CN106464071A - 经结构空间优化的用于电机的冷却套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安装在电机的外侧上的冷却套，该冷却套具有覆盖元件，该覆盖元件相对冷却套间隔开地布置，从而在冷却套与覆盖元件之间构造出用于容纳冷却剂的冷却剂腔，其中，冷却套在冷却剂腔的区域中具有至少一个在冷却套的径向方向上凸出且基本上沿冷却套的周向方向延伸的冷却肋，该冷却肋具有至少一个局部的冷却肋留空部。此外，本发明还涉及一种混合动力模块，在该混合动力模块中装配有这样的冷却套。

Description

经结构空间优化的用于电机的冷却套

技术领域

本发明涉及一种用于安装在电机，如发电机或电动机的外侧上的冷却套，该冷却套具有覆盖元件，覆盖元件相对冷却套间隔开地布置，从而在冷却套与覆盖元件之间构造出用于容纳冷却剂的冷却剂腔。

背景技术

这样的冷却套由申请人的在先的、（尚）未公布的德国专利申请公知。在其中描述了一种用于电机，尤其是发电机的冷却系统，该冷却系统具有冷却套，以便装配在发电机的定子的外周侧面上并且具有用于容纳带有安装在其上的冷却套的定子的壳体。壳体以如下方式容纳定子以及冷却套，即，在冷却套的外器壁与壳体的内器壁之间保留有能填充以液态的冷却介质的空腔。此外，在壳体上布置有用于使冷却介质进入到进入区域中的进入开口和用于使冷却介质从空腔的排出区域排出的排出开口。

对于这种冷却套或配备有该冷却套的电机的示例性的应用领域例如是在具有混合动力驱动装置的现代的机动车（如乘用车辆、载重车辆或其他商用车辆）的混合动力模块中。在此，混合动力驱动装置例如可以实施为所谓的微混合动力、轻度混合动力或全混合动力。这些实施方式的共同之处分别在于：相比于具有燃烧式发动机/内燃机的常规驱动的机动车，要么必须通过发电机产生更多的电能来供应给电蓄能器，要么必须通过电动机输出更多的电能来驱动机动车。在此，分别在电机上产生了相对较多的热，该热应当通过位于冷却套内的冷却介质例如导出到热交换器上。以该方式，使电机散热或冷却。因为在没有对电机进行散热或冷却的情况下必要时就必须执行由过热所导致的电机功率降低。

然而，由于相对较高的能量需求和电机的相应较大的规格以及由于附加地安装在电机上的冷却套，这样的电机会构建得相对较大。也就是说，这种电机的空间需求或因此而所要求的结构空间是相当大的。尤其是在轻度混合动力或全混合动力机动车中，由于例如可以布置在变速箱罩上和/或内的作为驱动源使用的、附加的电动机而使得在本来就在尺寸上紧缺分配的发动机舱中存在着相对紧凑的占位关系。这就会导致没有足够多的结构空间供电机的冷却套使用。

因此，可能会发生的是，冷却套在其周向方向和/或轴向方向上无论以任何方式都必定受到限制或者说必定限制了它的结构尺寸，以便以该方式来给例如混合动力模块的相邻的构件或相邻的结构组件提供附加的结构空间。对此的可行方案在于，至少局部地限制构造在冷却套与覆盖元件或壳体之间的冷却剂腔，尤其以窄部位的形式变窄。但是这对于对电机进行散热或冷却来说也被证实是不利的，这是因为这些限制或变窄会局部较少地或在最坏的情况下甚至没有冷却剂再流动穿过冷却剂腔或在其中循环。在这方面已经表明，沿着冷却套的轴向方向和/或周向方向，冷却剂几乎不可能有均匀的流动速度。尤其是在窄部位的下游，冷却套的沿轴向方向的速度分布表现为非常不均匀或不均等，这是因为冷却剂首先必须避开窄部位，并且然后不会再次在优选的流动路径上流入窄部位的流动遮挡部中。不利的后果是在控制技术上导致的、暂时的功率减少，也就是所谓的电机的“功率降低（Derating）”，直到电机的过热区再次下降到可接受的运行温度。这就会例如不利地影响能量效率、行驶舒适性或在最坏的情况下影响机动车辆的行驶安全性。

