DE102010007636B4

DE102010007636B4 - Elektromaschinenanordnung

Info

Publication number: DE102010007636B4
Application number: DE102010007636.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Schmid
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2023-12-14
Anticipated expiration: 2030-02-06
Also published as: DE102010007636A1

Abstract

Elektromaschinenanordnung mit mindestens zwei elektrischen Maschinen, wobei die beiden elektrischen Maschinen von einer gemeinsamen Kühleinrichtung (4) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) als Gussteil ausgeführt ist, wobei die Kühleinrichtung (4) zwei Kühlwendeln (21,22) umfasst, die sich spiralförmig um die Elektromaschinenanordnung (1) herum erstrecken, wobei die beiden Kühlwendeln (21,22) gegenläufig von einem Kühlmediumstrom durchströmt werden, wobei sich die beiden Kühlwendeln (21,22) mehrgängig um die Elektromaschinenanordnung (1) herum winden, wobei die beiden Kühlwendeln (21,22) an einem ersten Ende (31) der Kühleinrichtung (4) jeweils eine Öffnung aufweisen, die den Eintritt beziehungsweise den Austritt von Kühlmedium ermöglichen, wobei die beiden Kühlwendeln (21,22) an einem zweiten Ende (32) der Kühleinrichtung (4) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschinenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die gattungsbildende deutsche Offenlegungsschrift DE 102 48 715 A1 offenbart einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei Statoren der elektrischen Maschinen auf einen gemeinsamen Träger aufgenommen sind, der eine zum Kühlen der Statoren dienende Kühleinrichtung aufweist. Weitere gattungsgemäße Elektromaschinenanordnungen sind in den vorveröffentlichten Druckschriften DE 600 32 665 T2 , DE 18 34 602 U und US 2 414 532 A offenbart. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 040 873 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusegussrohlings für ein Gehäuse einer elektrischen Maschine aus Aluminium mit einer Sandform. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 697 03 128 T2 offenbart einen Kühlmantel für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung dieses Kühlmantels. Die japanische Offenlegungsschrift JP H09- 308 183 A offenbart einen flüssigkeitsgekühlten Motorrahmen mit einem spiralförmigen Kältemitteldurchgang von einem Ende zum anderen Ende eines Rahmenkörpers mit Kehrtwenden an den Enden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektromaschinenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist durch eine Elektromaschinenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die beiden elektrischen Maschinen sind vorzugsweise in Längsrichtung nebeneinander angeordnet und umfassen eine gemeinsame Drehachse. Dabei sind die beiden elektrischen Maschinen an ihren einander zugewandten Enden voneinander getrennt. Die Trennlinie stellt vorzugsweise eine Symmetrieachse der Elektromaschinenanordnung dar. Abtriebswellen der elektrischen Maschinen erstrecken sich vorzugsweise von den einander abgewandten Enden der elektrischen Maschinen in entgegengesetzte Richtungen. Die Kühleinrichtung dient dazu, den Wirkungsgrad der Elektromaschinenanordnung zu verbessern. Das Gehäuse ist vorzugsweise als Aluminiumgussgehäuse ausgeführt. Die Kühlkanäle der Kühleinrichtung können zum Beispiel durch Einlegen einer Kühlspirale vor dem Gießen in das Gehäuse hergestellt werden, die nach dem Gießen in dem Gehäuse verbleibt. Alternativ ist ein Einlegen eines Sandkerns, der sich nach dem Gießen verliert, vorgesehen. Durch die gegenläufige Durchströmung werden Vor- und Rücklaufkanäle geschaffen, die eine besonders günstige Temperaturverteilung ermöglichen. Die Kühlwendeln winden sich vorzugsweise zweigängig um die Elektromaschinenanordnung herum. Die beiden Kühlwendeln haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt. An dem zweiten Ende der Kühleinrichtung gehen die beiden Kühlwendeln ineinander über. Im Verbindungsbereich, der auch als Wendepunkt oder Umlenkstelle bezeichnet wird, wird der Kühlmediumstrom umgelenkt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung mindestens einen Kühlkanal in einem Gehäuse der Elektromaschinenanordnung umfasst, das die beiden elektrischen Maschinen umgibt. Vorzugsweise sind mehrere Kühlkanäle in dem Gehäuse der Elektromaschinenanordnung vorgesehen. Vorzugsweise sind sämtliche Kühlkanäle der Kühleinrichtung in das Gehäuse der Elektromaschinenanordnung integriert. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine besonders effektive Kühlung der beiden Elektromaschinen ermöglicht.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Elektromaschinenanordnung. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug, das zusätzlich zu der Elektromaschinenanordnung zum Beispiel noch eine Brennkraftmaschine umfasst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektromaschinenanordnung mit einer integrierten Kühleinrichtung;
2 eine perspektivische Darstellung der Kühleinrichtung aus 1 allein und
3 die Elektromaschinenanordnung aus 1 im Längsschnitt.

