drehachse regelmäßig verteilt sind. Durch eine regelmäßige Verteilung in Umlaufrichtung wird eine Unwucht der Rotoranordnung vermieden. Durch den Einsatz von mehreren Kanalabschnitten kann zudem eine in Umlaufrichtung gleichmäßige Kühlung der Rotoranordnung umgesetzt werden.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist der mindestens eine Kanalabschnitt, einige der Kanalabschnitte oder alle der Kanalabschnitte vorzugsweise beidseitig in axialer Richtung geöffnet. In einer besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung sind die Kanalabschnitte als Durchgangsöffnungen in axialer Richtung oder parallel zu der Drehachse, insbesondere als Längsbohrungen oder Kühlungsbohrungen ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung können die Kanalabschnitte bei der Fertigung kostengünstig und unkompliziert in die Rotoranordnung, insbesondere in die Rotorwelle eingebracht werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Antriebsvorrichtung eine Lageranordnung zur Lagerung der Rotoranordnung, wobei die Lageranordnung mindestens zwei Lagereinrichtungen aufweist, welche voneinander beabstandet angeordnet sind. Besonders bevorzugt wird der Schmierstoff bei der Kühlung der Rotoranordnung so geführt, dass die Lagereinrichtungen mit dem Schmierstoff kontaktierend umspült oder angespült werden, um die Lagereinrichtungen unmittelbar mit dem Schmiersoff zu kühlen. In dieser Weiterbildung ist es ferner bevorzugt, wenn der mindestens eine Kanalabschnitt in axialer Richtung zwischen den Lagereinrichtungen angeordnet ist. Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung sind eine oder beide Lagereinrichtungen jeweils als mindestens ein Wälzlager, insbesondere als mindestens ein Kugellager, ausgebildet. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Drucklinien der Lagereinrichtungen, insbesondere der Wälzlager, in O-Anordnung angestellt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der mindestens eine Kanalabschnitt, einige oder alle der Kanalabschnitte in axialer Projektion überlappend oder fluchtend zu den Lagereinrichtungen angeordnet sind. Durch die Integration des mindestens einen Kanalabschnitts zwischen den Lagereinrichtungen wird in axialer Richtung eine kompakte Bauform erreicht. Durch die überlappende oder fluchtende Anordnung wird unabhängig davon auch in radialer Richtung eine kompakte Bauform der gekühlten Rotoranordnung umgesetzt.
In einer vorteilhaften konstruktiven Realisierung ist die Rotoranordnung, insbesondere die Rotorwelle, drehfest mit dem oder den Außenringen der Lagereinrichtung bzw. der -einrichtungen gekoppelt. Diese Realisierung setzt sich von bisher bekannten Bauformen ab, da die bekannten Bauformen meist eine Kopplung der Innenringe mit der Rotoranordnung vorsehen. Die Innenringe der Lagereinrichtungen sind vorzugsweise mit einem Motorgehäuse oder einem Motorschild des Elektromotors oder der Antriebsvorrichtung gekoppelt und/oder gehäusefest oder stationär in der Antriebsvorrichtung gelagert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Innenring der Lagereinrichtung und der Rotoranordnung, insbesondere der Rotorwelle, ein Freiraum vorgesehen. Der Freiraum kann beispielsweise wie eine Ringscheibe geformt sein, kann jedoch bei anderen Ausführungsformen auch keilförmig, in Umlaufrichtung segmentiert oder eine andere beliebige Form annehmen. Der Freiraum ermöglicht eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Hohlwellenraum oder - gegebenenfalls - dessen gedachter axialen Verlängerung und dem mindestens einen Kanalabschnitt, einigen Kanalabschnitten oder allen Kanalabschnitten. Somit kann das Fluid von dem Hohlwellenraum über den Freiraum in den mindestens einen Kanalabschnitt transportiert werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Antriebsvorrichtung die mindestens eine Welle in dem Hohlwellenraum, wobei zwischen der mindestens einen Welle und der Rotoranordnung mindestens ein Ringspaltabschnitt ausgebildet ist, der wiederum strömungstechnisch vorzugsweise über den Freiraum mit dem mindestens einen Kanalabschnitt gekoppelt ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung an der dem Hohlwellenraum zugewandten Oberfläche oder die mindestens eine Welle an ihrer Außenseite eine Förderstruktur aufweist, welche bei einer Relativbewegung zwischen Welle und der Rotoranordnung, insbesondere der Rotorwelle, das Fluid aktiv in eine Fließrichtung fördert. Die Förderstruktur kann beispielsweise als eine die Drehachse umlaufende Schraubenlinie ausgestaltet sein und wahlweise als Erhebung (z.B. als Steg) oder Vertiefung (z.B. als Nut) realisiert sein.
