DE102005000642A1

DE102005000642A1 - Kühlsystem für einen elektrischen Motor

Info

Publication number: DE102005000642A1
Application number: DE200510000642
Authority: DE
Inventors: Michael G. Peoria Cronin; Trevor N. Peoria Iund
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2005-01-03
Publication date: 2005-08-04
Also published as: JP4654041B2; JP2005204496A; US20050151431A1; US7009317B2

Abstract

Ein Kühlsystem für einen elektrischen Motor schließt eine Kühlleitung ein, die zwischen einem Kühlmantel und einer separaten Komponentenoberfläche gebildet ist. Die separate Komponentenoberfläche kann wenigstens einen Teil einer Wand der Kühlleitung definieren. Die Kühlleitung kann so konfiguriert sein, dass sie eine Kühlflüssigkeit längs wenigstens eines Teils der separaten Komponentenoberfläche lenkt und Wärme vom elektrischen Motor abführt. Ein Einlassanschluss kann in Strömungsmittelverbindung mit der Kühlleitung sein. Der Einlassanschluss kann so konfiguriert sein, dass er Kühlflüssigkeit aufnimmt und Kühlflüssigkeit in die Kühlleitung einführt. Ein Auslassanschluss kann in Strömungsmittelverbindung mit der Kühlleitung stehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Kühlsystem für einen elektrischen Motor gerichtet und im Speziellen auf ein Kühlsystem für Flüssigkeitskühlung eines elektrischen Motors.
Hintergrund
Traditionell sind Elektromotoren in stationären Anwendungen benutzt worden. Deswegen war das Volumen oder die Größe des elektrischen Motors nicht kritisch und ausreichende Kühlung des elektrischen Motors konnte durch die Benutzung von Luft mit oder ohne Lamellen und von großen Motorgehäusen die als Wärmesenken dienen, erreicht werden. In jüngerer Zeit sind Elektromotoren in mobilen Anwendungen benutzt worden, so wie zum Beispiel in Automobilen oder Arbeitsmaschinen. Da mobile Anwendungen einen Vorteil aus kleinerer Größe und niedrigerem Gewicht ziehen, sind diese Motoren von größerer Leistungsdichte und daher schwieriger zu kühlen als ihre stationären Gegenstücke.
Wenn die Größe des Motors erniedrigt wird, ist Luftkühlung alleine oft unzureichend, um die Temperaturen des Motors bei akzeptablen Niveaus zu halten. Weil darüber hinaus die Motoren nun oft in Fahrzeugen sind, sind sie einer Vielfalt von Temperaturbereichen und Umgebungen ausgesetzt. Die Luft kann staubig oder schmutzig sein oder die Motoren können von Schlamm verkrustet werden, was die Fähigkeit reduziert, die Motoren mit Luft zu kühlen. Um die Gleichmäßigkeit der Kühlung in unterschiedlichen Umgebungen aufrecht zu erhalten, sind elektrische Motoren entwickelt worden die Flüssigkeitskühlung benutzen.
Ursprüngliche Konstruktionen für flüssigkeitsgekühlte Motoren haben die Bildung von Strömungsmitteldurchlässen durch die Motorgehäuse während des Gießens eingeschlossen. Da die Gehäuse Wärme bzw. Hitze von Motorkomponenten im Gehäuse abführen bzw. abziehen wurde bei Benutzung die Wärme durch Strömungsmittel vom Gehäuse weggeführt, die durch die Gehäusedurchlässe gedrückt wurden. Nichtsdestoweniger ist das Gießen solcher Durchlässe in Gehäusen schwierig und teuer.

Ein Versuch, das Heizproblem zu lösen ist im U.S. Patent Nr. 5,931,757 an Schmidt gezeigt. Schmidt offenbart ein elektromechanisches Getriebe zur Aufnahme von Leistung von einem Motor. Sie umfasst in ihrer äußeren Oberfläche einen einzelnen ringförmigen Kanal, wo Öl sich benachbart zu einem Stator in einem elektrischen Motorsystem ansammeln kann. Obwohl er einfacher herzustellen ist, als gegossene innere Durchlässe, kann solch ein einzelner Kanal für einen elektrischen Motor nicht ausreichende Kühlung vorsehen und kann ungleichmäßige Wärmezonen im Stator vorsehen.

