專利名稱：電動驅(qū)動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機動車輛的電動驅(qū)動單元，尤其涉及一種電動軸驅(qū)動單元，具有電機且具有用于電機的潤滑冷卻回路。本發(fā)明涉及德國優(yōu)先權(quán)DE102011015623. 2，其在此作為參考并入。
背景技術(shù)：
這樣的電動驅(qū)動單元可以用作機動車輛的自動驅(qū)動源(在一個軸上的純電動驅(qū)動)。可替換地，這樣的驅(qū)動單元可以試圖輔助主驅(qū)動單元，特別是輔助內(nèi)燃機(混合驅(qū)動)。典型地，例如，電機以多相異步電機或永磁同步機的形式存在。作為例子，電機的轉(zhuǎn)子可驅(qū)動軸差動齒輪箱(differential gearbox)的輸入元件,其中，如果有需要,可額外在電機和軸差動齒輪箱之間提供變速齒輪箱，以便降低電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。高動力密度對于這樣的電動驅(qū)動單元是理想的，以便允許在給定物理區(qū)域產(chǎn)生盡可能高的驅(qū)動動力。在操作中，電機產(chǎn)生越來越多的熱，其應(yīng)盡可能有效地被散開。在這種情況下，電機的有效冷卻是極其重要的，因為有效的冷卻可以使得有效地增加電機的動力輸出成為可能(也就是效率)。相反，這意味著電動部件需要較小的物理空間來達到特定的驅(qū)動動力。如果電機后接著是齒輪箱，例如在具有軸差動齒輪箱的軸驅(qū)動單元的情況下，這也需要冷卻。然而，特別地，齒輪箱必須被潤滑，其中用于齒輪箱的潤滑回路與用于電機的冷卻回路承受不同的需求。在這種情形中，不可否認地可能通過共用的潤滑油回路來潤滑并冷卻電機和齒輪箱，其中電機配有特定線圈，例如為了擴大表面面積并以這種方式改善散熱。然而，這種設(shè)計復(fù)雜不合需要，且最后潤滑油的低熱容量仍然限制了可完成的散熱。本發(fā)明的一個目標是提供一種用于所述類型電動驅(qū)動單元的改進的潤滑冷卻系統(tǒng)，其允許電機具有較高的動力密度，特別是相對于軸驅(qū)動單元所能獲得的小的物理空間。這一目標通過具有權(quán)利要求I的特征的電動驅(qū)動單元來實現(xiàn)，并且特別地，其中潤滑冷卻回路包括水基潤滑劑(aqueous lubricant),其至少穿過電機的內(nèi)部區(qū)域，以便在內(nèi)部區(qū)域冷卻電機的部件。因此，電動驅(qū)動單元包括具有水基潤滑劑(即水和至少一種其它物質(zhì)(例如酒精)的混合物)的潤滑冷卻回路。特別地，水基潤滑劑可具有水-乙二醇混合物。潤滑劑的水成分用于電機內(nèi)部區(qū)域的特定有效的冷卻。為了這個目的，水基潤滑劑在電機內(nèi)部區(qū)域沿著內(nèi)部區(qū)域的部件經(jīng)過。來自電機的廢熱因此可以被特定有效地吸收和擴散-特別是與電機外表面的冷卻結(jié)合_，因為廢熱主要在電機內(nèi)部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生。此外，水基潤滑劑可以潤滑電機的內(nèi)部區(qū)域(例如電機的軸承)。與典型的潤滑劑比較，水具有高的熱容量、高的熱傳導(dǎo)率和相應(yīng)高的熱傳遞系數(shù)。水基潤滑劑因此可以吸收和擴散相當(dāng)大量的來自電機的熱動力。為了這個目的對于熱傳遞表面沒有特定的需求，因此利用簡單和緊湊設(shè)計的電動驅(qū)動單元在電機內(nèi)達到高動力密度(即高效率)是可能的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的有利實施例在從屬權(quán)利要求中論及，并將在下文中進行說明。