DE102013103247A1

DE102013103247A1 - Elektromaschinenmodul-Kühlsystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102013103247A1
Application number: DE102013103247A
Authority: DE
Inventors: Bradley D. Chamberlin; Colin J. Hamer; Matthew Obras
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US9331543B2; KR20130113371A; US20130264034A1

Abstract

Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das ein Gehäuse umfasst, das einen Maschinenhohlraum definiert. Ein Kühlmittelmantel kann wenigstens teilweise durch das Gehäuse definiert sein. In einigen Ausführungsformen können mehrere Kühlmittelöffnungen durch Teilbereiche des Gehäuses angeordnet sein, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum fluidleitend zu verbinden. Eine oder mehrere Solenoidbaugruppen können wenigstens teilweise durch das Gehäuse getragen werden und im Wesentlichen angrenzend an wenigstens einige der Kühlmittelöffnungen positioniert sein. Die Solenoidbaugruppen können ausgelegt sein, einen Durchfluss eines Kühlmittels von dem Kühlmittelmantel in den Maschinenhohlraum zu regeln.

Description

HINTERGRUND
Einige herkömmliche elektrische Maschinen umfassen eine Statorbaugruppe, die um eine Rotorbaugruppe angeordnet ist. Einige Statorbaugruppen umfassen mehrere Leiter, die in einem Statorkern positioniert sind. Während des Betriebs einiger elektrischer Maschinen fließt ein Strom durch wenigstens einige der Leiter. Um mögliche Kurzschlussvorfälle und/oder Erdungsstörfälle zu vermeiden, erfordern einige herkömmliche Aufbauten für Statorbaugruppen mehrfache Isolierungsschichten zwischen und unter den Leitern. Außerdem kann während des Betriebs einiger elektrischer Maschinen Wärmeenergie sowohl durch die Statorbaugruppe als auch die Rotorbaugruppe sowie einige andere Komponenten der elektrischen Maschine erzeugt werden. Der Anstieg der durch einige Elemente der elektrischen Maschine erzeugten Wärmeenergie kann zu einem ineffizienten Maschinenbetrieb führen.
KURZFASSUNG
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das ein Gehäuse umfasst, das einen Maschinenhohlraum definieren kann. Ein Kühlmittelmantel kann wenigstens teilweise durch das Gehäuse definiert sein. In einigen Ausführungsformen können mehrere Kühlmittelöffnungen durch Teilbereiche des Gehäuses angeordnet sein, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum fluidleitend zu verbinden. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Solenoidbaugruppen wenigstens teilweise durch das Gehäuse getragen werden und im Wesentlichen angrenzend an wenigstens einige der Kühlmittelöffnungen positioniert sein. In einigen Ausführungsformen können die Solenoidbaugruppen ausgelegt sein, einen Durchfluss eines Kühlmittels von dem Kühlmittelmantel in den Maschinenhohlraum zu regeln.
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das ein Gehäuse umfasst, das wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum definieren kann. In einigen Ausführungsformen kann ein Kühlmittelmantel wenigstens teilweise durch das Gehäuse definiert sein. In einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Maschine, die Statorwicklungsköpfe aufweist, wenigstens teilweise in dem Maschinenhohlraum angeordnet sein, so dass Teile der elektrischen Maschine wenigstens teilweise durch den Kühlmittelmantel umgeben sein können. In einigen Ausführungsformen können mehrere Kühlmittelöffnungen durch Teilbereiche des Gehäuses angeordnet sein, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum fluidleitend zu verbinden. Wenigstens einige der Kühlmittelöffnungen können im Wesentlichen angrenzend an die Statorwicklungsköpfe sein. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Solenoidbaugruppen, die einen Plunger umfassen können, wenigstens teilweise durch das Gehäuse getragen werden und können im Wesentlichen angrenzend an wenigstens einen Teil der mehreren Kühlmittelöffnungen positioniert sein. In einigen Ausführungsformen kann der Plunger wenigstens einiger der Solenoidbaugruppen ausgelegt und angeordnet sein, mit einem Teilbereich wenigstens einiger der mehreren Kühlmittelöffnungen in Eingriff zu stehen. In einigen Ausführungsformen kann ein elektronisches Steuermodul in Verbindung mit wenigstens einem Teil der Solenoidbaugruppen stehen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Perspektivansicht eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine Perspektivansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Vorderansicht eines Statorblechs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine Perspektivansicht eines Leiters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine Seitenansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die einen Temperaturunterschied veranschaulicht.