In den 1 und 3 ist eine Elektromaschinenanordnung 1 mit einem Gehäuse 2 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Gehäuse 2 umfasst einen Gehäusekörper 3, in den eine Kühleinrichtung 4, wie sie in 2 allein perspektivisch dargestellt ist, integriert ist.
Der Gehäusekörper 3 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels, der an seinen beiden offenen Enden durch Gehäusedeckel 7, 8 verschlossen ist. Von den beiden einander abgewandten Enden des Gehäusekörpers 3 erstrecken sich Stiftschrauben 11, 12 in entgegengesetzte axiale Richtungen. An jedem Ende des Gehäusekörpers 3 sind jeweils sechs Stiftschrauben 11, 12 befestigt, die dazu dienen, zwei Getriebe an das Gehäuse 2 anzubauen.
Die Kühleinrichtung 4 umfasst einen Eingang 14 und einen Ausgang 15 für ein Kühlmedium, insbesondere für eine Kühlflüssigkeit, wie Kühlwasser mit geeigneten Zusätzen. Der Eingang 14 und der Ausgang 15 der Kühleinrichtung 4 sind, wie man in 1 sieht, an einem Ende des Gehäusekörpers 3 angeordnet.
Die Kühleinrichtung 4 hat im Wesentlichen die Gestalt einer Spirale mit einer ersten Kühlwendel 21 und einer zweiten Kühlwendel 22. Die erste Kühlwendel 21 erstreckt sich zweigängig zu der zweiten Kühlwendel 22 von einem Ende der Elektromaschinenanordnung 1 zu dem anderen Ende. Die erste Kühlwendel 21 geht von einem Eintrittsstutzen 24 aus, der den Eingang 14 für das Kühlmedium darstellt. Die zweite Kühlwendel 22 geht von einem Austrittsstutzen 25 aus, der den Ausgang 15 der Kühleinrichtung 4 darstellt. Von dem Eintrittsstutzen 24 und dem Austrittsstutzen 25 erstrecken sich die Kühlwendeln 21, 22 zweigängig zu dem anderen Ende der Kühleinrichtung 4.
Das Ende der Kühleinrichtung 4 mit dem Eintrittsstutzen 24 und dem Austrittsstutzen 25 wird auch als erstes Ende 31 bezeichnet. Das entgegengesetzte Ende wird auch als zweites Ende 32 bezeichnet. An dem zweiten Ende 32 der Kühleinrichtung 4 sind die beiden Kühlwendeln 21, 22 in einem Wendepunkt 35 miteinander verbunden, der auch als Umlenkstelle bezeichnet wird. An der Umlenkstelle 35 wird ein durch den Eintrittsstutzen 24 eintretender Kühlmediumstrom umgelenkt. Der umgelenkte Kühlmediumstrom tritt dann an dem Austrittsstutzen 25 wieder aus.
Die Elektromaschinenanordnung 1 umfasst eine erste Elektromaschine 41 und eine zweite Elektromaschine 42. Die beiden Elektromaschinen 41, 42 sind als Elektromotoren ausgeführt und umfassen jeweils einen Stator 43; 44, einen Rotor 45; 46, Wickelköpfe 47, 53; 48, 54 und eine Abtriebswelle 51; 52. Die beiden Abtriebswellen 51; 52 sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar.
Das Gehäuse 2 ist als Gussgehäuse ausgeführt. Die beiden Elektromotoren 41, 42 sind in der Mitte getrennt voneinander eingebaut. Jeder Elektromotor 41, 42 kann separat angesteuert werden.
Die Kühleinrichtung 4 dient unter anderem dazu, in der Wicklung und den Wickelköpfen 47, 53; 48, 54 des Stators 43; 44 anfallende Wärme nach außen abzuführen und dadurch den Wirkungsgrad der Elektromotoren 41, 42 zu verbessern. Die Kühleinrichtung 4 dient gleichzeitig zur Kühlung beider Elektromotoren 41, 42 und erstreckt sich spiralförmig durch den gesamten Gehäusekörper 3.
Die Kühleinrichtung 4 ist in geringem Abstand zu den Wärmequellen, wie dem Stator 43, 44 beziehungsweise den Wickelköpfen 47, 53; 48, 54, in den Gehäusekörper 3 eingebettet. Die erste Kühlwendel 21 stellt einen Vorlaufkanal und die zweite Kühlwendel 22 einen Rücklaufkanal dar.
Das Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, wird, zum Beispiel mit Hilfe einer Kühlmediumpumpe, durch den Eingang 14 in die erste Kühlwendel 21 gefördert. Das Kühlmedium durchströmt dann zunächst die erste Kühlwendel 21, wird an dem Wendepunkt 35 umgelenkt und durchströmt dann die zweite Kühlwendel 22.
Durch die Anordnung der parallel aneinander liegenden kühlen Vor- und heißen Rücklaufkanäle, sowie durch die Umkehrung der Kühlmediumströmung an dem Wendepunkt 35, erhält man auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Kühlung beziehungsweise Erwärmung des Gehäusekörpers 3 über die gesamte Oberfläche.

Claims

Elektromaschinenanordnung mit mindestens zwei elektrischen Maschinen, wobei die beiden elektrischen Maschinen von einer gemeinsamen Kühleinrichtung (4) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) als Gussteil ausgeführt ist, wobei die Kühleinrichtung (4) zwei Kühlwendeln (21,22) umfasst, die sich spiralförmig um die Elektromaschinenanordnung (1) herum erstrecken, wobei die beiden Kühlwendeln (21,22) gegenläufig von einem Kühlmediumstrom durchströmt werden, wobei sich die beiden Kühlwendeln (21,22) mehrgängig um die Elektromaschinenanordnung (1) herum winden, wobei die beiden Kühlwendeln (21,22) an einem ersten Ende (31) der Kühleinrichtung (4) jeweils eine Öffnung aufweisen, die den Eintritt beziehungsweise den Austritt von Kühlmedium ermöglichen, wobei die beiden Kühlwendeln (21,22) an einem zweiten Ende (32) der Kühleinrichtung (4) miteinander verbunden sind.
Elektromaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (4) mindestens einen Kühlkanal in einem Gehäuse (2) der Elektromaschinenanordnung (1) umfasst, das die beiden elektrischen Maschinen umgibt.
Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschinenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.