Zusammenfassend betrachtet ist es besonders bevorzugt, wenn die Antriebsvorrichtung so ausgebildet ist, dass das Fluid von einem ersten Ringspaltabschnitt über den Freiraum zwischen einer ersten der Lagereinrichtungen und der Rotoranordnung durch den mindestens einen Kanalabschnitt über den Freiraum zwischen einer zweiten der Lagereinrichtungen in einen zweiten Ringspaltabschnitt geführt wird. Durch das Durchführen des Fluids durch den mindestens einen Kanalabschnitt wird die Rotoranordnung gekühlt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung als eine elektrische Achse für ein Fahrzeug ausgebildet. In dieser Ausgestaltung umfasst die Antriebsvorrichtung ein Getriebe und/oder ein Differential, welches oder welche besonders bevorzugt als ein Planetengetriebe, insbesondere als ein Stirnradgetriebe, ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung ist das Getriebeöl als Fluid oftmals in Form einer Tauchschmierung für das Getriebe vorhanden, so dass das vorhandene Fluid vorteilhaft zur Kühlung der Rotoranordnung eingesetzt werden kann.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Antriebsvorrichtung kann beispielsweise auch bei einem Hybridgetriebe für ein Fahrzeug gesehen werden, welches mindestens zwei, vorzugsweise unterschiedliche Motoren, wie zum Beispiel einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor, zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug aufweist. Auch in dieser Ausgestaltung ist üblicher Weise ein Getriebeöl vorgesehen, welches wiederum zur Kühlung der Rotoranordnung genutzt werden kann. Besonders bevorzugt sind der Elektromotor, Rotor bzw. Rotorwelle und ggf. Getriebeabschnitt koaxial angeordnet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausbildungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine elektrische
Achse als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine Detailvergrößerung aus der Figur 1 .
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine elektrische Achse 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Achse 1 umfasst zwei als Steckachsen ausgebildete Abtriebe 2 a, 2 b, welche ein Antriebsdrehmoment, das von einem Elektromotor 3 erzeugt wird, an die Räder eines Fahrzeuges weiterleiten. Ferner umfasst die elektrische Achse 1 ein Planetengetriebe 4, welches einer Umsetzung, insbesondere Übersetzung oder Untersetzung, des von dem Elektromotor 3 erzeugten Antriebsdrehmoments erzeugt und das Antriebsdrehmoment über einen Differentialabschnitt 5 zu den Abtrieben 2 a, b führt. Elektromotor 3, Abtriebe 2 a, b, Planetengetriebe 4 und Differentialabschnitt 5 sind koaxial zueinander angeordnet sind, so dass die elektrische Achse 1 als ein sehr kompaktes Modul ausgebildet ist.
Ausgehend von dem Elektromotor 3 wird das Antriebsdrehmoment über einen Rotor 6 auf eine Rotorwelle 7 übertragen, welche drehfest mit einer Sonnenwelle 8 gekoppelt ist. Die Sonnenwelle 8 führt das Antriebsdrehmoment zu einem ersten Sonnenrad 9, welches mit Planetenrädern in dem Planetengetriebe 4 kämmt. Über das Planetengetriebe 4 wird das Antriebsdrehmoment zu dem Differentialabschnitt 5 geführt, welcher das umgesetzte Antriebsdrehmoment über ein zweites und ein drittes Sonnenrad 10 a, b auf die Abtriebe 2 a, b überträgt. Insbesondere ist zu unterstreichen, dass Rotorwelle 7, Sonnenwelle 8 und erstes Sonnenrad 9 koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass das Planetengetriebe 4 als ein Zweiganggetriebe ausgebildet ist, welches zwischen zwei Umsetzungszuständen über eine Schaltgabel 1 1 und ein Einrücklager 1 2 umschaltbar ist. Das Umschalten erfolgt über einen Aktuatormotor 13. Die elektrische Achse 1 wird durch Getriebeöl geschmiert, welches als Tauchschmierung vorgesehen ist.
