DE102013020426A1 - Aktive Kühlung einer elektrischen Maschine im Antriebsstrang eines Fahrzeugs - Google Patents

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    • H02K7/006Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), das einen Innenraum (3) umschließt, der einen Stator (4) und einen Rotor (6) beherbergt, sowie mit einem separaten aktiven Kühlkreislauf (21) zum Kühlen der elektrischen Maschine (1). Damit vor allem temperaturkritische Komponenten (12, 11) im Innenraum (3) besser und gezielter gekühlt werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Kühlkreislauf ein Kältemittel umgewälzt wird, das an temperaturkritischen Komponenten (12, 11) des Rotors (6) und des Stators (4) vorbei durch den vom Gehäuse (3) dichtend umschlossenen Innenraum (3) strömt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse, das einen Innenraum umschließt, der einen Stator und einen Rotor beherbergt, sowie mit einem separaten Kühlkreislauf zum Kühlen der elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer derartigen elektrischen Maschine.
  • Elektrische Maschinen im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen weisen Wirkungsgrade von bis zu 95% auf, jedoch nur, wenn ihre Betriebstemperatur unterhalb von einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten werden kann. Insbesondere im Rotor von elektrischen Maschinen verbaute Permanentmagnete sind als temperaturkritisch zu erachten, da ihre magnetischen Eigenschaften mit zunehmenden Temperaturen schlechter werden und bei sehr hohen Temperaturen verloren gehen. Zwar ist es möglich, den Temperatur-Schwellenwert durch Beimengung von seltenen Erden in die Permanentmagnete zu erhöhen, jedoch sind die dafür erforderlichen seltenen Erden ein knapper und teuerer Rohstoff.
  • Eine mögliche Alternative besteht daher darin, die elektrische Maschine zu kühlen, um durch die Kühlung die infolge der Verlustleistung in der elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme abzuführen und die Temperatur auf diese Weise unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts zu halten. Um eine elektrische Maschine im Antriebsstrang eines Fahrzeugs sowie deren Leistungselektronik ausreichend stark zu kühlen, reicht jedoch anders als bei einer Brennkraftmaschine im Antriebsstrang die Kühlung durch den Fahrtwind sowie durch einen Lüfter eines Kühlgebläses gewöhnlich nicht aus.
  • Fahrzeuge und insbesondere Kraftfahrzeuge weisen in der Regel mehrere Kühlkreisläufe auf, darunter bei Hybridfahrzeugen einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf für die Brennkraftmaschine, in dem Kühlwasser mit einer Temperatur von etwa 95 bis 115°C umgewälzt wird, sowie einen Kältemittelkreislauf für die Innenraum-Klimatisierung, in dem ein Kältemittel mit einer Temperatur von etwa 3°C umgewälzt wird. Diese Kreisläufe eignen sich jedoch nicht zur Kühlung von elektrischen Maschinen im Antriebsstrang.
  • Um eine elektrische Maschine und deren Leistungselektronik adäquat zu kühlen, bedarf es zum einen ausreichend großer Wärmeübergänge innerhalb dieser zu kühlenden Komponenten sowie zum anderen einer möglichst hohen Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel im Kühlkreislauf und den zu kühlenden Komponenten.
  • Daher wurde zur Kühlung von elektrischen Komponenten bereits ein zusätzlicher Niedertemperatur-Kühlkreislauf vorgeschlagen, in dem Kühlwasser mit einer Temperatur von weniger als 65°C umgewälzt wird. Darüber hinaus ist ein TiefniedertemperaturKühlkreislauf für eine Batterie der elektrischen Maschine bekannt, in dem Kühlwasser mit einer Temperatur von weniger als 35°C umgewälzt wird.
  • Jedoch kann bei hohen Umgebungstemperaturen auch mit diesen Kühlkreisläufen der die Temperatur der Permanentmagnete der elektrischen Maschine nicht immer unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts gehalten werden. Darüber hinaus besteht der Wunsch nach einer weiteren Absenkung die Temperatur der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik, um deren Leistung weiter zu steigern bzw. ihren Bauraum zu verkleinern, sowie um den Anteil an seltenen Erden in den Permanentmagneten und damit deren Kosten zu reduzieren.