发明内容

因此，本发明的任务是克服或至少减少这些缺点。此外，该任务在于提供一种用于电机的冷却套，其中，在使用结构尽可能简单的器件的情况下能够在尽可能小的结构空间中实现相对高效的冷却。

该任务在这种冷却套中根据本发明通过如下方式来解决，即，冷却套在冷却剂腔的区域中具有至少一个在冷却套的径向方向上凸出且基本上沿冷却套的周向方向延伸的冷却肋，该冷却肋具有至少一个局部的冷却肋留空部。

换言之，冷却套具有至少一个优选沿周向方向延伸的冷却肋，该冷却肋构造出用于到冷却剂上的热输出的相对较大的表面。为了局部地提供至少一个用于节省结构空间的变窄部，冷却套至少在该部位或位置上具有局部的、也就是说在空间上被限界的冷却肋留空部。局部的冷却肋留空部在本文中被理解为：至少一个冷却肋在冷却套的特定的或能设定的、尤其是空间上被限界的区域中并不以连续的方式构造，而是在该空间上被限界的区域中以如下方式被去除或挖除，即，相比于在没有被留空或被去除的区域中，冷却肋在空间上被限界的区域中在径向方向上距冷却套和/或其周向表面更小地凸出。在此，冷却肋可以按向下直到冷却套的周向表面的方式被留空或去除。对此附加或替选地，冷却肋在冷却套的径向方向上也可以优选通过材料去除进行削平，从而仍保留了更小地凸出的冷却肋。

由此，可以实现的是，局部地，也就是在冷却套周向的特定的或能设定的区域中提供了形式为冷却肋留空部的径向削平部，从而使冷却套以及冷却肋在该局部的或空间上被限界的区域中具有相对较小的外部尺寸。由此，在提供相对较小的（装入）结构空间的地方也能够使用或装配冷却套或者配备该冷却套的电机。能够想到的使用领域例如是机动车的发动机舱，在其中由于机动车的机组或辅助机组而提供了相对较窄的空间状况。对至少一个冷却肋留空部的沿着冷却套周向的空间上和/或几何形状上的设定可以依赖于冷却套或配备该冷却套的电机的相邻构件或相邻结构组件来进行。视冷却套或配备该冷却套的电机的装入状况和/或相邻构件而定地，也可以设置有两个或更多个在冷却套的周边上分布的冷却肋留空部。

例如根据壳体或壳体区段的类型，覆盖元件可以优选包围冷却套并且尤其也可以布置在该冷却套上，从而使由冷却套和优选包围该冷却套的覆盖元件构造的冷却剂腔至少在很大程度上以液密的方式封闭。覆盖元件可以按如下方式构造并且/或者布置，即，使其贴靠在至少一个冷却肋上，以便以该方式构造出一个或多个沿冷却套的周向方向延伸的冷却剂通道。

合适的冷却剂能够例如从机动车内燃机冷却剂回路被引入冷却剂腔中。该冷却剂可以在冷却剂腔内部循环，吸收由冷却套输出的热，并且将该热输出到布置在冷却剂腔外部的热交换器上，以便因此使配备有冷却套的电机散热或冷却。该散热或冷却通过至少一个冷却肋和因此而相对较大的、能被绕流的表面来特别高效地实现。

根据本发明的冷却套的特别有利的效果是：尽管局部减少了冷却套的或因此所要求的结构空间的外部尺寸，但是由于冷却肋留空部使得冷却剂在穿流方面并不被冷却剂腔妨碍或甚至阻塞。以该方式，在冷却套的相对变窄的区域中也保留了在很大程度上恒定的流动分布。因此，避免了形成电机的过热的区域，该过热的区域在英文中被称为热点（Hotspot）。也就是说，一方面实现了对电机的高效冷却，而另一方面又相对节省了许多结构空间。也就是说，高效地使用了可供使用的器件。