為了電機內(nèi)部區(qū)域特定有效地冷卻，優(yōu)選水基潤滑劑沿電機定子的內(nèi)層表面經(jīng)過。特別地，水基潤滑劑可以經(jīng)過電機線圈端部，以便吸收和擴散大量的熱動力?？蛇x地或另外，水基潤滑劑可以沿電機轉(zhuǎn)子的外層表面經(jīng)過，該電機轉(zhuǎn)子貯藏在定子內(nèi)。可選地或另外，水基潤滑劑還可以經(jīng)由轉(zhuǎn)子內(nèi)軸向和/或徑向冷卻通道穿過(相對于電機的轉(zhuǎn)軸)以便在廢熱的吸收和擴散方面達到盡可能高的效率。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，驅(qū)動單元還包括電連接到電機上游的逆變器和用于該逆變器的專用冷卻回路。在這個實施例中，一方面用于電機的潤滑冷卻回路和另一方面用于逆變器的冷卻回路通過熱交換器彼此熱連接。這允許電動部件冷卻到兩個不同的溫度級別，即在用于逆變器的冷卻回路中具有比在用于電機的潤滑冷卻回路中較低的溫度級別。這允 許電機高效運轉(zhuǎn)，而相關(guān)聯(lián)的逆變器仍然可靠地避免過熱。由于它們之間的熱交換連接，該冷卻回路還可以用來冷卻潤滑冷卻回路中的水基潤滑劑。用于逆變器的所述冷卻回路優(yōu)選包括冷卻水，其沿逆變器的部件經(jīng)過。由于高熱容量和熱傳導(dǎo)率，冷卻水的使用導(dǎo)致逆變器特別有效的冷卻-通過所述熱交換器-在潤滑冷卻回路中的水基潤滑劑同樣如此。在用于逆變器的所述冷卻回路中的冷卻水可能在一個有利的實施例中還沿電機部件經(jīng)過，以便輔助冷卻那里，特別是電機的外表面，例如沿電機定子的外層表面。所述冷卻回路可以以這種方式額外地形成用于電機的外部冷卻套管。根據(jù)一個替換實施例，驅(qū)動單元包括電連接到電機上游的逆變器，其中在潤滑冷卻回路中的水基潤滑劑還沿逆變器的部件經(jīng)過，以便對其進行冷卻。因此，在這個實施例中，沒有另外的冷卻回路具有與水基潤滑劑的熱交換連接，因此簡化了電動驅(qū)動單元的設(shè)計并使得其可能達到恰好較小的物理尺寸。還是在這個替換實施例中，在潤滑冷卻回路中的水基潤滑劑的優(yōu)勢還在于沿電機的外表面經(jīng)過，以便額外吸收和擴散來自電機的廢熱，例如沿定子的外層表面。對于所有上述實施例，驅(qū)動單元優(yōu)選地還包括機械連接到電機輸出(例如轉(zhuǎn)子)的齒輪箱，其中在潤滑冷卻回路中的水基潤滑劑不僅冷卻電機的內(nèi)部區(qū)域還沿齒輪箱的部件經(jīng)過，以便冷卻并潤滑齒輪箱。因此這達到了對于具有電機緊接著齒輪箱的電動驅(qū)動單元特定需求的最佳折衷點，通過使用水基潤滑劑，以便允許電機具有高動力密度。所述齒輪箱優(yōu)選為軸差動齒輪箱，其隨意地經(jīng)由另外的變速齒輪箱連接到電機的輸入側(cè)。通常，連接到電機的齒輪箱可以是轉(zhuǎn)動齒輪箱或固定齒輪箱。水基潤滑劑優(yōu)選具有低導(dǎo)電率，從而這允許連續(xù)電流流經(jīng)電機的至少一個軸承。換句話說，水基潤滑劑的低導(dǎo)電率允許電流(由電機設(shè)計結(jié)構(gòu)產(chǎn)生)連續(xù)流動，經(jīng)由電機的軸承(相應(yīng)于軸承本身減少的內(nèi)阻)流動。這防止在軸承內(nèi)放電及因此軸承表面的破壞。在所有上述實施例中，電動驅(qū)動單元的潤滑冷卻回路還可具有熱交換器，水基潤滑劑經(jīng)其向周圍區(qū)域釋放熱。通過例子，熱交換器可包括在機架外表面上的冷卻肋狀物以便通過熱傳導(dǎo)連接向周圍區(qū)域釋放來自水基潤滑劑的廢熱。
