DE102009055273A1 - Electric machine e.g. electric motor, for use in hybrid drive device of e.g. electric vehicle, has rotor arranged within closed housing, and fluid-flow machine circulating air within closed housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Hybridantriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.The present invention relates to an electric machine according to the preamble of claim 1 and a hybrid drive device according to the preamble of claim 15.
Stand der TechnikState of the art
Elektromaschinen als Elektromotoren oder als Generatoren werden für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt. Die Elektromaschine umfasst dabei einen Rotor und einen Stator. An dem Rotor und an dem Stator entstehen Abwärme, die für eine ausreichende Funktionsfähigkeit der Elektromaschine an die Umgebungsluft der Elektromaschine abgeführt werden muss. Es ist somit eine Kühlung der Elektromaschine erforderlich. Der Rotor und der Stator ist dabei im Allgemeinen innerhalb eines Gehäuses der Elektromaschine angeordnet. Zur Kühlung der Elektromaschine ist es bekannt, Luft mittels eines Gebläses durch Öffnungen des Gehäuses durchzuleiten und somit bei einem offenen Gehäuse mittels des Durchleitens der Luft durch einen von dem Gehäuse eingeschlossenen Innenraum den Stator und den Rotor zu kühlen. Außerdem ist es auch bekannt, in dem Gehäuse der Elektromaschine einen Strömungskanal anzuordnen und durch diesen Strömungskanal wird ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, durchgeleitet. Von dem Kühlfluid wird Wärme aufgenommen und dadurch die Elektromaschine gekühlt.Electric machines as electric motors or as generators are used for various technical applications. The electric machine comprises a rotor and a stator. Waste heat is generated at the rotor and at the stator, which has to be dissipated to the ambient air of the electric machine for sufficient functionality of the electric machine. It is thus a cooling of the electric machine required. The rotor and the stator are generally arranged inside a housing of the electric machine. For cooling the electric machine, it is known to pass air by means of a blower through openings of the housing and thus to cool the stator and the rotor in an open housing by means of the passage of air through an enclosed space of the housing. Moreover, it is also known to arrange a flow channel in the housing of the electric machine and through this flow channel, a cooling fluid, such as water, is passed. Heat is absorbed by the cooling fluid, thereby cooling the electric machine.
Die
Die
Bei der Anwendung von Elektromaschinen mit einer Spannung von mehr als 42 V, insbesondere bei einem Einsatz von Elektromaschinen in Elektro- oder Hybridfahrzeugen, ist ein geschlossenes Gehäuse erforderlich, um einerseits einen ausreichenden Hochspannungsschutz zu gewährleisten und andererseits aufgrund der Anordnung der Elektromaschine die Elektromaschine vor negativen Umgebungseinflüssen, beispielsweise Verschmutzungen oder Spritzwasser, zu schützen.When using electric machines with a voltage of more than 42 V, in particular when using electric machines in electric or hybrid vehicles, a closed housing is required in order to ensure adequate high-voltage protection and on the other hand due to the arrangement of the electric machine, the electric machine from negative Environmental influences, such as dirt or spray to protect.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Erfindungsgemäße Elektromaschine, umfassend ein geschlossenes Gehäuse, einen Stator, eine Welle, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Rotor, und vorzugsweise auch der Stator innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Elektromaschine wenigstens eine Strömungsmaschine umfasst zur Umwälzung der Luft innerhalb des Gehäuses, um die Kühlleistung zu erhöhen. Aufgrund des Einsatzes der wenigstens einen Strömungsmaschine kann die Luft innerhalb des Gehäuses, d. h. Luft in einem von dem Gehäuse eingeschlossenen Innenraum, umgewälzt und bewegt werden. Damit kann die Kühlleistung der Elektromaschine verbessert werden. Dies kann einerseits dadurch erfolgen, dass aufgrund der Umwälzung der Luft die Abwärme des Stators und/oder des Rotors besser zu dem Gehäuse geleitet werden kann und dadurch die Wärme von dem Gehäuse besser an die Umgebungsluft geleitet werden kann und/oder die umgewälzte Luft an einem gesonderten Wärmetauscher mittels eines Kühlfluides gekühlt wird. Das Gehäuse der Elektromaschine ist geschlossen, d. h. die Luft in dem Innenraum des Gehäuses steht in keinem unmittelbaren Kontakt zu der Umgebungsluft. Das Gehäuse der Elektromaschine ist damit fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, so dass dadurch keine Verschmutzungen in den Innenraum des Gehäuses der Elektromaschine gelangen können, wobei trotzdem eine Entlüftung eines Innenraumes der Elektromaschine für einen Druckausgleich möglich ist. Durch den Innenraum der Elektromaschine, der von dem Gehäuse eingeschlossen ist, ist somit keine Umgebungsluft unmittelbar oder mittelbar ein- und/oder ausleitbar. Aufgrund des geschlossenen Gehäuses ist somit einerseits