  • Die DE 10 2012 019 005 A1 offenbart eine thermische Konditionierung von Kraftfahrzeugen, wobei ein Elektroantrieb gekühlt und die dabei anfallende Wärme zum Beheizen eines Innenraums des Fahrzeugs verwendet wird, oder wobei mittels Klimakompressoren Kälte zum thermischen Konditionieren des Elektroantriebs bereitgestellt wird.
  • Die DE 10 2012 203 695 A1 offenbart bereit eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art, deren Gehäuse in bekannter Weise einen Innenraum umschließt, der einen Stator und einen durch einen Luftspalt vom Stator getrennten Rotor umgibt. Die elektrische Maschine wird dort mit Hilfe eines separaten aktiven Kühlkreislaufs gekühlt, in dem ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel umgewälzt wird. Der Kühlkreislauf umfasst eine Rotorkühlung mit einem ersten Kühlmittelstrom und eine Statorkühlung mit einem zweiten Kühlmittelstrom. Der erste Kühlmittelstrom wird durch axiale Bohrungen in der Rotorwelle geleitet, während der zweite Kühlmittelstrom durch Kanäle in einem Mantel des Gehäuses geleitet wird. Bei dem Kühlmittel handelt es sich nicht um ein Kältemittel.
  • Die AT 512 123 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einer Leistungselektronik, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, wobei die elektrische Maschine und die Leistungselektronik einen gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen, der als Niedertemperaturkreislauf ausgebildet ist. Das vorzugsweise flüssige Kühlmittel wird dort durch ein gemeinsames Gehäuse des Stators und der Leistungselektronik geleitet.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass vor allem temperaturkritische Komponenten im Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine besser und gezielter gekühlt und damit deren Temperatur selbst bei hohen Umgebungstemperaturen stets unterhalb von einem vorbestimmten Temperatur-Schwellenwert gehalten werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Kühlkreislauf ein Kältemittel enthält, das an temperaturkritischen Komponenten des Rotors und des Stators vorbei durch den vom Gehäuse dicht umschlossenen Innenraum strömt.
  • Das Kältemittel, das gemäß DIN EN 378-1 bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur in dampfförmigem Zustand Wärme aufnimmt und diese Wärme bei höherem Druck und bei höherer Temperatur wieder abgibt, wird in einem geschlossenen Kältekreis mit einem Kompressor und einem Kondensator durch den Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine umgewälzt, wo die Wärmeaufnahme beim Kontakt mit den temperaturkritischen Komponenten erfolgt, während die Wärmeabgabe im Kondensator erfolgt.
  • Anders als bei der DE 10 2012 203 695 A1 wird das Kältemittel bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nicht nur durch einen Statormantel und/oder durch eine Rotorwelle geleitet, die relativ weit von den temperaturkritischen Komponenten und insbesondere den Permanentmagneten des Rotors sowie den Spulen im Stator entfernt sind, sondern direkt zu diesen temperaturkritischen Komponenten, die auf diese Weise ihre Verlustwärme unmittelbar an das vorbeiströmende Kältemittel abgeben können. Durch diese direkte Kühlung können für die Permanentmagnete des Rotors Rohstoffe mit einem geringeren Anteil an seltenen Erden eingesetzt werden, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.
  • Im Vergleich zu der bekannten Niedertemperaturkühlung von elektrischen Maschinen kann zudem die Temperaturdifferenz zwischen den zu kühlenden temperaturkritischen Komponenten und dem Kältemittel vergrößert werden, wodurch wiederum die Kühlleistung gesteigert werden kann. Durch den separaten Kühlkreislauf der elektrischen Maschine wird zudem bei Hybridfahrzeugen die Kühlwasservorlauftemperatur der Brennkraftmaschine nicht erhöht, wenn die elektrische Maschine vor der Brennkraftmaschine im Hochtemperatur-Kühlkreislauf angeordnet ist. Gegebenenfalls kann sogar auf eine zusätzliche Niedertemperaturkühlung ganz verzichtet werden, wenn die elektrische Maschine in einem eigenen Niedertemperatur-Kühlkreislauf angeordnet ist, was ebenfalls zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.
  • Durch die gesteigerte Kühlleistung und die dadurch bewirkte effektivere Kühlung der temperaturkritischen Komponenten ist darüber hinaus eine weitere Leistungssteigerung und/oder Verkleinerung des Bauraums der elektrischen Maschine möglich.