本发明的有利实施方式在从属权利要求中要求保护并且将在下面更详细地阐述。

因此，本发明的一个特别有利的改进方案设置的是，覆盖元件具有在几何形状上与至少一个局部的冷却肋留空部相匹配的和/或遵循该冷却肋留空部的造型。为此，覆盖元件可以在至少一个局部的冷却肋留空部的区域中例如通过如弯曲、热变形/冷变形、深拉或锻造那样的变形制造方法，或者也通过例如铣削那样的切削制造方法来与由至少一个局部的冷却肋留空部预先给定的形状或几何形状进行匹配。该几何形状上的匹配和/或遵循至少一个局部的冷却肋留空部的造型可以沿冷却套的周向方向和/或沿冷却套的或配备该冷却套的电机的轴向方向来实现。由此，可以实现的是，尽管在至少一个局部的冷却肋留空部的区域中实现了局部的结构空间节省，但是沿冷却套的或配备该冷却套的电机的轴向方向仍在冷却套周侧面与相对置布置的覆盖元件之间构造出在很大程度上恒定的间隙高度。已经表明，这以有利的方式作用于冷却剂腔内部的冷却剂在流体力学上的关系。

此外，通过覆盖元件的几何形状上相匹配的造型可以实现的是，通过至少一个局部的冷却肋留空部所导致的在冷却套的冷却剂腔的区域中的外部尺寸的减小也导致了利用覆盖元件覆盖的整个冷却套的外部尺寸的相应减小。也就是说，冷却套以及其覆盖元件和必要时的配备该冷却套的电机也至少局部地，也就是在至少一个冷却肋留空部的区域中具有相对较小的外部尺寸，并且因此要求相对较小的（装入）结构空间。由此，具有以这种方式成形的覆盖元件的冷却套提供了相对较多的结构上的设计可行方案，例如在机动车的结构空间有限的发动机舱中或供具有冷却套的电机使用的相对较小的结构空间的其他地方。

对于尽可能简单且低成本的制造或生产冷却套来说有利的是，覆盖元件是包围定子和/或安装在定子上的冷却套的覆盖板材。例如能够由钢或轻金属制成的板材可以用特别简单的方式变形或改形，从而能够以较高的精度实现与至少一个冷却肋留空部的几何形状上的匹配。在此，覆盖元件可以形状锁合地（formschlüssig）、力锁合地（kraftschlüssig）或材料锁合地（stoffschlüssig）安装/紧固在冷却套和/或定子上或电机壳体上。

为了保持少的构件数量、能够实现简单装配并且/或者实现尽可能好的传热，有利的是，覆盖元件是壳体，该壳体优选容纳定子和安装在定子上的冷却套。在此，覆盖元件与冷却肋留空部的几何形状上的匹配可以通过如下方式来实现，即，将相应的造型直接铣削到壳体中。

本发明的另一有利实施变形方案设置的是，由至少一个局部的冷却肋留空部和覆盖元件构造出的冷却剂腔具有沿冷却套的轴向的方向在很大程度上恒定的高度。这例如可以通过如下方式来实现，即，冷却肋留空部沿冷却套的轴向方向以均等分布的方式，也就是说以不分级的方式构造。但是冷却剂腔的沿冷却套的轴向方向恒定的高度也可以通过覆盖元件的相应的造型来实现。在任何情况下，这都以有利的方式作用于冷却剂腔中的冷却剂在流体动力上的关系。

为了能够使冷却套尽可能好地与有角或特别窄的结构空间状况或装入位置相匹配，有利的是，至少一个局部的冷却肋留空部例如在冷却套的轴向方向和/或径向方向上是分级的。这样的例如仅沿轴向方向的分级部可以通过如下方式来实现，即，在冷却套的不同的轴向的区段中将不同多的材料从至少一个冷却肋和/或冷却套周侧面留空或挖除或去除。沿轴向方向的分级部例如可以是槽状、卷边状、阶梯状、斜坡状和/或兜状的。此外，留空部的边缘区域可以是倒棱的。至少一个冷却肋留空部的前部和/或后部的冷却肋端部也可以是倒棱或削平的。

