用于电动驱动单元或其构件的冷却布置结构的制作方法

本发明涉及一种用于在机动车中的电动机的定子的定子冷却布置结构、一种包括定子冷却布置结构和转子冷却布置结构的驱动器冷却布置结构以及一种用于机动车的包括驱动器冷却布置结构的电动驱动单元。此外本发明涉及一种用于运行驱动器冷却布置结构的方法。

背景技术：

1、在不同的已知的可电动驱动的机动车中，电动机以不导电的油、例如变速器油作为冷却剂冷却。所述油在这里通常不仅用于润滑和冷却驱动机器而且用于冷却输出变速器。在这里典型地使用油-水-热交换器，所述油-水-热交换器将引入的热量从油放出到车辆冷却回路。驱动机器和其输出变速器通常具有共同的油底壳(接着也称为集油器)。由此油借助电的或机械的油泵抽吸到油-水-热交换器中。在热交换器中，油将热量放出到车辆冷却回路。在油泵之前、在油-水-热交换器之前或在油-水-热交换器之后可以集成用于过滤颗粒和用于对油消除泡沫的油滤器。所述油质量流的一部分用于润滑变速器(例如轴承、齿啮合等)，并且所述油质量流的一部分用于冷却驱动机器。

2、这样的冷却油回路例如由de102017201117a1已知，其中在那里定子利用水套冷却，并且同样由wo2015/116496已知，在那里定子和转子被油冷却。

技术实现思路

1、在该背景下，本发明的任务是，改善电动机和/或电动驱动单元的定子的调温、尤其是冷却。

2、独立权利要求之中的每个独立权利要求以其特征确定解决该任务的技术方案。从属权利要求涉及本发明的有利的进一步构成。

3、按照一方面，给出一种用于在机动车中的电动机的定子的定子冷却布置结构。所述定子冷却布置结构具有包括第一冷却剂的定子铁芯冷却部和包括第二冷却剂的定子绕组头冷却部，所述第二冷却剂与第一冷却剂不同，尤其是关于作为第一冷却剂和作为第二冷却剂的不同的冷却流体的选择不同。

4、借此可以实现定子冷却，其基本冷却负载对于(经常出现的)运行情况远可以施加最大冷却负载，例如水。这样的第一冷却剂在典型的机动车中本来以相对大的体积存在并且可以借此花费少地用于直接的冷却和/或用于另一个、尤其是第二冷却剂的吸热。

5、这时可以借助第二冷却剂覆盖需要较高的冷却负载的这样的运行情况，所述第二冷却剂适合用于较高的比散热，例如是变速器油。例如在使用变速器油作为第二冷却剂时有利的是，不使用这样的第二冷却剂用于覆盖基本冷却负载，因为通过其较高的粘性有较大的摩擦损耗的危险，尤其是当第二冷却剂在机器的工作空间中使用时(湿式运行)，特别是当所述第二冷却剂到达转子和定子之间的间隙空间中时。

6、尤其是两个、即第一和第二冷却剂是液态的，亦即至少在其使用的温度范围中以液态存在。

7、按照一种实施方式，定子铁芯冷却部具有尤其是在定子壳体中的冷却周套、尤其是水冷却周套。由此可以施加用于定子冷却的基本冷却负载的基本散热。按照一种实施方式，第一冷却剂设置在电动机的工作空间之外。

8、按照一种实施方式，所述定子绕组头冷却部具有一个或多个径向设置在所述定子绕组头之外的用于第二冷却剂的排出开口，尤其是来自在定子壳体中设置的用于第二冷却剂的管路，通过所述排出开口，第二冷却剂可以喷射到电动机的工作空间中、尤其是定子绕组头上。由此可以尤其是——在与定子铁芯冷却部的相互作用中——也在定子冷却的冷却负载峰值时施加足够的散热。

9、按照一种实施方式，对于每个定子绕组头侧设置多个沿周向、尤其是均匀和/或在上部的半周中分布地设置的排出开口，以便可以也在停止运转或低的转速时良好地以冷却剂对整个周边润湿。

10、按照一种实施方式，所述定子绕组头冷却部的第二冷却剂不导电。借此取消定子和转子相互电绝缘的必要性，以便实现在电机的工作空间中的喷射冷却。

11、按照一种实施方式，所述两个冷却剂之中的一个冷却剂是水基的冷却剂、尤其是冷却水，并且所述两个冷却剂之中的另一个冷却剂是尤其是不导电的油基的冷却剂、尤其是冷却油。借此定子铁芯可以以由例如本来安装的用于内部空间温湿调节的冷却水构成的水套冷却，所述冷却水以相对大的量可供使用。定子绕组头可以这时利用电动驱动单元的变速器油冷却，所述电动驱动单元具有电动机和输出变速器。