Die vorliegen Erfindung ist darauf gerichtet einen oder mehrere Mängel im Stand der Technik zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Kühlsystem für einen elektrischen Motor gerichtet. Das Kühlsystem kann einen Kühlkanal bzw. eine Kühlleitung einschließen, die zwischen einem Kühlmantel und der Oberfläche einer separaten Komponente gebildet ist. Die Oberfläche der separaten Komponente kann wenigstens einen Teil einer Wand der Kühlleitung definieren. Die Kühlleitung kann so konfiguriert sein, dass sie eine Kühlflüssigkeit längs wenigstens eines Teils der Oberfläche der separaten Komponente lenkt und Wärme vom elektrischen Motor abführt. Ein Einlassanschluss kann eine Strömungsmittelverbindung mit der Kühlleitung sein. Der Einlassanschluss kann so konfiguriert sein, dass er die Kühlflüssigkeit aufnimmt und die Kühlflüssigkeit in die Kühlleitung einführt. Ein Auslassanschluss kann in Strömungsmittelverbindung mit der Kühlleitung sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen elektrischen Motor gerichtet, der einen Kühlmantel mit einer Innenoberfläche hat, die wenigstens eine Kühlnut hat. Ein Stator kann innerhalb des Kühlmantels untergebracht sein und kann eine äußere Außenoberfläche in Kontakt mit wenigstens einem Teil der Innenoberfläche des Kühlmantels haben. Die Kühlnut und die Außenoberfläche des Stators können eine Kühlleitung bilden. Die Kühlnut kann schraubenlinienförmig sein, so dass die Kühlleitung so konfiguriert ist, dass sie eine Kühlflüssigkeit wenigstens teilweise in einer axialen Richtung lenkt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung eines elektrischen Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Darstellung der Kühlleitungen die durch den Stator und den Kühlmantel gebildet werden.
3 ist eine Querschnittsansicht eines elektrischen Motors.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des elektrischen Motors von 1.
5 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Motors.
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des elektrischen Motors von 5
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die in den begleitenden Zeichnungen illustriert sind. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen die selben Referenznummern benutzt, um sich auf gleiche oder ähnliche Teile zu beziehen.
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines elektrischen Motors 100 ist in 1 dargestellt. Der elektrische Motor 100 kann in einer beliebigen Anwendung benutzt werden, die einen elektrischen Motor erfordert, einschließlich eine mobile Anwendung, so wie zum Beispiel eine Arbeitsmaschine oder ein anderes Fahrzeug. Der elektrische Motor 100 kann einen Stator 102, einen Rotor 104 und eine Welle 106 einschließen, die alle in einem Kühlmantel 108 untergebracht sind.
Der Stator 102 kann aus einer Serie von dünnen Laminaten gebildet sein, die Seite-an-Seite platziert sind, zusammen mit Windungen aus einem leitenden Material. Der Stator 102 kann eine zylindrische Form mit einer Innenoberfläche 110 und einer Außenoberfläche 112 haben. Jedes Ende des Stators 102 kann Endwicklungen 114 einschließen, die aus einer Reihe von gewundenem, leitendem Material bestehen.
Der Rotor 104 kann innerhalb des Stators 102 untergebracht sein. Er kann aus typischen Materialien für einen elektrischen Motor gebildet sein und kann so konfiguriert sein, dass er innerhalb des Stators 108 rotiert um Drehmoment zu erzeugen. Indem er in einer zylindrischen Form gebildet ist, kann der Rotor 104 ein offene Mitte bzw. ein offenes Zentrum haben, um an der Welle 106 angebracht zu werden.
Die Welle 106 kann sich durch die Mitte des Rotors 104 erstrecken und kann eine Motorachse 116 definieren. Die Motorachse 116 kann eine Achse für den Stator 102, den Rotor 104 und den Kühlmantel 108 sein. Die Welle 106 kann am Rotor 104 befestigt sein, so dass, wenn sich der Rotor 104 dreht, er die Welle 106 antreibt. Ebenso kann die Welle 106, wenn sie sich dreht, den Motor 104 antreiben.
