DE102005002564A1

DE102005002564A1 - Electric drive device with heatpipe cooling

Info

Publication number: DE102005002564A1
Application number: DE102005002564A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Platen; Michael Zisler; Sebastian Räder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2006077188A1

Abstract

Um die Kühleffizienz einer elektrischen Antriebseinrichtung mit zumindest einer elektrischen Maschine (1) mit Stator (7) und Rotor zu steigern, wobei eine Kühlung zumindest des Stators (7) über zumindest eine Heatpipe (5) erfolgt, die einen Verdampfer und eine Kondensatzone aufweist, gelingt dadurch, dass die Kondensatzone im Bereich eines Lagerschildes (2, 3) und/oder eines Zwischenflansches (4) liegt, der von einer Kühlflüssigkeit eines weiteren Kühlkreislaufes durchströmt ist.In order to increase the cooling efficiency of an electric drive device with at least one electric machine (1) with stator (7) and rotor, cooling of at least the stator (7) via at least one heat pipe (5) having an evaporator and a Kondensatzone, is achieved in that the Kondensatzone in the range of a bearing plate (2, 3) and / or an intermediate flange (4), which is flowed through by a cooling liquid of a further cooling circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung mit zumindest einer elektrischen Maschine mit Stator und Rotor, wobei eine Kühlung zumindest des Stators im wesentlichen über Heatpipes mit Verdampferteil und Kondensatzone erfolgt.The The invention relates to an electric drive device with at least an electric machine with stator and rotor, wherein a cooling at least of the stator substantially over Heatpipes with evaporator part and Kondensatzone done.

Heatpipes, die auch als Wärmeleitrohre bezeichnet werden, bestehen aus einem geschlossenen Aluminium- oder Kupferhohlkörper, wobei auf der Innenseite ein kapillar wirksames dochtartiges Material vorhanden ist. In diesem Hohlkörper befindet sich eine Flüssigkeit unter Eigendruck, die durch die kapillaren alle internen Flächen benetzt. Bei Wärmeeintrag an irgend einem Punkt der Oberfläche der Heatpipes beginnt dort die Flüssigkeit lokal zu kochen und geht unter Wärmeenergieaufnahme in Dampf über. Der Dampf verteilt sich mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit im Hohlkörper und kondensiert unter Wärmeabgabe an einer kälteren Stelle der Heatpipes. Da die Heatpipes eine wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer aufweisen, sind sie ein im Elektromaschinenbau bekanntes Kühlmittel.heatpipes, also as heat pipes are made of a closed aluminum or Copper hollow body where on the inside a capillary wicking material is available. In this hollow body there is a liquid under autogenous pressure, which wets through the capillary all internal surfaces. With heat input at any point of the surface the heatpipes starts cooking the liquid there locally and goes under heat energy intake in steam over. The steam is distributed at a comparatively high speed in the hollow body and condenses under heat release on a colder Place the heatpipes. Because the heatpipes have a much better thermal conductivity As copper, they are a well-known in electrical engineering coolant.

So ist aus der DE 23 30 172 eine rotierende elektrische Maschine mit durch Wärmerohre gekühlten Rotoren und Statoren bekannt. Dabei wird die Kühlung der Wärmerohre über Konvektion zur Umgebungsluft durch gerippte Wärmetauscher sichergestellt. Diese Kondensatorzone wird somit durch den Luftstrom gekühlt und steigert die Effizienz der Kühlung durch Heatpipes.So is out of the DE 23 30 172 a rotating electrical machine with heat pipes cooled by heat pipes and stators. The cooling of the heat pipes via convection to the ambient air is ensured by ribbed heat exchangers. This condenser zone is thus cooled by the air flow and increases the efficiency of cooling by heat pipes.

Ausgehend von den oben genannten Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebseinrichtung zu schaffen, bei der die Kühleffizienz weiter gesteigert werden, und der Aufwand für die Montage minimiert werden soll.outgoing Of the above-mentioned disadvantages of the invention, the task on, to provide an electric drive device at the cooling efficiency be further increased, and the cost of assembly are minimized should.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Kondensatzone im Bereich eines Lagerschildes und/oder eines Zwischenflansches und/oder einer anderen Komponente der elektrischen Maschine liegt, der von einer Kühlflüssigkeit eines weiteren Kühlkreislaufs durchströmt ist.The solution The task is achieved by the fact that the Kondensatzone in Area of a bearing plate and / or an intermediate flange and / or another component of the electrical machine is that of a cooling liquid of a further cooling circuit flows through is.

Dadurch steigert sich die Kondensatwirkung im Bereich der Kondensatzone und die Kühlung der elektrischen Antriebseinrichtung wird effizienter.Thereby increases the condensate effect in the area of Kondensatzone and the cooling the electric drive device becomes more efficient.