本發(fā)明將在下文中參考附圖通過例子進行說明。在這些圖中相同的部件或相同類型的部件使用相同的附圖標記表示。圖I示出了具有潤滑冷卻回路和額外冷卻回路的電動驅(qū)動單元的示意圖。圖2至4均示出了具有單個潤滑冷卻回路的電動驅(qū)動單元的示意圖。
具體實施方式
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圖I示出了用于機動車輛的電動驅(qū)動單元的第一實施例，該電動驅(qū)動單元包括潤滑冷卻回路11，其包含水基潤滑劑，即基于水的潤滑劑。此外，電動驅(qū)動單元包括冷卻回路13，其包含冷卻水并在比潤滑冷卻回路11較低的溫度級別下操作。電動驅(qū)動單元優(yōu)選為軸驅(qū)動單元，并且它包括電機(例如多相異步電機或永磁同步電機)和連接到電機輸出的齒輪箱。具有水基冷卻劑的潤滑冷卻回路11用來冷卻并潤滑電機和齒輪箱的部件，而冷卻回路13額外用來冷卻電機和相關(guān)聯(lián)的電轉(zhuǎn)換裝置的部件。這將在下文中詳細說明。具有水基潤滑劑的潤滑冷卻回路11包括潤滑劑輸入裝置15，其使得水基潤滑劑在潤滑冷卻回路11內(nèi)連續(xù)流通。最初，水基潤滑劑沿電機中的內(nèi)部區(qū)域17的部件經(jīng)過，優(yōu)選經(jīng)過至少線圈端部。通常，在電機內(nèi)部區(qū)域17中的水基潤滑劑可以沿電機定子的內(nèi)層表面和/或沿轉(zhuǎn)子的外層表面和/或經(jīng)由電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的軸向和/或徑向冷卻通道經(jīng)過。在電機的內(nèi)部區(qū)域17內(nèi)，水基潤滑劑吸收來自電機的大多數(shù)廢熱。在這種情況下，特別有利地是水基潤滑劑的水基導(dǎo)致獲得較大的熱擴散率，因為水成分具有高的熱容量和高的熱傳導(dǎo)率。以這種方式加熱的水基潤滑劑輸入潤滑劑/冷卻水熱交換器，精確到熱交換器的高溫一側(cè)19。來自電機內(nèi)部區(qū)域17被吸收的廢熱經(jīng)由熱交換器釋放到冷卻回路13。以這種方式冷卻的水基潤滑劑然后輸入到電動驅(qū)動單元的齒輪箱21的部件，例如軸差動齒輪箱的摩擦接觸表面和軸承。水基潤滑劑然后再次經(jīng)過潤滑輸入單元15，在這種情況下，例如在齒輪箱21和潤滑劑輸入裝置15之間可提供潤滑劑箱(未示出)。冷卻回路13包括冷卻水包含其中的專用冷卻水輸入裝置23。其將冷卻水首先輸入到冷卻水/周圍空氣熱交換器25，該冷卻水/周圍空氣熱交換器25例如通過冷卻薄片或冷卻板將包含在冷卻水中的廢熱釋放到周圍空氣27中。以這種方式被冷卻的冷卻水然后沿著電動驅(qū)動單元的電轉(zhuǎn)換裝置(例如沿著逆變器29)經(jīng)過。在逆變器29之后，冷卻水沿已經(jīng)提及的潤滑/冷卻水熱交換器的低溫側(cè)31經(jīng)過，以便吸收來自潤滑冷卻回路11的廢熱。最后，在冷卻回路13中的冷卻水還用來冷卻電機的外表面33，例如冷卻套管，其圍繞或形成電機定子的外層表面。最后，冷卻水可能經(jīng)過箱再次經(jīng)過冷卻水輸入裝置23。潤滑冷卻回路11中的各種部件和冷卻回路13中的各種部件的各自順序也可以互換。用于電機內(nèi)部區(qū)域17的在潤滑冷卻回路11中水基潤滑劑的使用實現(xiàn)了從內(nèi)部區(qū)域17的特定有效的熱擴散。這導(dǎo)致電機具有有利的高動力密度。圖I所示實施例的另一個優(yōu)點是潤滑冷卻回路11中的水基潤滑劑同時用來潤滑齒輪箱21的部件，其結(jié)果是為了此目的不再需要額外的潤滑回路。