Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, einen Rotor, der um eine Rotorachse drehbar fest auf einer Rotorwelle angeordnet ist, wobei die Rotorwelle zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Hohlraum ausgebildet ist, eine Kühlmittel pumpe zum Fördern von Kühlmittel, wobei die Kühlmittelpumpe derart ausgeführt ist, dass sie über die Rotorwelle angetrieben wird sowie eine elektrische Antriebs einheit mit einer solchen elektrischen Maschine und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Antriebseinheit.

Stand der Technik

Elektrische Maschinen, Asynchronmaschinen wie Synchronmaschinen, erzeugen aufgrund des dielektrischen Verlusts während ihres Betriebs Wärme - elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt, was zum einen eine Verschlechterung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bewirkt und zum anderen einen zuver lässigen Betrieb der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer negativ beein flusst. Deshalb ist in elektrischen Maschinen in der Regel ein Kühldesign vorgese hen, das den Stator und/oder den Rotor der elektrischen Maschine kühlt. Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine bereitzustel len, die sich durch einen kompakten und bauteilreduzierten Aufbau auszeichnet und sich insbesondere für den Betrieb in einem Kraftfahrzeug, nämlich einem Elektrokraftfahrzeug oder einem Hybridkraftfahrzeug, geeignet ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt zum einen durch eine elektrische Maschine um fassend einen Stator, einen Rotor, der um eine Rotorachse drehbar fest auf einer Rotorwelle angeordnet ist, wobei die Rotorwelle zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Hohlraum ausgebildet ist, eine Kühlmittelpumpe zum Fördern von Kühlmittel, wobei die Kühlmittelpumpe als Gerotorpumpe ausgebildet ist und folgende Komponenten umfasst:

einen Deckel, der innerhalb des Hohlraums der Rotorwelle einen Pumpenraum von dem übrigen Hohlraum der Rotorwelle abgrenzt, eine Achse, wobei die Achse fest mit einem Gehäuseteil der elektri schen Maschine sowie fest mit dem Deckel verbunden ist, einen Außengerotor mit einer an einer inneren Lauffläche ausgeführ ten Außengerotorkontur, wobei der Außengerotor fest mit der Rotor welle verbunden ist, und

einen Innengerotor mit einer an einer äußeren Lauffläche ausgeführ ten Innengerotorkontur, wobei die Innengerotorkontur des Innengero tors exzentrisch innerhalb der Außengerotorkontur des Außengero tors läuft und wobei der Innengerotor drehbar auf der Achse gelagert ist,

wobei der Außengerotor und der Innengerotor zumindest teilweise in dem

Pumpenraum und somit in dem Hohlraum der Rotorwelle angeordnet sind. Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Maschine einen Stator, einen Rotor sowie eine Kühlmittelpumpe.

Die elektrische Maschine kann sowohl motorisch wie auch generatorisch betrieben werden.

Der Rotor ist entsprechend der vorliegenden Erfindung fest, d.h. ortsfest und dreh fest, an einer Rotorwelle angeordnet. Die Rotorwelle und somit der Rotor sind um eine Rotorachse drehbar ausgeführt. Die Rotorwelle ist entsprechend der vorlie genden Erfindung zumindest teilweise hohl, nämlich als Hohlwelle mit einem Hohl raum, ausgebildet.

Erfindungsgemäß ist die Kühlmittelpumpe derart ausgeführt, dass sie über die Rotorwelle, nämlich deren Rotation, angetrieben wird. Die Kühlmittelpumpe ist dazu ausgebildet, Kühlmittel in und/oder aus den/dem Hohlraum der Rotorwelle zu fördern. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Kühlmittelpumpe zumin dest teilweise in dem Hohlraum der Rotorwelle angeordnet.

Unter einem Kühlmittel ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise Öl, zu verstehen.

Die Kühlmittelpumpe ist erfindungsgemäß als Gerotorpumpe mit einem Deckel, einer Achse, einem Außengerotor und einem Innengerotor ausgebildet.

Der Deckel grenzt erfindungsgemäß innerhalb des Hohlraums der Rotorwelle einen Pumpenraum von dem übrigen Hohlraum der Rotorwelle ab.

Die Achse ist erfindungsgemäß fest mit einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine und dem Deckel verbunden, beispielswiese verpresst. Der Außengerotor weist erfindungsgemäß an seiner inneren Lauffläche eine Außengerotorkontur auf und ist fest, d.h. ortsfest und drehfest, mit der Rotorwelle verbunden.

Der Innengerotor weist erfindungsgemäß an seiner äußeren Lauffläche eine In nengerotorkontur auf, die exzentrisch innerhalb der Außengerotorkontur des Au ßengerotors läuft. Weiterhin erfindungsgemäß ist der Innengerotor drehbar auf der Achse gelagert.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind der Außengerotor wie auch der Innengerotor zumindest teilweise in dem Pumpenraum und somit in dem Hohl raum der Rotorwelle angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist in einer Mantelfläche der Rotorwelle zumindest eine Öffnung zum Durchtritt des Kühlmit tels ausgebildet.