12、按照另一方面，给出一种驱动器冷却布置结构，具有按照本发明的一种实施方式的定子冷却布置结构和转子冷却布置结构，所述转子冷却布置结构构造有第二冷却剂，亦即尤其是构成借助第二冷却剂的散热。

13、按照一种实施方式，驱动器冷却布置结构具有第二冷却剂回路、尤其是冷却油回路，所述第二冷却剂回路设计用于为所述定子冷却布置结构、尤其是其中仅为定子绕组头冷却部和为所述转子冷却布置结构供应第二冷却剂。

14、按照另一方面，给出一种用于机动车的电动驱动单元，具有电动机和用于所述电动机的输出变速器以及按照本发明的一种实施方式的定子冷却布置结构或按照本发明的一种实施方式的驱动器冷却布置结构。

15、按照另一方面，给出一种按照本发明的一种实施方式的用于运行驱动器冷却布置结构的方法，至少具有方法步骤(i)确定驱动机器的运行状态；(ii)依赖于所确定的运行状态切换第二冷却剂回路的分支阀。

16、由此实现，变速器可以视运行状态较快速地或立即地以优化地调温的冷却油润滑，尤其是只要不需要冷却电机的话。

17、按照一种实施方式，当确定了低负载和/或冷起动作为运行状态时，分支阀完全或部分地闭锁机器冷却路径。

18、按照一种实施方式，当确定要求驱动机器的冷却的运行状态时，分支阀释放机器冷却路径，其中这样的运行状态尤其是当超过驱动机器的界限温度和/或界限温度梯度时存在。借此保证驱动机器的足够的冷却。

19、本发明另外基于如下认识，即，对于电流激励的同步电机——但也对于他励的同步电机或异步电动机——作为在机动车中的驱动机器，持续力矩在直至大约5000rpm的低的转速范围中确定大小。在该运行范围中的高的冷却性能借此能够实现使用较紧凑并且轻的机器。

20、在该低的转速范围中，纯利用水套的定子冷却的冷却性能是不优化的，因为定子绕组头仅通过从所述轴中喷射的冷却油冷却并且该油在低的转速范围中基于小的动力学不到达所有要冷却的构件。此外在定子绕组头的外部区域和外围中的构件(例如定子连接线)一般只轻微地冷却，因为冷却油从内输送。

21、纯的油冷却的显著的缺点与之相反是也在低负载范围中通过在机器中的喷射油的高的摩擦损失。在以按照本发明的定子冷却布置结构的一种冷却设计中，可以放弃在驱动机器的宽的运行范围上的喷油冷却，这显著提高在正常的客户运行中驱动装置的整体效率。

22、按照一种实施方式，设置用于第一冷却剂的第一冷却剂回路和用于第二冷却剂的第二冷却剂回路。按照一种实施方式，两个冷却剂回路共同作用，其方式为，所述冷却剂回路具有传热位置，在所述传热位置处，所述冷却剂回路构成用于尤其是热能的相互传输的热交换器。借此可以有效和/或通过不同的路程导出定子的热量。

23、按照一种实施方式，所述定子铁芯冷却部的第一冷却剂是水基的冷却剂和/或所述定子绕组头冷却部的第二冷却剂是油基的冷却剂。借此可以实现定子冷却部，所述定子冷却部的基本冷却负载对于(经常出现的)运行情况远可以地施加利用本来在典型的机动车中以相对大的体积出现的第一冷却剂的最大冷却负载。这时可以借助第二冷却剂施加需要较高的冷却负载的运行情况，所述第二冷却剂适合用于较高的比散热。

24、按照一种实施方式，定子冷却布置结构和/或驱动器冷却布置结构的第二冷却剂回路具有用于冷却电的定子和/或驱动机器的机器冷却路径，借助所述机器冷却路径构成所述定子绕组头冷却部和/或所述转子冷却部。尤其是第二冷却剂回路构成用于机动车的电动驱动单元，其中，所述驱动单元具有电动机和输出变速器。按照一种实施方式，第二冷却剂回路具有用于冷却输出变速器的变速器调温路径。

25、按照一种实施方式，第二冷却剂回路在所述定子冷却布置结构的热交换器上游具有分支，所述机器冷却路径和所述变速器调温路径在所述分支处分开。由此可以实现，所述驱动机器的冷却的温度水平可以独立于所述输出变速器的冷却的温度水平被影响。