  • Das im Kühlkreislauf oder Kältekreis umgewälzte Kältemittel wird zweckmäßig nicht nur zur Kühlung der elektrischen Maschine sondern auch zur Kühlung von deren Leistungselektronik genutzt, wobei deren Verlustwärme vorteilhaft ebenfalls direkt an das an der Leistungselektronik vorbeiströmende Kältemittel abgegeben wird.
  • Die Verwendung eines durch den Innenraum strömenden dampfförmigen Kältemittels hat gegenüber der Verwendung eines flüssigen Kühlmittels den Vorteil, dass zum einen die reibungsbedingte Abbremsung des Rotors nur sehr gering ist. Zum anderen besitzen flüssige Kühlmittel häufig eine gewisse elektrische Leitfähigkeit, die bei einem Vorbeitritt des Kühlmittels an stromführenden Bauteilen zu Kurzschlüssen führen könnte.
  • Um für eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und den zu kühlenden Komponenten im Innenraum des Gehäuses zu sorgen, weist das Kältemittel beim Eintritt in den Innenraum vorzugsweise eine Temperatur von weniger als 10°C auf. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass das Kältemittel unter Druck und in flüssiger Form bis zum Innenraum zugeführt und erst beim Eintritt in den Innenraum oder kurz vor dem Vorbeitritt an den temperaturkritischen Komponenten entspannt wird.
  • Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine mindestens einen Zufuhrkanal zur Zufuhr des Kältemittels in den Innenraum und mindestens einen Abfuhrkanal, durch den das erwärmte Kältemittel wieder aus dem Innenraum des Gehäuses abgeführt werden kann. Vorteilhaft umfasst die elektrische Maschine weiter Verteilerkanäle, durch die das Kältemittel im Innenraum zu den temperaturkritischen Komponenten geleitet wird.
  • Der Zufuhrkanal ist vorteilhaft mit einem Kondensator des Kältekreises verbunden, in dem das verdichtete dampfförmige Kältemittel verflüssigt wird, bevor es durch den Zufuhrkanal in den Innenraum des Gehäuses bzw. zu den zu kühlenden Komponenten zugeführt wird. Zweckmäßig wird das Kältemittel zwischen dem Kondensator und dem Innenraum entspannt, vorzugsweise beim Eintritt in den Innenraum oder beim Austritt aus den Verteilerkanälen unmittelbar vor dem Vorbeitritt an den temperaturkritischen Komponenten, so dass es beim Vorbeitritt an den letzteren seine geringste Temperatur besitzt. Der Kondensator wird vorzugsweise durch einen Kühlkreislauf des Fahrzeugs gekühlt, im Falle eines Hybridfahrzeugs am besten durch den Hochtemperatur-Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine.
  • Um den Rotor über dessen gesamte Länge zu kühlen, wird das Kältemittel vorzugsweise an mehreren Stellen entlang des Rotors in den Innenraum und/oder zu den temperaturkritischen Komponenten geleitet. Dies lässt sich am einfachsten dadurch erreichen, dass mindestens ein Teil des Kältemittels durch eine Rotorwelle des Rotors in das Gehäuse der elektrischen Maschine geleitet wird. Die Rotorwelle weist zweckmäßig mehrere entlang der Rotorwelle verteilte Bohrungen oder Durchgangsöffnungen auf, die mit dem Innenraum oder Verteilerkanälen kommunizieren. Durch diese Bohrungen oder Durchgangsöffnungen kann das Kältemittel aus der Rotorwelle entweder direkt in den Innenraum oder in die Verteilerkanäle strömen, um es an den weniger temperaturkritischen Stellen vorbei direkt zu den temperaturkritischen Komponenten zu leiten. Auf diese Weise kann das Kältemittel in unmittelbaren Kontakt mit den temperaturkritischen Komponenten gebracht oder sehr nahe an diesen vorbei geleitet werden, wodurch in diesen Komponenten eine sehr wirkungsvolle Temperaturabsenkung möglich ist. Dies wiederum ermöglicht eine Reduzierung des Anteils an seltenen Erden in den Permanentmagneten und damit eine Kostensenkung.
  • Da im Inneren des Gehäuses zwischen den Stirnseiten des Rotors und den gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses jeweils ein radialer Zwischenraum vorhanden ist, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zumindest ein Teil des Kältemittels entlang der Stirnseiten des Gehäuses durch dessen Innenraum oder durch Verteilerkanäle nach außen zu den Spulen im Stator geleitet wird, um diese direkt zu kühlen.
  • Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Teil des Kältemittels durch Verteilerkanäle innerhalb des Rotors in den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator geleitet wird, durch den es in axialer Richtung an den Permanentmagneten des Rotors vorbeiströmt und diese wirkungsvoll kühlt.
  • Nach dem Vorbeitritt an den Spulen im Stator und/oder an den Permanentmagneten strömt das erwärmte Kältemittel zweckmäßig zu einem Abfuhrkanal, durch den es aus dem Gehäuse abgeführt wird. Der Abfuhrkanal mündet zweckmäßig im Bereich des Stators in den Innenraum des Gehäuses und vorteilhaft nur in den Zwischenraum an einer der beiden entgegengesetzten Stirnseiten des Gehäuses, um den Bauraum der elektrischen Maschine so klein wie möglich zu halten. Das Kältemittel, das an der entgegengesetzten Stirnseite in den Innenraum zugeführt worden ist, wird vorzugsweise durch Kühlkanäle in einem äußeren Kühlmantel des Stators zu der Stirnseite des Gehäuses geleitet, an welcher der Abfuhrkanal in den Innenraum mündet.
  • Der Abfuhrkanal ist vorteilhaft mit einem Kompressor des Kältekreises verbunden, in dem das Kältemittel vor der Zufuhr in den Kondensator verdichtet wird. Der Kompressor wird zweckmäßig direkt von der elektrischen Maschine angetrieben, ggf. über eine dazwischen angeordnete Kupplung. Eine besonders kompakte Bauweise ist möglich, wenn der Kompressor gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in das Gehäuse der elektrischen Maschine oder in das Gehäuse eines der elektrischen Maschine nachgeschalteten Getriebes des Antriebsstrangs integriert wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittansicht durch eine Hälfte einer elektrischen Maschine in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs.
  • Die in der Zeichnung dargestellte elektrische Maschine 1 dient zusammen mit einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) als Fahrantrieb eines Hybridfahrzeugs sowie als Generator und bildet einen Teil des Antriebsstrangs (nicht dargestellt) des Fahrzeugs.
  • Die elektrische Maschine 1 umfasst ein Gehäuse 2 (nur teilweise dargestellt), das zwischen ein Gehäuse der Brennkraftmaschine und ein Gehäuse eines Getriebes (nicht dargestellt) des Fahrzeugs eingesetzt ist. Das allgemein hohlzylindrische Gehäuse 2 umgibt einen Innenraum 3, einen Stator 4 und einen durch einen Luftspalt 5 vom Stator 4 getrennten Rotor 6, der zusammen mit dem Stator 4 im Innenraum 3 des Gehäuses 2 untergebracht ist. Der Rotor 6 wird von einer Rotorwelle 7 getragen, die in Drehlagern (nicht dargestellt) um eine Drehachse 8 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Stator 4 ist ein Kühlmantel 9 angeordnet.
  • Der Stator 4 besteht im Wesentlichen aus einem Statorblechpaket 10 und Spulen 11, die in Längsnuten des Statorblechpakets 10 eingesetzt sind und an den beiden entgegengesetzten Stirnenden des Stators 4 über das Statorblechpaket 10 überstehen.
  • Der Rotor 6 umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagneten 12, die entlang des äußeren Umfangs des Rotors 6 an dessen Umfangsfläche oder in der Nähe des Luftspalts 5 in den Rotor eingesetzt sind. Der Rotor 6 ist drehfest mit der Rotorwelle 7 verbunden, die eine axiale Sacklochbohrung 13 und mehrere, in die Sacklochbohrung 13 mündende radiale Durchgangsbohrungen 14 aufweist.
  • Zwischen den beiden entgegengesetzten Stirnenden des Stators 4, des Rotors 6 und Kühlmantels 9 einerseits und der benachbarten Brennkraftmaschine bzw. dem benachbarten Getriebe andererseits befindet sich jeweils ein Zwischenraum 15, der sich von der Rotorwelle 7 aus radial nach außen bis zum Gehäuse 2 erstreckt. Durch jeden der beiden Zwischenräume 15 erstreckt sich eine Mehrzahl von radialen Verteilerkanälen 16, die im Winkelabstand voneinander um die Drehachse 8 herum angeordnet sind und von denen nur zwei dargestellt sind. In der Mitte des Rotors 6 befindet sich ebenfalls eine Mehrzahl von Verteilerkanälen 17, die im Winkelabstand voneinander um die Drehachse 8 herum angeordnet sind und von denen nur einer dargestellt ist.