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der elektrischen Maschine, im Besonderen der Kühlmittelpumpe und deren Anordnung, kann ein bauteil- und somit kostenoptimierter Aufbau der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Durch die Integration der Kühlmittelpumpe in die Rotorwelle und deren Funktiona le Anpassung kann nämlich ein eigens für die Pumpe notwendiges Gehäuse, eine zusätzliche Antriebseinheit, Befestigungsschrauben sowie eine aufwendige Ver rohrung entfallen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine elektrische Antriebseinheit gelöst, die eine oben beschriebene elektrische Maschine, eine Steuereinheit und eine Energieversorgung umfasst. Unter einer Energieversorgung ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Energiequelle, wie beispielsweise eine Batterie, ein Kondensator oder eine Brenn stoffzelle, zu verstehen, die Elektrizität zum motorischen Betrieb der elektrischen Maschine an einen Umrichter bereitstellt. Die bereitgestellte Elektrizität wird seitens des Umrichters in eine für den motorischen Betrieb der elektrischen Maschine unmittelbar nutzbare Form gewandelt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird von dieser produzierten elektrischen Energie über den Umrichter an beispielsweise die Energiequelle, die als ein Energiespeicher fun giert, abgegeben.

Die zugrundeliegende Aufgabe wird ebenfalls durch ein erfindungsgemäßes Kraft fahrzeug gelöst, das einen Antriebsstrang aufweist, der wiederum eine oben be schriebene elektrische Antriebseinheit aufweist. Die elektrische Antriebseinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet zumindest teilweise die Antriebsleistung zum Betrieb des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Teilansicht einer elektrischen Ma schine gemäß Fig. 1 im Querschnitt. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2, einen dem Stator 2 zugeordneten Rotor 3 sowie eine Kühlmittelpumpe 7 auf.

Der Rotor 3 ist fest, d.h. ortsfest und drehfest, auf einer Rotorwelle 5 angeordnet. Die Rotorwelle 5 und somit der Rotor 3 sind um eine Rotorachse 4 drehbar ausge führt.

Die Rotorwelle 5 ist zumindest teilweise hohl, nämlich als Hohlwelle mit einem Hohlraum 6, ausgebildet.

Die Kühlmittelpumpe 7 ist derart ausgeführt, dass sie über die Rotorwelle 5, näm lich deren Rotation, angetrieben wird.

Unter einem Kühlmittel ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise Öl, zu verstehen.

Die Kühlmittelpumpe 7 ist in dem vorliegenden Beispiel gemäß Fig. 1 und Fig. 2 als Gerotorpumpe ausgeführt und umfasst einen Außengerotor 10 mit einer an seiner inneren Lauffläche ausgebildeten Außengerotorkontur, einen Innengerotor 1 1 mit einer an seiner äußeren Lauffläche ausgebildeten Innengerotorkontur, eine Achse 12 sowie einen Deckel 13. Der Außengerotor 10 ist fest, nämlich ortsfest und drehfest, an einem Innenumfang 16 der Rotorwelle 5 angeordnet. Der Innen gerotor 1 1 ist exzentrisch zur Rotorachse 4 innerhalb des Außengerotors 10 dreh bar auf der Achse 12 gelagert. Die Achse 12 ist einen Ends fest mit einem Gehäu seteil 14 der elektrischen Maschine 1 und anderen Ends fest mit dem Deckel 13 verbunden. Der Außengerotor 10 wird über die Rotorwelle 5 angetrieben und treibt wiederum den Innengerotor 1 1 der Kühlmittelpumpe 7 zum exzentrischen Lauf an. Der Deckel 13 grenzt im Wesentlichen einen Pumpenraum 15 der Kühlmittel- pumpe 7 von dem restlichen Hohlraum 6 der Rotorwelle 5 ab. Der Außengerotor 10 und der Innengerotor 1 1 sind teilweise in dem Pumpenraum 15 und somit teil weise in dem Hohlraum 6 der Rotorwelle 5 angeordnet. Der Außendurchmesser des Deckels 13 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Rotorwelle 5 - derart wird insbesondere eine axiale hydraulische Abdichtung zwischen dem Innengerotor 11 und dem Außengerotor 10 im Bereich des Pumpenraums 15 zum restlichen Hohlraum 6 hin erzielt.

Die Kühlmittelpumpe 7 ist dazu ausgebildet, Kühlmittel in den Hohlraum 6 und/oder aus dem Hohlraum 6 der Rotorwelle 5 zu fördern. Die Kühlmittelpumpe 7 weist auf Seiten des Gehäuseteils 14 der elektrischen Maschine 1 einen Zulauf (nicht dargestellt) und im Deckel 13 der Kühlmittelpumpe 7 in Richtung zum Hohl raum 6 der Rotorwelle 5 einen Ablauf (nicht dargestellt) auf.

Das Kühlmittel wird von der Kühlmittelpumpe 7 über den Hohlraum 6 durch Öff nungen 9 in der Mantelfläche 8 der Rotorwelle 5 gefördert. Dabei wird die Rotor welle 5 vom durchströmenden Kühlmittel gekühlt. Des Weiteren kühlt das durch die Öffnung 9 in der Rotorwelle 5 ausströmende Kühlmittel auch die Umgebungs bauteile.

Bezuaszeichenliste

1 Elektrische Maschine

2 Stator

3 Rotor

4 Rotorachse

5 Rotorwelle

6 Hohlraum

7 Kühlmittelpumpe

8 Mantelfläche

9 Öffnung

10 Außengerotor

1 1 Innengerotor

12 Achse

13 Deckel

14 Gehäuseteil (der elektrischen Maschine)

15 Pumpenraum

16 Innenumfang (der Rotorwelle)