ein Hochspannungsschutz der Elektromaschine gewährleistet bei einem Einsatz von Spannungen von mehr als 42, 100 oder 300 V in der Elektromaschine und andererseits kann bei einem Einsatz der Elektromaschine in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug die Elektromaschine dahingehend angeordnet werden, dass die Elektromaschine Umgebungseinflüssen an dem Elektro- oder Hybridfahrzeug, beispielsweise Spritzwasser oder Staub, unmittelbar ausgesetzt ist. Aufgrund des geschlossenen Gehäuses können damit Verschmutzungen oder andere Verunreinigungen nicht in den von dem Gehäuse eingeschlossenen Innenraum mit dem Stator und dem Rotor eindringen.Electric machine according to the invention, comprising a closed housing, a stator, a shaft, a rotor disposed within the housing, and preferably also the stator is disposed within the housing, wherein the electric machine comprises at least one turbomachine for circulating the air within the housing to the cooling capacity to increase. Due to the use of the at least one turbomachine, the air can be circulated and moved within the housing, ie air in an enclosed space of the housing. Thus, the cooling performance of the electric machine can be improved. On the one hand, this can be done by virtue of the fact that, owing to the circulation of the air, the waste heat from the stator and / or the rotor can be conducted better to the housing and the heat from the housing can be conducted better to the ambient air and / or the recirculated air at one separate heat exchanger is cooled by means of a cooling fluid. The housing of the electric machine is closed, ie the air in the interior of the housing is not in direct contact with the ambient air. The housing of the electric machine is thus fluid-tight, in particular liquid-tight, so that thereby no dirt can get into the interior of the housing of the electric machine, while still venting an interior of the electric machine for pressure equalization is possible. By the interior of the electric machine, which is enclosed by the housing, thus no ambient air is directly or indirectly on and / or diverted. Due to the closed housing thus on the one hand a high voltage protection of the electric machine is ensured with a use of voltages of more than 42, 100 or 300 V in the electric machine and on the other hand, when using the electric machine in a hybrid or electric vehicle, the electric machine can be arranged such that the electric machine is directly exposed to environmental influences on the electric or hybrid vehicle, for example spray water or dust. Due to the closed housing so that contamination or Other impurities do not penetrate into the enclosed space of the housing with the stator and the rotor.
Insbesondere ist die wenigstens eine Strömungsmaschine von wenigstens einem Gebläseelektromotor angetrieben und/oder das geschlossene Gehäuse und vorzugsweise wenigstens ein Luftkreislauf ist fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, bezüglich einer Umgebung der Elektromaschine ausgebildet.In particular, the at least one turbomachine is driven by at least one blower electric motor and / or the closed housing and preferably at least one air circuit is fluid-tight, in particular liquid-tight, with respect to an environment of the electric machine.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Strömungsmaschine ein Lüfterrad mit an dem Lüfterrad angeordneten Lüfterschaufeln oder ein Gebläse.In a further embodiment, the at least one turbomachine is a fan with fan blades arranged on the fan or a fan.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die wenigstens eine Strömungsmaschine und/oder der wenigstens eine Gebläseelektromotor an dem Gehäuse befestigt.In a supplementary embodiment, the at least one turbomachine and / or the at least one blower electric motor is fastened to the housing.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Gebläseelektromotor in der Leistung steuerbar oder regelbar. Damit kann die Leistung des Gebläsemotors und damit auch die Leistung der wenigstens einen Strömungsmaschine an die erforderliche Kühlleistung der Elektromaschine angepasst werden. Mittels Sensoren kann somit die Temperatur an der Elektromaschine, beispielsweise am Stator und/oder am Rotor, gemessen werden und aufgrund dieser gemessenen Temperatur der Gebläseelektromotor betrieben werden.In a further embodiment, the blower electric motor can be controlled or regulated in the power. Thus, the performance of the fan motor and thus the performance of at least one turbomachine can be adapted to the required cooling capacity of the electric machine. Sensors can thus be used to measure the temperature at the electric machine, for example at the stator and / or at the rotor, and operate the fan electric motor on the basis of this measured temperature.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Strömungsmaschine und/oder der wenigstens eine Gebläseelektromotor an der Welle gelagert und/oder um die Welle angeodnet.Preferably, the at least one turbomachine and / or the at least one blower electric motor is mounted on the shaft and / or angeodnet around the shaft.