Der Kühlmantel 108 kann ein zylindrisches Gehäuse für den Stator 102 sein. Der Kühlmantel hat eine Innenoberfläche 118 und eine Außenoberfläche 120 und kann so geformt sein, dass er eine Presspassung auf dem Stator 102 ist.
Dementsprechend kann die Innenoberfläche 118 des Kühlmantels 108 in direktem Kontakt mit der Außenoberfläche 112 des Stators 102 sein.
Endplatten 122 können sich mit jedem Ende des Kühlmantels 108 verbinden, wobei sie die Enden des Motors 100 geschlossen versiegeln. Die Innenoberfläche 118 des Kühlmantels 108 kann zusammen mit den Endplatten 122 ein Betriebsgebiet bzw. eine Betriebsregion 124 definieren. Der Stator 102, der Rotor 104 und die Welle 106 können innerhalb des Betriebsgebiets 124 untergebracht sein.
Der Kühlmantel 108 kann ein Kühlsystem 126 zum Reduzieren von Wärme bzw. Hitze im elektrischen Motor 100 enthalten. Das Kühlsystem 126 kann ein Nutensystem 127 und ein Strömungsmitteleinspritzsystem 152 einschließen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel schließt das Nutensystem 127 Nuten 128 ein, die in der Innenoberfläche 118 des Kühlmantels 108 gebildet sind. Die Nuten 128 können so gebildet sein, dass sie sich um den Innendurchmesser des Kühlmantels 108 erstrecken, in einem Gebiet in Kontakt mit dem Stator 102. Dementsprechend können sich die Nuten 128 um die Außenoberfläche 112 des Stators 102 erstrecken. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die Nuten 128 längs einer Länge des Stators 102 schraubenlinienförmig angeordnet sein, in einer Weise so dass sich die Nuten wenigstens teilweise längs des Motors 100 erstrecken.
Ein Einlassanschluss 130 und ein Auslassanschluss 132 (dargestellt in 2) können sich durch die Außenoberfläche 120 des Kühlmantels 108 erstrecken und können in Strömungsmittelverbindung mit der Nut 128 sein. Der Einlassanschluss 130 erlaubt es einer Kühlflüssigkeit, so wie zum Beispiel Öl, in die Nuten 128 einzutreten, während der Auslassanschluss 132 einen Ausgangsweg bzw. Ausgangspfad für Kühlflüssigkeit bildet, welche durch die Nuten 128 durchgelaufen ist.
Die Nuten 128 und die Außenoberfläche 112 des Stators 102 definieren zusammen Leitungen 134. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, schließen die Leitungen 134 wenigstens eine Oberfläche ein, die in der Außenoberfläche 112 des Stators 102 gebildet ist. Die anderen Oberflächen der Leitungen 134 werden durch den Kühlmantel 108 gebildet. Die Leitungen 134 können wie gezeigt rechteckig sein, oder können alternativ jede beliebige andere Form haben, so wie zum Beispiel eine Trapezform, oder eine Bogenform.
Die Leitungen 134 können so konfiguriert sein, dass sie die Kühlflüssigkeit aufnehmen und um den Stator 108 herum lenken. Da die Leitungen teilweise durch die Nuten 128 gebildet sind, können die Leitungen 134 längs des Stators 102 schraubenlinienförmig angeordnet sein, so dass ein Teil der Leitungen 134 axial gegenüber einem anderen Teil der Leitungen 134 verschoben sein kann. Dementsprechend kann die Kühlflüssigkeit in den Leitungen 134 mit einer Geschwindigkeit in einer axialen Richtung fließen, die hinreichend ist, um eine erwünschte Kühlkapazität für den elektrischen Motor 100 vorzusehen. Darüber hinaus können die schraubenlinienförmigen Nuten 134 gleichmäßige, verteilte Kühlung längs wenigstens eines Teils der Länge des Stators 102 vorsehen. Die Spiralen können in Reihe verbunden sein, mit einer kleinen Anzahl Verbindungen. Dies erlaubt es, dass die Strömungsmittelgeschwindigkeit mit einem Minimum von Gegendruch aufrecht erhalten wird.