对于特别高效的热输出来说有利的是，冷却套具有多个、优选互相平行地布置的冷却肋，其中，至少一个冷却肋留空部沿冷却套的轴向方向延伸过多个冷却肋中的一些冷却肋。随着冷却肋的数量而提高了冷却套的用于到冷却剂上的热输出的有效表面。至少一个冷却肋留空部可以在一个、多个或所有的冷却肋上延伸。这可以依赖于相邻于冷却套布置的构件和为此提供的结构空间来设定。

本发明的另一有利实施变形方案设置的是，冷却套具有进入开口和/或排出开口，以便引入和/或引出冷却剂。这两者例如可以分别以管接件的形式构造。此外，这两者可以按如下方式布置或定位在冷却套的周边上，即，在冷却剂经由排出开口引出并且例如向外输送给用于热输出的热交换器之前，经由进入开口引入的冷却剂基本上绕流冷却套的整个周边，也就是经过了约360°。在此，也可以优选在进入开口与排出开口之间布置有障碍元件，从而使冷却剂的流动路径被强制控制，并且大约是360°。

已被证实有利的是，至少一个冷却肋留空部依赖于进入开口和/或排出开口来定位。尤其地，作为条件可以设定的是使至少一个冷却肋留空部或能由此实现的冷却套的外部尺寸的局部的变窄部与进入开口和/或排出开口间隔开。这对冷却剂在配属于进入开口的进入区域中和配属于排出开口的排出区域中的流动特性产生了积极的影响。

对于特别简单且成本有利的生产来说有利的是，借助切削制造方法，例如铣削来构造至少一个局部的冷却肋留空部。

根据本发明的冷却套可以特别有利地使用在具有机动车电机的混合动力模块中，该电机包括定子，冷却套以位置固定的方式安装在定子上。冷却套在此可以例如被压装上或热收缩上。

换言之，本发明可以解决用于电机的为此所设置的冷却套的冷却肋区域中的局部结构空间变窄的问题。为该目的可以设置的是，可能的冷却剂流动横截面在局部的结构空间变窄部的周向位置上被均等化。为此可以设置的是，沿冷却套的轴向方向的冷却剂横截面由于结构空间的径向限制而相应均匀地受到限制。为此，例如可以在轴向方向上取消冷却肋。对此替选或附加地，覆盖元件可以相应地遵循冷却套的表面。对此，在冷却套上在轴向长度上均等地去除材料并不是必需的。覆盖元件可以按如下方式改形，即，在局部受限的结构空间变窄部的区域中实现沿轴向方向和/或沿周向方向在很大程度上恒定的间隙高度。通过去掉/减少冷却肋，冷却剂在该区域中不再受妨碍进行穿流。在此，窄部位或结构空间变窄部可以与用于冷却剂的输入部和/或导出部间隔开。

附图说明

下面借助附图详细阐述本发明。在此，示出了第一实施例。其中：

图1示出电机的部分截段的立体图，在该电机上布置有冷却套，为了更好地说明，在冷却套上没有布置覆盖元件；

图2示出在冷却套的轴向方向上沿着剖开延伸线II-II穿过图1的冷却套的横截面，该冷却套具有布置在其上的覆盖元件；并且

图3示出在冷却套的周向方向上沿着剖开延伸线III-III在冷却套的窄部位的轴向高度中穿过图1的冷却套的横截面，该窄部位通过冷却肋留空部和几何形状上与之相匹配的覆盖元件来限制。

这些图仅是示意性的并且仅用来理解本发明。相同的元件设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以立体图示出了具有示意性示出的定子2的电机的部分截段，该定子的外侧上布置有用于对电机1进行散热或冷却的结构空间优化的冷却套3。待冷却的电机1例如是机动车的混合动力模块中的发电机或电动机。

冷却套3具有基本上柱体形成形的、空心的冷却套基体4，在图1中仅示出了其沿周向方向的部分截段。在理想情况下，冷却套基体4由能良好导热的金属材料制成。冷却套基体4在周侧上围绕待冷却的电机1的定子2靠置。在该实施例中，冷却套基体4热收缩到电机1的定子2上，并且因此以位置固定的方式安装或设定在该定子上。