Für eine genauere Beschreibung wird auf die Figur 2 verwiesen, welche die elektrische Achse 1 in gleicher Ansicht, jedoch in Detailvergrößerung und zudem mit teilweise grafisch unterdrückten Komponenten zeigt. In der Figur 2 werden gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen benannt. Die Rotorwelle 7 wird über ein Lager, welches zwei Lagereinrichtungen 14 a, b umfasst, gelagert. Die Lagereinrichtungen 14 a, b sind als zwei vorgespannte Schrägkugellager in O-Anordnung ausgebildet, so dass die Rotorwelle 7 spielfrei gelagert ist. Die Rotorwelle 7 ist auf den Außenringen der Lagereinrichtungen 14a,b angeordnet, wohingegen die Innenringe der Lagereinrichtungen 14 a,b gehäusefest angeordnet sind. Die linke Lagereinrichtung 14a sitzt mit dem Innenring auf einem Abschnitt des Gehäuses 15, die rechte Lagereinrichtung 14b stützt sich mit ihrem Innenring auf einem Motorschild 16 ab.
Die Rotorwelle 7 weist koaxial und konzentrisch zu ihrer Drehachse 17 einen Hohlwellenraum 18 auf, der - wie sich aus der vorhergehenden Figur ergibt - zur Aufnahme der Steckachsen (Wellen für den Abtrieb) 2 a, b sowie zur Aufnahme der Sonnenwelle 8 ausgebildet ist.
Die Rotorwelle 7 ist in dem gezeigten Längsschnitt in radialer Richtung gestuft ausgebildet, wobei ein radial äußerer Bereich 19 die Au ßenringe der Lagereinrichtung 14 a, b aufnimmt bzw. drehfest mit diesen gekoppelt ist und ein radial weiter innen liegender Bereich als Kühlbereich 20 in axialer Richtung um die Breite der Lagereinrichtung 14 a, b vermindert ist. In dem Kühlbereich 20 sind in Umlaufrichtung um die Drehachse 17 regelmäßig verteilte Kühlungsbohrungen 21 eingebracht, die sich in axialer Richtung parallel zu der Drehachse 17 erstrecken. Die Kühlungsbohrungen 21 sind in axialer Projektion überlappend mit den Lagereinrichtungen 14 a, b angeordnet. Der freie Durchmesser der Kühlungsbohrung 21 ist so breit wie die Breite der Lagereinrichtungen 14 a, b in radialer Richtung.
Zwischen dem Kühlabschnitt 20 der Rotorwelle 7 und den Lagereinrichtungen 14 a, b sind in dem dargestellten Längsschnitt Schlitze und bei Gesamtbetrachtung Ringscheiben als Freiräume 22 a, b vorgesehen, welche in Richtung des Hohlwellenraums 18 geöffnet sind. Mit den Freiräumen 22 a, b ist somit eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Hohlwellenraum 18 und den Kühlungsbohrungen 21 geschaffen, so dass ein Getriebeöl über die Freiräume 22 a, b in die Kühlungsbohrungen 21 gelangen kann.
Durch den Einsatz der Kühlungsbohrungen 21 in der Rotorwelle 7 wird zum einen das Gewicht der Rotorwelle 7 verringert, zum anderen wird eine Kühlung durch das Getriebeöl innerhalb der Rotorwelle 7 umgesetzt.
In der Figur 1 ist durch Pfeile 23, 24 ein möglicher Fluss des Getriebeöls dargestellt. Das Getriebeöl fließt von einem Ringspalt 25 zwischen der Steckachse 2 a und der Rotorwelle 7 bzw. dem Gehäuse 15 über den Freiraum 22 a (Figur 2) in die Kühlungsbohrung 21 , durchquert diese und kühlt dabei die Rotorwelle 7 und tritt dann über den Freiraum 22 b an der Lagereinrichtung 14 b vorbei in den Ringspalt 26 ein, welcher zwischen Sonnenwelle 8 und Motorschild 16 angeordnet ist. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Flussrichtung auch umgekehrt sein.