Die elektrische Antriebseinrichtung umfasst zumindest eine elektrische Maschine, vorteilhafterweise sind aber ein Umrichter und/oder weitere Wärmequellen beinhaltende Elemente vorhanden. Sowohl die Umrichter als auch diese wärmequellenaufweisenden Elemente können mittels Heatpipes an die bestehende Flüssigkeitskühlung thermisch angekoppelt werden. Ebenso können diese weiteren Elemente wie auch der Umrichter an den weiteren Kühlkreislauf angeschlossen sein.The Electric drive device comprises at least one electrical Machine, but advantageously are an inverter and / or more heat sources containing elements present. Both the inverters and these heat source having Elements can thermally coupled by means of heat pipes to the existing liquid cooling become. Likewise these other elements as well as the inverter to the other cooling circuit be connected.

Vorteilhafterweise sind dabei die Kondensatzonen der Heatpipes nicht direkt im Flüssigkeitsstrom des weiteren Kühlkreislaufes angeordnet. D.h. eine direkte Umspülung der Heatpipes erfolgt nicht. Es erfolgt somit eine indirekte Umströmung bzw. Kühlung der Heatpipes durch den Flüssigkeitsstrom des weiteren Kühlkreislaufs. Dies erleichtert die Abdichtungen in den Lagerschilden und/oder Zwischenflanschen gegenüber der elektrischen Maschine oder den anderen elektrischen Verbrauchern. Die anderen Komponenten der elektrischen Maschine, in denen die Kondensatzone der Heatpipes angeordnet ist, sind u.a. Gehäuseteile, die von Flüssigkeiten durchströmt sind.advantageously, are the Kondensatzonen the heat pipes not directly in the liquid flow the further cooling circuit arranged. That a direct flushing of the heat pipes takes place Not. There is thus an indirect flow or cooling of the heat pipes through the Liquid flow of the further cooling circuit. This facilitates the seals in the end shields and / or Intermediate flanges opposite the electric machine or the other electrical consumers. The other components of the electric machine in which the Kondensatzone the heat pipes is arranged u.a. Body parts, those of liquids flows through are.

Die Anbindung dieser Heatpipes erfolgt vorteilhafterweise dadurch, dass über eine wärmeleitende Fixiermasse sowohl die Verdampferzone mit dem Stator als auch die Kondensatzone mit dem Zwischenflansch bzw. Lagerschild insbesondere thermisch verbunden wird, um einen ausreichenden Wärmeübergang von der Kondensatzone über Fixiermasse und Metall des Lagerflansches bzw. Zwischenflansches zum weiteren Kühlkreislauf zu schaffen.The Connection of these heat pipes is advantageously carried out in that over a thermally conductive Fixiermasse both the evaporator zone with the stator and the Kondensatzone with the intermediate flange or end shield in particular is thermally connected to a sufficient heat transfer from the Kondensatzone over Fixing compound and metal of the bearing flange or intermediate flange to the further cooling circuit to accomplish.

Der thermische Übergang vom Blechpaket des Stators gestaltet sich demnach wie folgt: Blechpaket – Fixiermasse – Heatpipe – Fixiermasse – Metall des Zwischenflansches und/oder Lagerschildes – Kühlflüssigkeit des weiteren Kühlkreislaufes.Of the thermal transition From the laminated core of the stator is designed as follows: laminated core - Fixiermasse - Heatpipe - Fixiermasse - metal of the intermediate flange and / or bearing plate - coolant of the further cooling circuit.

Falls sich die Heatpipes im Gehäuse befinden, ist ein weiterer Wärmeübergang vom Blechpaket zum Gehäuse vorhanden.If the heatpipes in the housing There is another heat transfer from the laminated core to the housing available.

Vorteilhafterweise ist die elektrische Maschine gehäuselos ausgeführt, so dass die Heatpipes sich achsparallel im Blechpaket der elektrischen Maschine erstrecken und durch die oben beschriebene thermische Anbindung an diesen weiteren Kühlkreislauf angeschlossen sind. In einer weiteren Ausführungsform sind diese Heatpipes gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt um die Kühlwirkung zu vergleichmäßigen.advantageously, the electrical machine is without housing executed so that the heatpipes paraxial in the laminated core of the electrical Machine extend and through the thermal connection described above to this other cooling circuit are connected. In another embodiment, these are heat pipes evenly in the circumferential direction distributed around the cooling effect to equalize.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden in der schematisch dargestellten Zeichnung näher erläutert.Further embodiments the invention according to features the dependent claims are explained in more detail in the drawing shown schematically.

1 zeigt in einer Explosionsdarstellung schematisch dargestellt eine elektrische Maschine 1, die gehäuselos ausgeführt ist. Außer der Statorbohrung 8 sind in einem Blechpaket des Stators 7 Öffnungen 9 zur Aufnahme der Heatpipes 5 vorgesehen, die achsparallel ausgerichtet und eingesetzt werden. Der Zwischenflansch 4 wird an den Stator 7 angesetzt, wobei damit die Heatpipes 5 in korrespondierende Ausnehmungen des Zwischenflansches 4 eingreifen und durch Fixiermasse thermisch leitfähig mit dem Zwischenflansch 4 verbunden werden. 1 shows an exploded view schematically shows an electric machine 1 , which is executed without housing. Except the stator hole 8th are in a laminated core of the stator 7 openings 9 for holding the heatpipes 5 provided, which are aligned and used parallel to the axis. The intermediate flange 4 gets to the stator 7 attached, whereby thereby the Heatpipes 5 in corresponding recesses of the intermediate flange 4 engage and thermally conductive by fixing compound with the intermediate flange 4 get connected.