沿径向方向与冷却套基体4间隔开布置有覆盖元件5，该覆盖元件在图1中仅截段式地在左边的图边缘中示出。该覆盖元件5作为一种盖板材由金属板材材料制成。此外，该覆盖元件5按如下方式布置，即，使其在周侧上包围冷却套基体4，并且与该冷却套基体在构造出径向空隙的情况下间隔开。以该方式，在冷却套基体4与覆盖元件5之间构造出冷却剂腔6。例如来自机动车的内燃机的冷却剂回路的冷却剂经由（未示出的）进入开口输送给该冷却剂腔6，并且经由（同样未示出的）的排出开口导出。在此设置的是，进入开口和排出开口按如下方式布置在冷却套3的径向周边上，即，使最初引入的冷却剂基本上围绕冷却套3的整个周边流动，也就是在经由排出开口再次流出并必要时流进热交换器之前沿周向方向经过了约360°。

如图1中还能够看出的那样，冷却套3具有多个冷却肋7，这些冷却肋沿冷却套3的径向方向或垂直于冷却套的冷却套基体4地凸出，以便因此构造出尽可能大的表面用来导出电机1的热。因此，多个冷却肋7布置在冷却套基体4与包围该冷却套基体的覆盖元件5之间，其中，覆盖元件在该实施例中以贴靠的方式支撑在多个冷却肋7中的各个冷却肋上。此外，多个冷却肋7基本上沿冷却套3的周向方向延伸。在此，多个冷却肋7中的各个冷却肋彼此平行地以及在冷却套3的轴向长度上分布地布置。由于多个冷却肋7中的各个冷却肋分别彼此间隔开，所以在它们之间构造出冷却剂通道8，冷却剂可以流过这些冷却剂通道并且因此可以大面积地绕流冷却肋7。

此外，在图1中能够看出，为了结构空间优化或者节省结构空间，多个冷却肋7在部分区段中沿冷却套3的周向方向在冷却套的轴向长度上被留空，并且以该方式构造出冷却肋留空部9。也就是说，沿周向方向延伸的多个冷却肋7局部地，也就是说在沿周向方向被限界的区段中中断。以该方式，冷却套3的或配备该冷却套的电机1的外部尺寸至少在其径向方向上减小。因此，电机1的所要求的（装入）结构空间至少在冷却肋留空部9的区域中减小。在该实施例中，冷却肋留空部9按如下方式实施，即，在该部分区段中沿周向方向在冷却套3的轴向长度上以向下直到冷却套基体4的周侧的底面10的方式将多个冷却肋7挖除或去除。这通过切削制造方法来实现，该切削制造方法在本实施例中是铣削。

此外，在该实施例中，局部的冷却肋留空部9在冷却套3的轴向方向上分级地构造。如图1所示，冷却肋留空部9的轴向的第一部分区段11形成第一部段，轴向的第二部分区段12作为相对较低的第二部段与该第一部段联接。因此，与轴向的第一部分区段11相比，在轴向的第二部分区段12中去除或铣去了更多的材料，以便因此沿轴向方向构造出分级部。在此，轴向的第二部分区段12近似卷边状或槽状地成形有倒棱的或者说削平的或倒圆的边缘区域。

在图2中示出了在冷却套的轴向方向上沿着剖开延伸线II-II穿过图1的冷却套3的横截面，其中能够看出，覆盖元件5沿轴向方向遵循冷却肋留空部9的分级的形状。这通过如下方式来实现，即，板材状的覆盖元件5借助变形方法，如弯曲来与冷却肋留空部9的几何形状相匹配。以该方式，整个冷却套3的径向的或周侧的外部尺寸连同覆盖元件5局部地，也就是在冷却肋留空部9的区域中被减小，由此冷却套3或配备该冷却套的电机1也在有角的、窄的装入位置中使用。