7 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Solenoidbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8A ist eine Teilquerschnittsansicht einer entregten Solenoidbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8B ist eine Teilquerschnittsansicht einer erregten Solenoidbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, ist zu verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen umfassen und auf verschiedene Weisen praktiziert oder ausgeführt werden. Es ist ebenso zu verstehen, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als beschränkend zu betrachten ist. Die Verwendung von „umfassen”, „aufweisen” oder „haben” und Variationen hiervon hierin bedeutet, dass die danach aufgeführten Elemente und Äquivalente hiervon sowie zusätzliche Elemente umfasst sind. Sofern nicht angegeben oder anderweitig beschränkt, werden die Begriffe „angebracht”, „verbunden”, „gelagert” und „gekoppelt” und Variationen hiervon breit verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Anbringungen, Verbindungen, Lagerungen und Kopplungen. Ferner sind „verbunden” und „gekoppelt” nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Die folgende Erörterung wird dargelegt, um einem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der Erfindung herzustellen und zu verwenden. Verschiedene Modifizierungen an den dargestellten Ausführungsformen sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich und die allgemeinen Prinzipien hierin können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Folglich ist es nicht beabsichtigt, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf dargestellte Ausführungsformen beschränkt sind, sondern es ist ihnen der breiteste Umfang zukommen zu lassen, der in Einklang mit den hierin offenbarten Prinzipien und Merkmalen steht. Die folgende ausführliche Beschreibung ist mit Bezug auf die Figuren zu lesen, in denen gleiche Elemente in unterschiedlichen Figuren gleiche Bezugsziffern aufweisen. Die Figuren, die nicht notwendigerweise maßstäblich sind, veranschaulichen ausgewählte Ausführungsformen und sind nicht beabsichtigt, den Umfang der Ausführungsformen der Erfindung zu beschränken. Fachleute werden erkennen, dass die hierin bereitgestellten Beispiele viele nützliche Alternativen haben, die innerhalb des Umfangs der Ausführungsformen der Erfindung fallen.
Die 1 und 2 veranschaulichen ein elektrisches Maschinenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Modul 10 kann ein Gehäuse 12 umfassen, das ein Hülsenelement 14, eine erste Endkappe 16 und eine zweite Endkappe 18 aufweist. Eine elektrische Maschine 20 kann in einem Maschinenhohlraum 22 aufgenommen sein, der wenigstens teilweise durch das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 18 definiert ist. Zum Beispiel können das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 18 über herkömmliche Befestigungsmittel (nicht dargestellt) verbunden sein oder über ein anderes geeignetes Verbindungsverfahren, um wenigstens einen Teil der elektrischen Maschine 20 in dem Maschinenhohlraum 22 zu umgeben. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 einen im Wesentlichen zylinderförmigen Behälter 15 aufweisen, der mit einer Endkappe 17 verbunden ist, wie in 2 dargestellt ist. Ferner kann in einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 Materialien aufweisen, die allgemein wärmeleitende Eigenschaften umfassen können, wie zum Beispiel, jedoch nicht beschränkt auf, Aluminium oder andere Metalle, und Materialien, die allgemein den Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine widerstehen können. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 unter Verwendung verschiedener Verfahren hergestellt werden, umfassend Gießen, Formen, Extrudieren und andere ähnliche Herstellungsverfahren.
In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 (d. h. das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 18 und/oder der Behälter 15 und die Endkappe 17) innerhalb eines zusätzlichen Tragelements (nicht dargestellt) angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Tragelement ein weiteres Gehäuse (z. B. ein Getriebegehäuse) aufweisen, in welchem das Gehäuse 12 angeordnet sein kann oder mit welchem das Gehäuse 12 verbunden sein kann. Lediglich beispielhaft kann in einigen Ausführungsformen eine Aussparung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Tragelement definiert sein. Zum Beispiel können, wie ausführlicher nachstehend erläutert wird, ein oder mehrere Kühlmittelmäntel zwischen dem Gehäuse 12 und dem Tragelement definiert sein.