Ebenso können die Heatpipes 5 in dementsprechende Ausnehmungen eines Lagerschildes 2 oder 3 eingreifen und durch Fixiermasse wärmetechnisch leitfähig mit dem Zwischenflansch 4 verbunden werden. Beispielhaft zeigt der Zwischenflansch 4 Kühl kanäle 6 in die ein Kühlmittel über die Zufuhröffnungen 10 und Abfuhröffnung 11 ein- bzw. ausgeleitet werden kann. Durch die thermische Anbindung der Kondensatzone der Heatpipes 5 im Zwischenflansch 4 wird die Kondensatorzone gekühlt und somit die thermische Effizienz der gesamten Kühlanordnung gesteigert.Likewise, the heatpipes 5 in corresponding recesses of a bearing plate 2 or 3 engage and thermally conductive by fixing compound with the intermediate flange 4 get connected. By way of example, the intermediate flange shows 4 Cooling channels 6 into which a coolant via the supply openings 10 and discharge opening 11 can be in or out. Due to the thermal connection of the condensing zone of the heatpipes 5 in the intermediate flange 4 the condenser zone is cooled and thus the thermal efficiency of the entire cooling arrangement is increased.

Des Weiteren lassen sich durch diesen zweiten Kühlkreislauf, der durch die Kühlkanäle 6 gebildet wird, weitere Heatpipes 5, die in den Zwischenflansch 4 oder in die Lagerschilde 2 eingreifen, zusätzliche Elemente einer nicht näher dargestellten elektrischen Antriebseinrichtung wie Umrichter mitkühlen. Dabei sind vorteilhafterweise die Heatpipes 5 flächig ausgeführt.Furthermore, can be through this second cooling circuit through the cooling channels 6 is formed, more heatpipes 5 in the intermediate flange 4 or in the bearing shields 2 engage, additional elements of a non-illustrated electric drive device as inverter mitkühlen. Here are advantageously the heat pipes 5 flat executed.

Die Heatpipes 5 sind vorteilhafterweise nicht nur als gerade, starre, stabförmige Teile ausgeführt sondern sind flexibel ausgebildet, so dass sich die Heatpipes 5 den jeweiligen Erfordernissen bei der Montage anpassen lassen. Dabei sind die Heatpipes 5 an beliebigen Stellen der Heatpipe 5 oder an konstruktiv vorgegebenen Stellen der Heatpipe 5 biegbar.The heatpipes 5 are advantageously not only designed as straight, rigid, rod-shaped parts but are flexible, so that the heat pipes 5 can be adapted to the respective requirements during assembly. Here are the heatpipes 5 anywhere on the heat pipe 5 or at structurally predetermined locations of the heat pipe 5 bendable.

Ein großer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass die Kondensatzone obwohl sie flüssigkeitsgekühlt ist, nicht eigens abgedichtet werden muss. Die Kondensatzone der Heatpipes 5 steht somit nicht in direktem Kontakt mit der Kühlflüssigkeit. Dies erleichtert die Montage und gewährleistet einen störungsfreien Betrieb der elektrischen Maschine.A great advantage of the invention is that the Kondensatzone even though it is liquid cooled, does not have to be specially sealed. The Kondensatzone the Heatpipes 5 is thus not in direct contact with the coolant. This facilitates assembly and ensures trouble-free operation of the electrical machine.

Claims

Electric drive device with at least one electrical machine ( 1 ) with stator and rotor, wherein a cooling of at least the stator ( 7 ) via at least one heat pipe ( 5 ), which has an evaporator and a Kondensatzone, characterized in that the Kondensatzone is in the range of a bearing plate and / or an intermediate flange and / or other component of the electric machine, which is flowed through by a cooling liquid of a further cooling circuit.

Electric drive device according to claim 1, characterized in that further by heat pipes ( 5 ) to be cooled elements, such as converters are thermally connected to this further cooling circuit.

Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe ( 5 ) by thermally conductive fixing compound in the end shield ( 2 . 3 ) and / or the intermediate flange ( 4 ) is embedded.

Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipes ( 5 ) in the stator ( 7 ) are distributed axially parallel in the circumferential direction.

Electric drive device according to claim 4, characterized in that the heat pipes ( 5 ) in the stator ( 7 ) are evenly distributed axially parallel in the circumferential direction.

Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric machine ( 1 ) is housing-less out leads, whereby the Heatpipes ( 5 ) in the laminated core of the stator ( 7 ) are located.

Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipes ( 5 ) are flexible.