Im Betrieb ist der Stator des Elektromotors 3 mittels einer nicht-dargestellten Wasserkühlung auf eine Temperatur von max. 55 °C gekühlt. Der Vorteil der oben beschriebenen Kühlung liegt in der Verminderung eines Temperaturgradienten zwischen dem Stator und der Rotorwelle 7 bzw. den Lagereinrichtungen 14a,b.
Bezugszeichenliste
1 Achse
2 a, b Steckachsen
3 Elektromotor
4 Planetengetriebe
5 Differentialabschnitt
6 Rotor
7 Rotorwelle
8 Sonnenwelle
9 erstes Sonnenrad
10 a, b zweites und drittes Sonnenrad
1 1 Schaltgabel
12 Einrücklager
13 Aktuatormotor
14 a, b Lagereinrichtungen
15 Gehäuse
16 Motorschild
17 Drehachse
18 Hohlwellenraum
19 radial äußerer Bereich der Rotorwelle
20 Kühlbereich
21 Kühlungsbohrungen
22 a, b Freiräume
23 Pfeil
24 Pfeil
25 Ringspalt
26 Ringspalt

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsvorrichtung (1 ) mit einer Rotoranordnung (6,7), welche einem Elektromotor (3) zugeordnet und für eine Rotation um eine Drehachse (17) ausgebildet ist, wobei die Rotoranordnung (6,7) mindestens einen axial verlaufenden Kanalabschnitt (21 ) aufweist, welcher zu Durchführung eines Fluids zur Kühlung der Rotoranordnung (6,7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanalabschnitt (21 ) außermittig und/oder versetzt zu der Drehachse (17) angeordnet ist.
2. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (6,7) einen Hohlwellenraum (18) zur Aufnahme einer Welle (2a,b,8) aufweist, wobei die Rotoranordnung (6,7) ergänzend zu dem Hohlwellenraum (18) dem mindestens einen Kanalabschnitt (21 ) aufweist.
3. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid als ein Getriebeöl ausgebildet ist.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (6,7) mehrere Kanalabschnitte (21 ) aufweist, die in Umlaufrichtung um die Drehachse (17) regelmäßig verteilt sind.
5. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalabschnitte (21 ) vorzugsweise beidseitig in axialer Richtung geöffnet sind.
6. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lageranordnung (14a,b) zur Lagerung der Rotoranordnung (6,7), wobei die Lageranordnung mindestens zwei Lagereinrichtungen (14a,b), insbesondere Wälzlager, umfasst und wobei der mindestens eine Kanalabschnitt in axialer Richtung zwischen den Lagereinrichtungen (14a,b) angeordnet ist.
7. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtungen (14a,b) und der mindestens eine Kanalabschnitt (21 ) in axialer Projektion überlappend oder fluchtend angeordnet sind.
8. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, die Rotoranordnung (6,7) drehfest mit den Au ßenringen der Lagereinrichtungen (14a,b) gekoppelt ist.
9. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein
Motorgehäuse (15), wobei die Innenringe der Lagereinrichtungen (14a,b) mit dem Motorgehäuse (15) oder einem Motorschild (16) des Motorgehäuses (15) gekoppelt sind.
10. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer der Lagereinrichtungen (14a,b) und der Rotoranordnung (6,7) ein Freiraum (22a, b) vorgesehen ist, welcher eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Hohlwellenraum (18) oder dessen gedachter axialen Verlängerung und dem Kanalabschnitt (21 ) schafft.
1 1 . Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Welle (2a,b,8) in dem Hohlwellenraum (1 8), wobei zwischen der Welle (2a, b, 8) und der Rotoranordnung (6,7) mindestens ein Ringspaltabschnitt (25,26) ausgebildet ist, welcher strömungstechnisch mit dem mindestens einen Kanalabschnitt (21 ) gekoppelt ist.
12. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (1 ) so ausgebildet ist, dass das Fluid von einem ersten Ringspaltabschnitt (25) über den Freiraum (22a) zwischen einer ersten Lagereinrichtung (14a) und der Rotoranordnung (6,7) durch den mindestens einen Kanalabschnitt (21 ) über den Freiraum (22b) zwischen einer zweiten Lagereinrichtung (14b) und der Rotoranordnung (6,7) in einen zweiten Ringspaltabschnitt (16) geführt wird.
13. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als eine elektrische Achse, Hybridgetriebe o.ä. für ein Fahrzeug.
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