Eine Nutenbreite 136, die die Lücke der Nuten 128 repräsentiert, kann axial längs dem Stator 102 gemessen werden. Die Nutenbreite 136 kann basiert auf einer erwünschten Geschwindigkeit und/oder einem erwünschten Kühlflüssigkeitsfluss durch die Leitungen 134 ausgewählt werden. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die Nuten 128 so gebildet sein, dass sie eine Nutenbreite 136 haben, die im Wesentlichen die selbe ist, wie eine Stegbreite 138. So wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, ist der Begriff "Stegbreite" der axiale Abstand der Innenoberfläche 118 des Kühlmantels 108 zwischen benachbarten Nuten 128. In einigen exemplarischen Ausführungsbeispielen kann ein Stegbreiten-zu-Nutenbreiten-Verhältnis innerhalb eines Verhältnisbereichs von 2:3 und 3:2 sein. Im gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das Stegbreiten-zu-Nutenbreiten-Verhältnis ungefähr ein Eins-zu-Eins-Verhältnis. Nichtsdestoweniger können die Nuten 128 so gebildet sein, das sie jedes beliebige Stegbreiten-zu-Nutenbreiten-Verhältnis haben, das für ein spezielles Motordesign passend ist.
2 zeigt ein Beispiel der Leitungen und ein Zirkulationsmuster einer Kühlflüssigkeit durch die selben. In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Leitungen in drei schraubenlinienförmigen Ausbildungen bzw. Schrauben 140 gebildet, die sich von Einlassanschluss 130 zum Auslassanschluss 132 erstrecken. Dementsprechend fließt die Kühlflüssigkeit durch die drei Spiralen 140, die mit drei Pfeiltypen gekennzeichnet sind. Die drei Pfeiltypen repräsentieren die Strömungsrichtung durch die Leitungen und können benutzt werden, um eine Schraubenleitung von einer anderen zu unterscheiden. Vom Einlassanschluss 130 kann eine unter Druck gesetzte Kühlflüssigkeit in eine erste Leitung 142 eintreten, die einen durchgezogenen Pfeil hat. Die Kühlflüssigkeit kann durch die erste Leitung 142 über eine Länge zirkuliert werden, so wie zum Beispiel zweieinhalbe Umdrehungen um den Stator 102 (in 2 nicht gezeigt). Die erste Leitung 142 kann sich mit einer zweiten Leitung 144, die mit einem gestrichelten Pfeil gekennzeichnet ist, an einem ersten Schnittpunkt bzw. einer ersten Kreuzung 146 an einem Ende des Kühlsystem 126 vereinigen. Die Kühlflüssigkeitsströmung kann in die zweite Leitung 144 eintreten, wobei sie in einer Richtung fließt, die entgegengesetzt zu der Richtung in der ersten Leitung 142 ist.
Die Kühlflüssigkeit kann durch die zweite Leitung 144 über eine Länge zirkuliert werden, so wie zum Beispiel zwei Umdrehungen um den Stator 102. Die zweite Leitung 144 kann sich mit einer dritten Leitung 148, die durch einen gepunkteten Pfeil gekennzeichnet ist, an einem zweiten Schnittpunkt, 150 an einem zweiten Ende des Kühlsystems 126 vereinigen. Der Kühlflüssigkeitsfluss kann wiederum seine Richtungen umkehren und in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der zweiten Leitung 144 fließen. Die Kühlflüssigkeit kann durch die dritte Leitung 148 über eine Länge zirkuliert werden, so wie zum Beispiel zweieinhalb Umdrehungen um den Stator 102. Der Auslassanschluss 132 kann an einem Ende der dritten Leitung 148 angeordnet sein, und kann so konfiguriert sein, dass er die Kühlflüssigkeit aus dem Kühlsystem 126 heraus lenkt. Dementsprechend sind, obwohl mehr als eine Kühlleitung sich längs des Stators 102 erstrecken kann, nur ein Einlassanschluss und ein Auslassanschluss notwendig, um den Stator 102 zu kühlen.