  • Die Verteilerkanäle 16 sind stationär und liegen mit ihrem radial inneren Ende jeweils gegen eine Umfangsnut 18 der Rotorwelle 7 an, die mit der benachbarten Durchgangsbohrung 14 kommuniziert. Zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Verteilerkanälen 16 ist die Umfangsnut 18 zum Innenraum 3 hin abgedichtet. Die offenen äußeren Enden der Verteilerkanäle 16 befinden sich radial einwärts von den überstehenden Stirnenden der Spulen 11 jenseits des Luftspalts 5.
  • Die Verteilerkanäle 17 erstrecken sich radial durch den Rotor 6 und münden mit ihren äußeren Enden mittig in den Luftspalt 5. Das innere Ende jedes Verteilerkanals 17 ist dicht mit einer benachbarten Durchgangsbohrung 14 in der Rotorwelle 7 verbunden.
  • Der zum Getriebe benachbarte Zwischenraum 15 weist eine Austrittsöffnung 19 auf, die unmittelbar benachbart vom Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Kühlmantel 9 wird gegenüber von der Austrittsöffnung 19 von einem Kühlkanal 20 durchsetzt, der die beiden Zwischenräume 15 miteinander verbindet.
  • Weiter umfasst die elektrische Maschine 1 einen separaten aktiven Kältekreis 21, der zur Kühlung der elektrischen Maschine 1 und von deren Leistungselektronik (nicht dargestellt) dient. Durch den geschlossenen Kältekreis 21 wird ein Kältemittel umgewälzt, das bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur Wärme aufnimmt und die Wärme bei höherem Druck und bei höherer Temperatur wieder abgibt.
  • Der Kältekreis 21 umfasst einen Kompressor 22 zum Verdichten des erwärmten Kältemittels und einen dem Kompressor 22 nachgeschalteten Kondensator 23 zum Kühlen und Verflüssigen des verdichteten erwärmten Kältemittels, die beide innerhalb des Gehäuses 2 oder des benachbarten Getriebegehäuses angeordnet und in der Zeichnung nur schematisch dargestellt sind. Der Kompressor 22 wird von der elektrischen Maschine 1 angetrieben. Der Kondensator 23 umfasst einen Wärmetauscher 24 im Flüssigkeitskontakt mit kaltem Kühlwasser in einem Hochtemperatur-Kühlkreislauf 25 der Brennkraftmaschine und ist durch eine Verbindungsleitung 26 mit dem Kompressor 22 verbunden.
  • Der Kältekreis 21 umfasst weiter einen Zufuhrkanal 27 zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kondensator 23 in die elektrische Maschine 1. Der Zufuhrkanal 27 verbindet den Kondensator 23 mit dem offenen Ende der axialen Sacklochbohrung 13 der Rotorwelle 7, die ebenso wie die radialen Durchgangsbohrungen 14, die Verteilerkanäle 16, 17, der Innenraum 3 zwischen den äußeren Enden der Verteilerkanäle 16, 17 und der Austrittsöffnung 19 und der Kanal 20 weitere Teile des vom Kältemittel durchströmten Kältekreises 21 bilden. Darüber hinaus umfasst der Kältekreis 14 einen Abfuhrkanal 28 zur Abfuhr von erwärmten Kältemittel aus dem Innenraum 3 der elektrischen Maschine 1, der die Austrittsöffnung 19 mit dem Kompressor 22 verbindet, sowie einen Rückführkanal 30 zur Rückführung von gekühltem flüssigem Kältemittel.
  • Im Betrieb der elektrischen Maschine 1 wird das Kältemittel vom Kompressor 22 verdichtet. Das verdichtete Kältemittel strömt durch die Verbindungsleitung 26 in den Kondensator 23, wo es verflüssigt wird. Das verflüssigte, unter Druck stehende Kältemittel wird vom Kondensator 23 durch den Zufuhrkanal 27, die Sacklochbohrung 13 und die Durchgangsbohrungen 14 der Rotorwelle 7 in die Verteilerkanäle 16 und 17 geleitet. Beim Austritt aus den verengten oder mit Drosseln bzw. Expansionsventilen 29 versehenen offenen Enden der Verteilerkanäle 16, 17 entspannt sich das Kältemittel, wobei es auf eine Temperatur von weniger als 10°C abgekühlt wird.