獨立的冷卻回路13的使用保證低溫級別可靠地保持用于與電機相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換裝置(逆變器29)，以便保護電轉(zhuǎn)換裝置避免過熱。此外，由于電機的(較冷的)外表面33被額外冷卻，因此電機的熱擴散動力甚至進一步增加。圖2示出了比圖I所示更簡單的電動驅(qū)動單元的實施例，其僅僅包括具有水基潤滑劑的潤滑冷卻回路11，即沒有額外的具有純冷卻水的冷卻回路13。這里還提供潤滑劑輸入裝置15。其首先將水基潤滑劑輸入潤滑劑/周圍空氣熱交換器35，包含在水基潤滑劑中的廢熱從中釋放到周圍空氣27。以這種方式冷卻的水基潤滑劑(即在最低溫度級別)隨后沿以逆變器29形式的電轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)過，以便將其冷卻。水基潤滑劑然后沿電機的外表面33 (例如在定子外層表面上的冷卻套管)經(jīng)過。在冷卻電機的外表面33之后,水基潤滑劑用來冷卻電機的內(nèi)部區(qū)域17。為了這一目的，例如，水基潤滑劑沿定子的內(nèi)層表面經(jīng)過，沿轉(zhuǎn)子的外層表面和/或經(jīng)由電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的軸向/徑向冷卻通道經(jīng)過。在這一過程中，來自電機的相當(dāng)大一部分廢熱被吸收，即水基潤滑劑目前在潤滑冷卻回路11內(nèi)采用最高溫度級別。最后，水基潤滑劑還被輸入到電動驅(qū)動單元內(nèi)的齒輪箱21，以便潤滑齒輪箱。從那·里，水基潤滑劑被抽取到潤滑輸入裝置15內(nèi)，并再次在熱交換器35的方向上抽出。潤滑劑箱可設(shè)置在齒輪箱21和潤滑劑輸入裝置15之間，特別地，也可被用作額外的用于將熱釋放到周圍空氣27的熱交換器。此外，圖2所示實施例的一個特別優(yōu)勢是經(jīng)由電機內(nèi)部區(qū)域17經(jīng)過的水基潤滑劑的使用導(dǎo)致廢熱特別有效的擴散，因此使得電機具有高動力密度。而且，僅僅提供單個回路11。特別地，水基潤滑劑輸入各個理想溫度級別的順序中不同的冷卻點是可能的，即從逆變器29開始(最低溫度級別)，經(jīng)由電機的外表面33，到電機的內(nèi)部區(qū)域17 (最高溫度級別)。圖3示出了電動驅(qū)動單元的實施例,與圖2相比其進一步簡化。與圖2所示實施例的不同在于水基潤滑劑不僅經(jīng)由電機的外表面33，而且經(jīng)由電機的內(nèi)部區(qū)域17。這導(dǎo)致潤滑冷卻回路11，特別是水基潤滑劑的行程的更簡單的物理設(shè)計。然而，這保證了電機的有效冷卻，因此大部分廢熱從電機內(nèi)部區(qū)域17抽出。最后，圖4示出了最簡單的情形，具有水基潤滑劑的潤滑冷卻回路11僅僅用來冷卻電機的活動部件，即內(nèi)部區(qū)域17，以便有效地冷卻電機并因此使電機操作達到高效。為了這個目的，需要潤滑劑輸入裝置15和潤滑劑/周圍空氣熱交換器35。然而，在圖4所示的實施例中，沒有額外的冷卻提供給電轉(zhuǎn)換裝置(逆變器29)，并且也沒有額外的潤滑提供給齒輪箱21。附圖標記列表11具有水基潤滑劑的潤滑冷卻回路13具有冷卻水的冷卻回路15潤滑劑輸入裝置17電機內(nèi)部區(qū)域19潤滑劑/冷卻水熱交換器的高溫側(cè)21齒輪箱23冷卻水輸入裝置25冷卻水/周圍空氣熱交換器27周圍空氣
29逆變器31潤滑劑/冷卻水熱交換器的低溫側(cè)33電機外部表面 35潤滑劑/周圍空氣熱交換器
權(quán)利要求