3 ist eine querlaufende Querschnittsansicht des elektrischen Motors 100. Wie oben erklärt, schließt das exemplarische Ausführungsbeispiel drei Nuten 128 ein, die im Kühlmantel 108 gebildet sind, um die Leitungen 134 zwischen dem Kühlmantel 108 und dem Stator 102 zu bilden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die drei Nuten schraubenlinienförmig und um 120° gegeneinander versetzt. Wie oben mit Bezug auf 1 erklärt, kann die Stegbreite 138 im Wesentlichen äquivalent der Nutenbreite 136 sein, wobei sie im Wesentlichen ein Eins-zu-Eins-Verhältnis vorsieht. Die drei Nuten 128 können effektiv die Kompressionskräfte verteilen, die durch den pressgepassten Kühlmantel 108 an den Stator 102 angelegt werden, so dass sich die Laminate, die den Stator 102 bilden, nicht exzessiv bewegen, oder die Form der Innenoberfläche 110 verändern. Nichtsdestoweniger kann der Kühlmantel 108 mehr oder weniger als drei Nuten im Kühlsystem 126 enthalten.
Zurückkehrend zu 1, kann das Kühlsystem 126 des elektrischen Motors 100 auch ein Strömungsmitteleinspritzsystem 152 umfassen, um eine Kühlflüssigkeit auf den Stator 102 und/oder den Rotor 104 zu sprühen. Das Strömungsmitteleinspritzsystem 152 kann einen ringförmigen Ring 154 einschließen, der in der Endplatte 122 gebildet ist, eine Dichtplatte 156 und einen Anschluss 158. Das Strömungsmitteleinspritzsystem 152 kann auch einen oder mehrere Strömungsmitteldurchlässe 160 einschließen, die als Düsen dienen, welche sich durch die Endplatte 122 erstrecken.
Der ringförmige Ring 154 in der Endplatte 122 kann um die Achse 116 in einer Außenoberfläche 162 der Endplatte 122 gebildet sein. Die Dichtplatte 156 kann an der Außenoberfläche 162 der Endplatte 122 angebracht sein und kann größenmäßig so ausgelegt sein, dass sie über den ringförmigen Ring 154 passt, wobei sie einen Hohlraum 164 bildet. Die Dichtplatte 156 kann ge gen die Endplatte 122 abgedichtet sein, so dass Kühlflüssigkeit innerhalb des Hohlraums 164 nicht herausleckt. Der Anschluss 158 kann ein Einlass in den Hohlraum 164 sein, der Kühlmittel in den Hohlraum 164 einlässt.
Die Strömungsmitteldurchlässe 160 können sich vom Hohlraum 164 durch die Endplatte 122 erstrecken und Durchlass der Kühlflüssigkeit in das Betriebsgebiet 124 des elektrischen Motors 100 erlauben. Die Strömungsmitteldurchlässe 160 können einen relativ kleinen Durchmesser haben, was es ihnen erlaubt, als Düsen zu dienen, die die Kühlflüssigkeit in das Betriebsgebiet 124 liefern. In einem Ausführungsbeispiel lenken die Strömungsmitteldurchlässe 160 die Kühlflüssigkeit direkt auf ein Ende des Rotors 104. Dementsprechend kann die Kühlflüssigkeit benutzt werden, um die Betriebstemperatur des Rotors 104 auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Die Durchlässe 160 können sich durch die Endplatte 122 in einer Richtung erstrecken, um Kühlflüssigkeit an jedem erwünschten Gebiet oder erwünschter Komponente im Betriebsgebiet 124 zu liefern. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Durchlässe so konfiguriert, dass sie Kühlflüssigkeit auf die Endwicklungen 114 des Stators 102 sprühen.
In einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel, das in 4 gezeigt ist, kann ein zweiter ringförmiger Ring 170 in der Endplatte 122 bei einem Radius gebildet sein, der den Endwicklungen 114 auf dem Stator 102 entspricht. In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird der zweite ringförmige Ring 170 als eine radiale Nut in einer Kante 172 der Endplatte 122 gebildet. Der zweite ringförmige Ring 170 kann zwischen dem Kühlmantel 108 versiegelt sein, um einen zweiten ringförmigen Hohlraum zu bilden. Zweite Durchlässe 174 können durch die Endplatte 122 gebildet sein, für den Durchlass von Kühlflüssigkeit vom zweiten ringförmigen Ring 170 in das Betriebsgebiet 124. Ein Einlassanschluss 176 kann in der Endplatte 122 gebildet sein, um es zu erlauben, dass Flüssigkeit in den zweiten ringförmigen Ring 170 und durch die zweiten Durchlässe 174 fließt. Da die Endwicklungen 114 auf dem Stator 102 während des Betriebs des Motors 100 eine hohe Temperatur aufrecht erhalten können, können die Durchlässe in einer Art und Weise ange ordnet sein, welche die Kühlflüssigkeit direkt auf die Endwicklungen 114 liefert. Es soll festgehalten werden, dass jeder der Durchlässe 160, 174, die mit Bezug auf die vorliegende Erfindung offenbart wurden, Düsen oder Einsätzeeinschließen kann, die so platziert sind, dass sie Kühlflüssigkeit von den ringförmigen Ringen 154, 170 in das Betriebsgebiet 124 lenken. Strömungsmittelrohrleitungen 166 können die Kühlflüssigkeit direkt in die ringförmigen Ringe 154, 170 und/oder die Anschlüsse 130, 176 lenken und können mit einer Pumpe (nicht gezeigt) verbunden sein, um die Kühlflüssigkeit unter Druck zu setzen.
5 und 6 zeigen ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel des elektrischen Motors 100. In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel schließt der Kühlmantel 102 (108) Nuten 128 ein, die in Außenoberfläche 120 des Kühlmantels 108 gebildet sind, anstatt in der Innenoberfläche 118. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine äußere Hülse 200 um die Außenoberfläche 120 des Kühlmantels 108 platziert. Die Nuten 128, die in der Außenoberfläche 120 des Kühlmantels 108 gebildet sind, bilden zusammen mit der äußeren Hülse 200 Leitungen 134. Dementsprechend sind in diesem Ausführungsbeispiel die Leitungen 134 nicht gegen den Stator 102 gebildet, sondern sind statt dessen gegen die äußere Hülse 200 gebildet.
Wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, können die Nuten 128 schraubenlinienförmig um den Kühlmantel 108 gebildet sein. Die Einlass- und Auslassanschlüsse (nicht gezeigt in 5 und 6) sehen Strömungsmittelzugang zu den Leitungen 134 vor. In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der Einlassanschluss durch eine Mittenregion des Kühlmantels 108 und durch die äußere Hülse 200 gebildet sein, um Zugang zu den Nuten 128 vorzusehen. Die Nuten 128 können so gebildet sein, dass sie sich in axial entgegengesetzten Richtungen weg von der Mittenregion der Außenoberfläche 120 des Kühlmantels 108 schraubenlinienförmig trennen. Ein Vorteil des Bildens der Leitungen 134 mit der äußeren Hülse 200 anstatt mit dem Stator 102, ist dass, wenn Verunreinigungen oder Abfall mit der Kühlflüssigkeit in die Kühlleitungen 134 eintreten, die äußere Hülse 200 leicht entfernt werden kann, um Zugang zu den Nuten 128 für die Reinigung vorzusehen. Darüber hinaus wird die Herstellung vereinfacht, da Kühlnutun 128, die in der Außenoberfläche 120 des Kühlmantels 108 gebildet sind, leichter zu bilden sind, als Kühlnuten 128, die in der Innenoberfläche 118 des Kühlmantels 108 gebildet sind.
In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Strömungsmitteleinspritzsystem 152 einen ringförmigen Ring 202 und Durchlässe 204 einschließen. Der ringförmige Ring 202 kann zwischen den Kühlmantel 108 und der äußeren Hülse 200 gebildet sein, und kann in Strömungsmittelverbindung mit einem Ende der Kühlleitung 134 stehen. Die Durchlässe 204 können sich zwischen dem ringförmigen Ring 202 und dem Betriebsgebiet 124 des elektrischen Motors 100 durch den Kühlmantel 108 erstrecken. Die Durchlässe 204 können als Düsen als Teil des Kühlsystems 126 funktionieren, um es zu erlauben, dass die Kühlflüssigkeit auf die Komponenten innerhalb des Betriebsgebiets 124 sprüht. In einem Ausführungsbeispiel sind die Durchlässe 204 so konfiguriert, dass sie Kühlflüssigkeit direkt auf die Endwicklungen 114 des Stators 102 sprühen.