  • Das aus den äußeren Enden der Verteilerkanäle 16 austretende abgekühlte Kältemittel strömt die überstehenden Stirnenden der Spulen 11 an und kühlt diese wirkungsvoll. Das aus den aus den äußeren Enden der Verteilerkanäle 17 austretende abgekühlte Kältemittel tritt in den Luftspalt 5 ein und strömt in entgegengesetzten Richtungen entlang des Luftspalts 5 in die beiden Zwischenräume 15, wobei es die Permanentmagnete 12 am äußeren Umfang des Rotors 6 wirkungsvoll kühlt. Dabei nimmt das Kältemittel bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur Wärme aus den Spulen 11 im Stator 4 und den Permanentmagneten 12 auf.
  • In dem zum Getriebe benachbarten Zwischenraum 15 strömt das erwärmte Kältemittel direkt nach außen zu der Austrittsöffnung 19, durch die das dampfförmige Kältemittel den Innenraum 3 verlässt. In dem zur Brennkraftmaschine benachbarten Zwischenraum 15 strömt das erwärmte Kältemittel nach außen bis zum Kanal 20 des Kühlmantels 9, in dem es abgekühlt und verflüssigt wird. Aus dem Kanal 20 des Kühlmantels 9 wird das verflüssigte Kältemittel durch die Rückführleitung 30 abgeführt, die hinter dem Kondensator 23 in die Zufuhrleitung 27 mündet.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    elektrische Maschine
    2
    Gehäuse
    3
    Innenraum
    4
    Stator
    5
    Luftspalt
    6
    Rotor
    7
    Rotorwelle
    8
    Drehachse
    9
    Kühlmantel
    10
    Statorblechpaket
    11
    Spulen
    12
    Permanentmagnete
    13
    axiale Sacklochbohrung
    14
    radiale Durchgangsbohrungen
    15
    Zwischenraum
    16
    Verteilerkanäle
    17
    Verteilerkanäle
    18
    Umfangsnut
    19
    Austrittsöffnung
    20
    Kühlkanal
    21
    Kältekreis
    22
    Kompressor
    23
    Kondensator
    24
    Wärmetauscher
    25
    Hochtemperatur-Kühlkreislauf
    26
    Verbindungsleitung
    27
    Zufuhrkanal
    28
    Abfuhrkanal
    29
    Drosseln bzw. Expansionsventile
    30
    Rückführleitung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012019005 A1 [0008]
    • DE 102012203695 A1 [0009, 0014]
    • AT 512123 A1 [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 378-1 [0013]

Claims (10)

  1. Elektrische Maschine (1) für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), das einen Innenraum (3) umschließt, der einen Stator (4) und einen Rotor (6) beherbergt, sowie mit einem separaten aktiven Kühlkreislauf (21) zum Kühlen der elektrischen Maschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreislauf ein Kältemittel umgewälzt wird, das an temperaturkritischen Komponenten (12, 11) des Rotors (6) und des Stators (4) vorbei durch den vom Gehäuse (3) dichtend umschlossenen Innenraum (3) strömt.
  2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kältemittel bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur Wärme von den temperaturkritischen Komponenten (12, 11) des Rotors (6) und des Stators (4) aufnimmt und die Wärme bei höherem Druck und bei höherer Temperatur wieder abgibt.
  3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf einen Kompressor (22) und einen Kondensator (23) umfasst.
  4. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel beim Eintritt in den Innenraum (3) oder beim Vorbeitritt an den temperaturkritischen Komponenten (12, 11) eine Temperatur von weniger als 10°C aufweist.
  5. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel unter Druck und in flüssiger Form in die elektrische Maschine (1) zugeführt und beim Eintritt in den Innenraum (3) oder kurz vor dem Vorbeitritt an temperaturkritischen Komponenten (12, 11) entspannt wird.
  6. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Kältemittels durch eine Rotorwelle (7) des Rotors (6) hindurch in die elektrische Maschine (1) strömt.
  7. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Kältemittels durch Verteilerkanäle (16, 17) im Innenraum (3) und/oder im Rotor (6) in die Nähe der temperaturkritischen Komponenten (12, 11) strömt.
  8. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Kältemittels durch einen Luftspalt (5) zwischen dem Rotor (6) und dem Stator (4) strömt.
  9. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Kältemittels im Bereich des Stators (4) aus der elektrischen Maschine (1) abgeführt wird.
  10. Fahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer elektrischen Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche im Antriebsstrang.
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