26、按照一种实施方式，为了调节在所述分支处的油流量，在第二冷却剂回路中设置分支阀，所述分支阀可以占据打开状态和关闭状态，其中，在所述关闭状态中，所述机器冷却路径被闭锁。借此为了减少摩擦损耗可以阻止或减少对定子绕组头的油冷却，只要——例如在冷起动中——不需要驱动机器的冷却；但要快速地达到变速器的运行温度。

27、按照一方面，给出用于机动车的电动驱动单元的驱动器冷却布置结构的第二冷却剂回路、尤其是冷却油回路，所述电动驱动单元尤其是按照本发明的一种实施方式构成，并且其中，驱动单元具有电动机和其输出变速器。所述冷却剂回路具有至少一个(a)用于在油质量流中输送冷却油的油泵，所述冷却油收集在集油器中；(b)用于冷却电动机、尤其是在机器壳体的内部空间中的构件的机器冷却路径，所述机器冷却路径从油泵延伸至集油器并且在机器冷却路程上游经过用于冷却冷却油的热交换器、尤其是油-油-或油-水-热交换器；以及(c)用于对输出变速器、尤其是在变速器壳体的内部空间中的构件冷却和/或加热的变速器调温路径，所述变速器调温路径从油泵延伸直至集油器。

28、第二冷却剂回路、并且借此尤其是还有油质量流(也就是说第二冷却剂的质量流)在油泵和热交换器之间具有分支，机器冷却路径和变速器调温路径在所述分支处分开。由此可以实现，驱动机器的冷却的温度水平可以独立于输出变速器的冷却的温度水平被影响，尤其是当所述机器冷却路径在按照本发明的一种实施方式的驱动器冷却布置结构中构造有分支阀时。

29、本发明的机器冷却路径可以借助分支阀完全或部分地闭锁的实施方式另外基于如下考虑，即，对于驱动机器在时间上最经常的运行情况中，尽可能良好地冷却的油是有利的，反之对于变速器在时间上最经常的运行情况中，运行热的油是有利的，因为所述油具有与温度相关的粘性并且借此在小的温度时造成高的摩擦和搅动损耗。这些实施方式现在主要基于如下认识，即，驱动机器的冷却重要的运行情况和输出变速器的构件的加热带来最大的优点的运行情况很少共同出现。该认识开辟尤其是通过修改压力油结构(至少很大程度上)解决关于油温的目标冲突的途径。在这些实施方式的意义中，为此仅通过油-水-热交换器冷却用于冷却电动机的油质量流。为此给出用于剩余的油质量流的热交换器旁路，所述热交换器旁路用于输出变速器的调温。换句话说：将整个油质量流分成平行的路径已经在热交换器之前在分支处进行，在所述路径中，一个路径对驱动机器调温并且另一个路径对输出变速器调温。因为来自电动机和变速器的油在油底壳中混合，所以用于润滑变速器的油同样间接地冷却，当然——例如在冷起动中——在用于润滑变速器的喷射嘴处快速产生比在相同的相对时刻在以常规的冷却回路拓扑结构的在其他方面类似的运行情况中得出大约高10至15开尔文的较高的温度。由此得出通过较高的油温产生的有利地较小的油粘度和借此通过变速器的较小的搅动损耗产生的较高的效率以及有利地较小的压力损耗和借此较小的12v泵消耗以及用于油泵的较小的尺寸确定的潜力。

30、按照一种实施方式，为了油质量流在机器冷却路径和变速器调温路径中的希望的分开，使用分支阀，所述分支阀将油质量流在低负载时朝电动机的方向存放。所述阀可以放置在所述油-水-热交换器之前或之后。所述阀可以是有源(例如电切换阀)或无源(例如压力调节的或体积流量调节的切换阀)地实施。由此产生在电动机中的流体摩擦损失的减少。

31、按照一种实施方式，所述变速器调温路径在所述分支下游构成变速器冷却路程，尤其是从所述分支直接、即尤其是没有绕路地朝变速器壳体引导和/或引导到变速器壳体中，该绕路具有不同于结构空间规定的其它主要原因。借此用于对变速器调温的冷却油可以大致在所述冷却油离开集油器的温度水平上使用。

32、按照一种实施方式，变速器调温路径在热交换器旁边经过地引导至变速器壳体，亦即尤其是作为热交换器旁路构成。由此实现，变速器在冷起动时可以较快速地以运行热的冷却油润滑。