Wie in 6 gezeigt, kann dieses exemplarische Ausführungsbeispiel einen Deflektor bzw. Ablenker 206 einschließen, der an einem Ende des Durchlasses 204 gebildet ist. Der Ablenker 206 kann gebildet sein aus dem Kühlmantel 108, der Endplatte 122 oder einem anderen Teil des Motors 100. Der Ablenker 206 kann so geformt sein, dass er den Strahl von Kühlflüssigkeit von den Durchlässen 204 in ein Muster ablenkt und verteilt, um ein größeres Gebiet der Endwicklungen 114 zu kühlen. Das Ablenken der Kühlflüssigkeit auf die Endwicklungen 114 des Stators 102 kann die Möglichkeit der Erosion durch eine kontinuierliche und direkte Strömung von Flüssigkeit auf den Stator 102 reduzieren.
Industrielle Anwendbarkeit
Während der Benutzung kann die Kühlflüssigkeit durch eine Pumpe (nicht gezeigt) unter Druck gesetzt werden, und durch die Strömungsmittelrohrleitungen 166 in den Einlassanschluss 130 und/oder den Anschluss 158 gelenkt werden. Die Kühlflüssigkeit kann in die Leitungen 134 gelenkt werden, die durch die Außenoberfläche 112 des Stators 102 und die Nuten 128 des Kühlmantels 108 oder alternativ durch die äußere Hülse 200 und die Nuten 128 gebildet werden. Die Nuten 128 können auf eine Art und Weise gebildet sein, welche die Kühlflüssigkeit so lenkt, dass sie über eine Länge des Stators 102 sowohl in einer axialen als auch in einer radialen Richtung läuft.
In einem Ausführungsbeispiel können die Nuten 128 so gebildet sein, sodass die Kühlflüssigkeit in einer axialen Richtung längs der Außenoberfläche des Stators 102 vor und zurück läuft. Die Kühlflüssigkeit kann die Leitungen 134 durch den Auslassanschluss 132 verlassen.
Zusätzlich zum Kühlen des elektrischen Motors 100 unter Benutzung der Kühlleitungen 134, können Durchlässe 160, 204 Kühlöl direkt auf die Enden des Stators 102 und/oder des Rotors 104 sprühen. Die Kühlflüssigkeit kann durch eine Pumpe unter Druck gesetzt werden und durch Strömungsmittelrohrleitungen 166 in ringförmige Hohlräume 164 oder Ringe 202 gedrückt bzw. hineingezwungen werden, die zwischen den Endplatten 122 und den Dichtplatten 156 oder zwischen der äußeren Hülse 200 und dem Kühlmantel 108 gebildet sind. Die unter Druck gesetzte Kühlflüssigkeit kann durch die Durchlässe 160, 204 in das Betriebsgebiet 124 des elektrischen Motors 100 laufen. Die Kühlflüssigkeit kann direkt auf die Endwicklungen 114 des Stators 102 eingespritzt werden, da die Endwicklungen 114 eine der Hochtemperatur-Komponenten im elektrischen Motor 100 sein können. Kühlflüssigkeit die auf den Rotor 104 gesprüht wird kann spritzen oder kann radial auswärts auf die Endwicklungen 114 des Stators 102 zu geschleudert werden, wobei sie nicht nur den Rotor 104 sondern auch die Endwicklungen 114 des Stators 102 kühlt. Kühlflüssigkeit im Betriebsgebiet 124 kann es erlaubt werden, in eine Ölwanne am Boden oder Ende des elektrischen Motors 100 abzufließen.
Das System zum Kühlen eines elektrischen Motors kann mit jedem beliebigen elektrischen Motor in jeder beliebigen Umgebung benutzt werden. Es ist insbesondere förderlich, zum Kühlen elektrischer Motoren, die auf Fahrzeugen oder in mobilen Anwendungen benutzt werden. Das Kühlsystem erhöht die Kühleffizienz des Motors ohne die Größe oder das Gewicht des elektrischen Motors zu erhöhen.
Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen im offenbarten System und Verfahren gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden den Fachleuten aus Betrachtung der Spezifikation und der Ausübung der Erfindung, die hierin offenbart ist, offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Spezifikation und die Beispiele nur als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Umfang der Erfindung angegeben wird durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente.

Claims

Ein Kühlsystem für einen elektrischen Motor (100), welches Folgendes aufweist: eine Kühlleitung (134), die zwischen einem Kühlmantel (108) und einer separaten Komponentenoberfläche (112, 200) gebildet ist, wobei die separate Komponentenoberfläche wenigstens einen Teil einer Wand der Kühlleitung (134) definiert, wobei die Kühlleitung (134) so konfiguriert ist, dass sie eine Kühlflüssigkeit längs wenigstens eines Teils der separaten Komponentenoberfläche (112, 200) lenkt, und Wärme bzw. Hitze vom elektrischen Motor (100) abführt; ein Einlassanschluss (130) in Strömungsmittelverbindung mit der Kühlleitung (134), wobei der Einlassanschluss (130) so konfiguriert ist, dass er die Kühlflüssigkeit aufnimmt, um die Kühlflüssigkeit in die Kühlleitung (134) einzuführen; und ein Auslassanschluss (132) in Strömungsmittelverbindung mit der Kühlleitung (134).
Das Kühlsystem gemäß Anspruch 1, wobei die separate Komponentenoberfläche eine Außenoberfläche eines Stators (102) innerhalb des Kühlmantels (108) ist.
Das Kühlsystem gemäß Anspruch 1, wobei die separate Komponentenoberfläche eine äußere Hülse (200) ist, die um den Kühlmantel (108) herum angeordnet ist.
Das Kühlsystem gemäß Anspruch 3, welches weiterhin Folgendes aufweist einen ringförmigen Ring (202), der in dem Kühlmantel (108) gebildet ist; und Durchlässe (204), die sich vom Ring (202) zu einem Betriebsgebiet (124) erstrecken, welches wenigstens teilweise vom Kühlmantel (108) definiert ist.
Das Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin die Durchlässe (204) so konfiguriert sind, dass sie eine Kühlflüssigkeit direkt auf die Endwicklungen (114) des Stators (102) lenken.
Ein elektrischer Motor (100), der Folgendes aufweist: einen Kühlmantel (108), der wenigstens eine Innenoberfläche mit wenigstens einer Kühlnut (128) hat; und einen Stator (102), der innerhalb des Kühlmantels (108) angeordnet ist, wobei der Stator (102) eine Außenoberfläche (112) in Kontakt mit wenigstens einem Teil der Innenoberfläche (118) des Kühlmantels (108) hat, wobei die Kühlnut (128) und die Außenoberfläche (112) des Stators (102) eine Kühlleitung (134) bilden, wobei die Kühlnut (128) schraubenlinienförmig so angeordnet ist, dass die Kühlleitung (134) so konfiguriert ist, dass sie eine Kühlflüssigkeit wenigstens teilweise in einer axialen Richtung des Motors (100) lenkt.
Der elektrische Motor (100) gemäß Anspruch 6, wobei der Kühlmantel (108) drei Kühlnuten (128) einschließt.
Der elektrische Motor (100) gemäß Anspruch 7, wobei die Nuten (128) an Schnittpunkten (146, 150) verbunden sind.
Der elektrische Motor (100) gemäß Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Kühlnut (128) eine Nutenbreite (136) besitzt, und der Abstand zwischen benachbarten Windungen der wenigstens eine Kühlnut (128) eine Stegbreite (138) aufweist, und das Nutenbreiten-zu-Stegbreiten-Verhältnis in einem Verhältnisbereich von 2 zu 3 und 3 zu 2 ist.
Der elektrische Motor (100) gemäß Anspruch 6, der weiterhin wenigstens einen Strömungsmitteldurchlass (160, 204) einschließt, der so konfiguriert ist, das er die Kühlflüssigkeit in ein Betriebsgebiet (124) einspritzt, das wenigstens teilweise definiert ist durch die Innenoberflä che (118) des Kühlmantels (108), wobei der Stator (102) innerhalb des Betriebsgebiets (124) angeordnet ist.