此外，在图2中还能够看出，在所示的横截面中，在冷却套3的轴向长度上提供了在很大程度上恒定的间隙高度h，这在流体动力方面有利地作用于在冷却剂腔6中的冷却剂流动。

图3示出了在冷却套的周向方向上沿着剖开延伸线III-III在结构空间优选的窄部位的轴向高度中穿过图1的冷却套3的横截面，该窄部位通过冷却肋留空部9和与该冷却肋留空部的造型相匹配的覆盖元件5形成。能够看出，以该方式也可以在冷却套3的周向方向上节省了结构空间。也就是说，因此在冷却套3上在冷却肋留空部9的区域中构造出基本上矩形的凹陷部。

从所示的实施例出发，根据本发明的冷却套3可以在许多方面进行修改。

例如能够想到的是，覆盖元件5并不构造为板材/由板材构造，而是构造为壳体，在壳体中容纳了定子2以及冷却套3或冷却套基体4。

此外，多个局部的冷却肋留空部可以在冷却套3的周边上分布地布置，这些局部的冷却肋留空部具有几何形状上与之相匹配的覆盖元件5。

也可以实现的是，冷却肋留空部9在冷却套的轴向方向上并不是分级的，而是实施有至少在很大程度上是恒定的铣空部或材料留空部。这可以依赖于电机1的可供使用的（装入）结构空间来决定或设定。

当将进入开口和/或排出开口设置用于引入和/或引出冷却剂时，沿冷却套3的周向看，至少一个冷却肋留空部9与之间隔开地布置。这避免了在引入和/或引出冷却剂时在流体动力方面的缺点。

附图标记列表

1 电机

2 定子

3 冷却套

4 冷却套基体

5 覆盖元件

6 冷却剂腔

7 多个冷却肋

8 冷却剂通道

9 冷却肋留空部

10 底面

11 冷却肋留空部的轴向的第一部分区段

12 冷却肋留空部的轴向的第二部分区段

h 冷却肋留空部与覆盖元件之间的间隙高度

Claims (10)

1.一种用于安装在电机(1)的外侧上的冷却套(3)，所述冷却套具有覆盖元件(5)，所述覆盖元件相对所述冷却套(3)间隔开地布置，从而在所述冷却套(3)与所述覆盖元件(5)之间构造出用于容纳冷却剂的冷却剂腔(6)，其特征在于，所述冷却套(3)在所述冷却剂腔(6)的区域中具有在所述冷却套(3)的径向方向上凸出且基本上沿所述冷却套(3)的周向方向延伸的至少一个冷却肋(7)，所述至少一个冷却肋具有至少一个局部的冷却肋留空部(9)。

2.根据权利要求1所述的冷却套(3)，其特征在于，所述覆盖元件(5)具有在几何形状上与所述至少一个局部的冷却肋留空部(9)相匹配的和/或遵循所述至少一个局部的冷却肋留空部的造型。

3.根据权利要求1或2所述的冷却套(3)，其特征在于，所述覆盖元件(5)是包围定子和/或安装在所述定子上的冷却套(3)的覆盖板材。

4.根据权利要求1或2所述的冷却套(3)，其特征在于，所述覆盖元件(5)是容纳定子和安装在所述定子上的冷却套(3)的壳体。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的冷却套(3)，其特征在于，由所述至少一个局部的冷却肋留空部(9)和所述覆盖元件(5)构造出的冷却剂腔(6)具有沿所述冷却套(3)的轴向方向在很大程度上恒定的高度(h)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却套(3)，其特征在于，所述至少一个局部的冷却肋留空部(9)在所述冷却套(3)的轴向方向上是分级的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却套(3)，其特征在于，所述冷却套(3)具有多个冷却肋(7)，其中，所述至少一个冷却肋留空部(9)沿所述冷却套(3)的轴向方向延伸过所述多个冷却肋(7)中的一些冷却肋。

8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却套(3)，其特征在于，所述冷却套(3)具有进入开口和/或排出开口，用于引入和/或引出所述冷却剂。

9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却套(3)，其特征在于，所述至少一个局部的冷却肋留空部(9)借助切削的制造方法来构造。

10.机动车的具有电机(1)混合动力模块，所述电机具有定子(2)，根据权利要求1至9中任一项所述的冷却套(3)以位置固定的方式安装在所述定子上。