33、按照一种实施方式，机器冷却路径和变速器调温路径尤其是彼此独立地在集油器中结束。由此可以实现，驱动机器的冷却的温度水平可以完全独立于输出变速器的冷却的温度水平被影响。

34、按照一种实施方式，机器冷却路径通入变速器调温路径、尤其是变速器壳体中。借此第二冷却剂回路可以较简单并且借此必要时较有利和/或较紧凑地实施。例如集油器可以构成在变速器壳体的底部处。

35、按照一种实施方式，为了调节在所述分支处的油流量，在第二冷却剂回路中设置分支阀，所述分支阀可以占据打开状态和关闭状态，其中，在关闭状态中，所述机器冷却路径被闭锁。借此可以阻止油冷却，只要——例如在冷起动中——不需要驱动机器的冷却；但要快速地达到变速器的运行温度。

36、按照一种实施方式，视较合适的结构空间在哪个位置上存在，所述分支阀在机器冷却路径中设置在热交换器上游或下游。

37、按照一种实施方式，分支阀可以占据一个部分打开状态、尤其是多个部分打开状态之中的一个部分打开状态，在所述部分打开状态中，油质量流以预先确定的比例分开到机器冷却路径和变速器调温路径上。由此可以借助一方面驱动机器的冷却的重要性和另一方面变速器到运行温度的加热的优先级进行油质量流份额的分配。

38、按照一种实施方式，所述分支阀是由控制装置或调节装置可切换的阀。利用这样的有源的分支阀、例如电切换阀，可以依赖于要考虑的参数进行希望的阀设置。这样的阀的操控可以电子、液压或以另一种方式进行。

39、按照一种实施方式，依赖于第二冷却剂回路的运行参数、尤其是在第二冷却剂回路、例如集油器中在预定的位置上的油压和/或油体积流量和/或油温切换分支阀。这样的电路可以例如针对在驱动机器和/或输出变速器中的尽可能低的流体摩擦损失优化。

40、用于操控所述阀的参数可以是温度值、尤其是在确定的位置处测量的变速器油温。按照一种实施方式，设置温度传感器，所述温度传感器探测在预定的位置处的变速器油的温度并且将对应的温度信号输送给所述控制装置或调节装置。

41、按照一种实施方式，所述机器冷却部具有转子冷却部和/或定子冷却部。尤其是定子冷却部具有定子铁芯冷却部和/或定子绕组头冷却部。利用这样的实施方式，本发明可以在用于驱动机器和所属的输出变速器的不同的冷却设计中使用。

42、在变速器油还未达到其优化的运行温度的阶段，分支阀闭锁机器冷却路径，这导致，没有或仅较少的变速器油流过热交换器并且因此处于变速器本身中的油量快速地加热到优化的运行温度，这有利地作用于变速器和因此车辆的效率。此外有利地作用的是，在分支阀的关闭状态中，总流动阻力较小并且与此对应需要较少的泵功率。

43、要明确指出，所述分支阀可以是仅可以占据两个状态“打开或关闭”的阀，而且可以是“比例阀”、即可以占据任意的中间位置的阀，在所述中间位置中，所述阀部分地打开。

44、可以按照一种实施方式符合需求地调节电油泵。例如可以通过转子温度、定子温度、转速、传输的力矩、油温和/或两个输出轴(左、右)的转数差触发用于提高油质量流的需要。需求控制的调节具有三个显著的优点：较高的泵操控需要更多的电功率，这使车辆的有效距离降低。较高的泵操控此外提高变速器和电动机的油摩擦损耗，这同样不利地作用于车辆的有效距离。此外小的油泵操控导致在冷起动时油的较快速的加热，这基于油的粘性的温度相关性同样产生在效率方面的优点。

45、安全起见，可以按照一种实施方式设置监控电子装置，所述监控电子装置探测，是否存在确定的故障状态。在存在故障状态时可以设置，所述分支阀打开/保持，从而热交换器被流经并且变速器油被最大地冷却。备选或补充于此，可以设置，在存在干扰时，机动车的变速器和/或驱动机器切换到紧急模式中，在所述紧急模式中，车辆的变速器和/或驱动机器仅还可以以限定的功率运行。

46、备选于所述可切换的分支阀，所述分支阀按照一种实施方式也可以通过简单的“恒温阀”形成。常规的恒温阀通常具有“膨胀元件”，所述膨胀元件依赖于在那里存在的温度完全或部分地关闭或打开所述恒温阀。