In einer Variante ist die wenigstens eine Strömungsmaschine von wenigstens einem Gebläsegehäuse umgeben und das wenigstens eine Gebläsegehäuse ist von dem Gehäuse der Elektromaschine gebildet und/oder das wenigstens eine Gebläsegehäuse ist wärmeleitend mit dem Gehäuse der Elektromaschine verbunden, so dass Wärme der von der wenigstens einen Strömungsmaschine umgewälzten Luft durch das Gehäuse leitbar ist zu der Umgebungsluft, um die Wärme bzw. Abwärme an die Umgebung bzw. Umgebungsluft abzugeben.In a variant, the at least one turbomachine is surrounded by at least one blower housing and the at least one blower housing is formed by the housing of the electric machine and / or the at least one blower housing is thermally conductively connected to the housing of the electric machine, so that the heat from the at least one turbomachine circulated air through the housing is conductive to the ambient air to deliver the heat or waste heat to the environment or ambient air.
Zweckmäßig umfasst die Elektromaschine eine Kühleinrichtung zur Ableitung von Abwärme bzw. Wärme von dem Gehäuse der Elektromaschine mittels Wärmekonvention.Suitably, the electric machine comprises a cooling device for dissipating waste heat or heat from the housing of the electric machine by means of thermal convention.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse der Elektromaschine wenigstens einen Strömungskanal zum Durchleiten eines Kühlfluides, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, als Kühleinrichtung auf.In a further embodiment, the housing of the electric machine has at least one flow channel for passing a cooling fluid, in particular a cooling fluid, for. As water, as a cooling device.
Insbesondere ist die wenigstens eine Strömungsmaschine innerhalb des Gehäuses der Elektromaschine angeordnet und vorzugsweise ist der wenigstens eine Gebläseelektromotor außerhalb des Gehäuses angeordnet.In particular, the at least one turbomachine is arranged within the housing of the electric machine, and preferably the at least one blower electric motor is arranged outside the housing.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Strömungsmaschine außerhalb des Gehäuses der Elektromaschine angeordnet.In a further embodiment, the at least one turbomachine is arranged outside the housing of the electric machine.
In einer ergänzenden Variante weist das Gehäuse der Elektromaschine wenigstens eine Einlassöffnung zum Einleiten von Luft, wenigstens eine Auslassöffnung zum Ausleiten von Luft und einen Luftkreislauf auf und mittels der wenigstens einen außerhalb des Gehäuses angeordneten Strömungsmaschine ist die Luft in dem Luftkreislauf umwälzbar, so dass die Luft durch die wenigstens eine Ein- und Auslassöffnung durch einen von dem Gehäuse der Elektromaschine eingeschlossenen Innenraum leitbar ist.In a supplementary variant, the housing of the electric machine has at least one inlet opening for introducing air, at least one outlet opening for discharging air and an air circuit, and by means of the at least one turbomachine arranged outside the housing the air can be recirculated in the air circuit, so that the air by the at least one inlet and outlet opening is guided by an enclosed by the housing of the electric machine interior.
In einer weiteren Variante ist der Luftkreislauf teilweise außerhalb des Gehäuses in wenigstens einer Luftleitung geführt.In a further variant, the air circuit is partially guided outside the housing in at least one air line.