1.用于機動車輛的電動驅(qū)動單元，特別是電動軸驅(qū)動單元， 具有電機和用于電機的潤滑冷卻回路(11)， 其特征在于，潤滑冷卻回路(11)包括水基潤滑劑，其至少經(jīng)由電機的內(nèi)部區(qū)域(17)經(jīng)過，以便在內(nèi)部區(qū)域(17)冷卻電機的部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中水基潤滑劑沿電機定子的內(nèi)層表面經(jīng)過。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中水基潤滑劑沿轉(zhuǎn)子的外層表面和/或經(jīng)由電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的軸向和/或徑向冷卻通道經(jīng)過。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中驅(qū)動單元進一步具有連接到電機上游的逆變器(29)、和用于逆變器的冷卻回路(13)，其中用于電機的潤滑冷卻回路(11)和用于逆變器 (29)的冷卻回路(13)彼此經(jīng)由熱交換器(19，31)熱連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電動驅(qū)動單元，其中用于逆變器(29)的冷卻回路(13)包括冷卻水，其沿逆變器的部件經(jīng)過。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電動驅(qū)動單元，其中冷卻水還沿電機的外表面(33)經(jīng)過，特別沿電機定子的外層表面經(jīng)過。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中驅(qū)動單元還具有連接到電機上游的逆變器(29)，其中潤滑冷卻回路(11)中的水基潤滑劑也沿逆變器的部件經(jīng)過。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電動驅(qū)動單元，其中潤滑冷卻回路(11)中的水基潤滑劑也沿電機外表面(33)經(jīng)過，特別沿電機定子的外層表面經(jīng)過。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中驅(qū)動單元還包括齒輪箱(21)，其連接到電機的輸出，其中潤滑冷卻回路(11)中的水基潤滑劑還沿齒輪箱(21)的部件經(jīng)過，以便潤滑齒輪箱。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中水基潤滑劑具有低導(dǎo)電率以至于使得連續(xù)電流經(jīng)由電機的至少一個軸承流過。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的電動驅(qū)動單元，其中潤滑冷卻回路(11)還包括熱交換器(35)，水基潤滑劑經(jīng)由該熱交換器向周圍區(qū)域釋放熱。
全文摘要
用于機動車輛的電動驅(qū)動單元，具有電機和潤滑冷卻回路。潤滑冷卻回路包括水基潤滑劑，其至少經(jīng)由電機內(nèi)部區(qū)域經(jīng)過，以便在內(nèi)部區(qū)域冷卻電機的部件。
文檔編號H02K9/19GK102738961SQ201210181060
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者D·普里克斯, F·梅爾, K·伯卡特 申請人:瑪格納動力傳動系統(tǒng)股份及兩合公司