In einer weiteren Ausgestaltung ist in den Luftkreislauf ein Wärmetauscher integriert zur Übertragung von Wärme von der durch den Innenraum innerhalb des Gehäuses umgewälzten Luft auf ein Kühlfluid.In a further embodiment, a heat exchanger is integrated in the air circuit for transmitting heat from the air circulated through the interior space within the housing to a cooling fluid.
Insbesondere ist der Wärmetauscher von dem wenigstens einen Strömungskanal zum Durchleiten eines Kühlfluides, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, in dem Gehäuse und dem Gehäuse gebildet und vorzugweise sind an dem Gehäuse Kühlrippen ausgebildet sind, welche von der umgewälzten Luft umströmbar sind.In particular, the heat exchanger of the at least one flow channel for passing a cooling fluid, in particular a cooling liquid, for. As water, formed in the housing and the housing and preferably cooling fins are formed on the housing, which are flowed around by the circulating air.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Elektromaschine mehrere Strömungsmaschinen und die Strömungsmaschinen sind einzeln zu- und abschaltbar, so dass dadurch die erforderliche Kühlleistung der Elektromaschine bedarfsgerecht steuerbar und/oder regelbar ist.In a further embodiment, the electric machine comprises a plurality of turbomachines and the turbomachines are individually switched on and off, so that thereby the required cooling capacity of the electric machine can be controlled as needed and / or regulated.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst die Elektromaschine eine Steuerungseinheit, welche einen Kühlungsbedarf der Zukunft, beispielsweise durch ein Erkennen eines Kick-downs an dem Elektro- und/oder Hybridfahrzeug, erfasst und dadurch eine prädikative Kühlung durch eine Erhöhung der Kühlleistung der wenigstens einen Strömungsmaschine durchführbar ist.In an additional embodiment, the electric machine comprises a control unit, which detects a cooling requirement of the future, for example by detecting a kick-down on the electric and / or hybrid vehicle, and thereby a predicative cooling by increasing the cooling capacity of the at least one turbomachine is feasible ,
Zweckmäßig können durch eine Strömungsführung der von der wenigstens einen Strömungsmaschine umgewälzten Luft gezielt Hot Spots, d. h. Bereiche mit lokal erhöhter Temperatur, an der Elektromaschine gekühlt werden. Ferner ist auch mittels der wenigstens einen Strömungsmaschine eine Strömungspulsation der geförderten Luft ausführbar.Appropriately, by a flow guide of the at least one Turbomachine recirculated air targeted hot spots, ie areas with locally elevated temperature, to be cooled at the electric machine. Furthermore, a flow pulsation of the conveyed air can also be carried out by means of the at least one turbomachine.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kühlfluid in dem Strömungskanal Wasser, Öl, Glykol oder Luft.In a further embodiment, the cooling fluid in the flow channel is water, oil, glycol or air.
Eine erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine umfasst eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Elektromaschine.A hybrid drive device according to the invention with an internal combustion engine and an electric machine comprises an electric machine described in this patent application.
In einer zusätzlichen Variante ist die Elektromaschine ein Elektromotor oder ein Generator.In an additional variant, the electric machine is an electric motor or a generator.
Zweckmäßig ist die Elektromaschine eine, vorzugsweise permanentmagneterregete, Synchronmaschine oder eine elektrisch erregte Synchronmaschine.Suitably, the electric machine is a, preferably permanent magnet excited, synchronous machine or an electrically excited synchronous machine.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Elektromaschine eine elektronische Steuerschaltung zur Bestromung der Spulen am Stator.In a further embodiment, the electric machine comprises an electronic control circuit for supplying current to the coils on the stator.
Zweckmäßig weist der Rotor Mittel zur Start-Positionierung des Rotors auf.Suitably, the rotor has means for starting positioning of the rotor.
In einer weiteren Variante ist der Rotor mittels einer Lagerung, insbesondere eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung, gelagert.In a further variant, the rotor is mounted by means of a bearing, in particular a plain bearing or a roller bearing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Die Elektromaschine
Das Gehäuse
In
In
In
In
In
In
In
In
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19810473 A1 [0003] DE 19810473 A1 [0003]
- EP 1722463 A1 [0004] EP 1722463 A1 [0004]
Claims (15)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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