Die elektrische Maschine 20 kann eine Rotorbaugruppe 24, eine Statorbaugruppe 26 und Lager 28 umfassen und kann um eine Welle 30 angeordnet sein. Wie in 1 dargestellt ist, kann die Statorbaugruppe 26 im Wesentlichen wenigstens einen Teil der Rotorbaugruppe 24 umgeben. In einigen Ausführungsformen kann die Rotorbaugruppe 24 ebenfalls eine Rotornabe 32 umfassen oder kann einen „nabenlosen” Aufbau aufweisen (nicht dargestellt).
In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 betrieblich mit dem Gehäuse 12 verbunden sein. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine 20 in dem Gehäuse 12 eingepasst sein. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 in dem Gehäuse 12 unter Verwendung einer Presspassung, eine Schrumpfpassung oder ähnlichen reibungsbasierten Passungen eingepasst sein, die wenigstens teilweise die Maschine 20 und das Gehäuse 12 betrieblich verbinden können. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Statorbaugruppe 26 in das Modulgehäuse 12 mittels Schrumpfpassung eingepasst sein. Ferner kann die Passung in einigen Ausführungsformen die Statorbaugruppe 26 und folglich die elektrische Maschine 20 wenigstens teilweise in axialen, radialen und umfänglichen Richtungen sichern. In einigen Ausführungsformen kann die Passung zwischen der Statorbaugruppe 26 und dem Gehäuse 12 während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 wenigstens teilweise dazu dienen, ein Drehmoment von der Statorbaugruppe 26 auf das Gehäuse 12 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen kann die Passung zu einem allgemein größeren Drehmomentbetrag führen, der von dem Modul 10 gehalten wird.
Die elektrische Maschine 20 kann ohne Einschränkung ein Elektromotor, wie zum Beispiel ein Hybridelektromotor, ein elektrischer Generator oder eine Fahrzeuglichtmaschine sein. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 ein elektrischer HVH-Motor (High Voltage Hairpin), ein elektrischer Innenpermanentmagnetmotor oder ein Induktionsmotor für Hybridfahrzeuganwendungen sein.
Wie in 3 dargestellt ist kann die Statorbaugruppe 26 in einigen Ausführungsformen einen Statorkern 34 und eine Statorwicklung 36 aufweisen, die wenigstens teilweise in einem Teilbereich des Statorkerns 34 angeordnet ist. Zum Beispiel kann der Statorkern 34 in einigen Ausführungsformen mehrere Bleche 38 aufweisen. Mit Bezug auf 4 können die Bleche 38 in einigen Ausführungsformen mehrere im Wesentlichen radial gerichtete Zähne 40 aufweisen. In einigen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt ist, können, wenn wenigstens ein Teil der mehreren Bleche 38 im Wesentlichen zusammengebaut ist, die Zähne 40 im Wesentlichen ausgerichtet sein, mehrere Schlitze 42 zu definieren, die ausgelegt und angeordnet sind, wenigstens einen Teilbereich der Statorwicklung 36 zu tragen. Wie in 4 dargestellt ist, können die Bleche 38 in einigen Ausführungsformen sechzig Zähne 40 umfassen und folglich kann der Statorkern 28 sechzig Schlitze 42 umfassen. In anderen Ausführungsformen können die Bleche 38 mehr oder weniger Zähne 40 umfassen und dementsprechend kann der Statorkern 34 mehr oder weniger Schlitze 42 umfassen. Außerdem kann der Statorkern 34 in einigen Ausführungsformen einen Innenumfang 41 und einen Außenumfang 43 aufweisen. Zum Beispiel kann der Statorkern 34 in einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen zylinderförmige Bauform aufweisen, so dass die Innen- und Außenumfänge 41, 43 Innen- bzw. Außendurchmesser aufweisen können. In anderen Ausführungsformen kann der Statorkern 34 jedoch andere Bauformen (z. B. quadratisch, rechteckig, elliptisch, regelmäßig oder unregelmäßig polygonal, etc.) aufweisen und folglich können die Innen- und Außenumfänge 41, 43 andere Abmessungen aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Statorwicklung 36 mehrere Leiter 44 aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 eine im Wesentlichen segmentierte Bauform (z. B. eine Haarnadelbauform) aufweisen, wie in den 3 und 5 dargestellt ist. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen wenigstens ein Teil der Leiter 44 einen Wendungsabschnitt 46 und wenigstens zwei Beinabschnitte 48 umfassen. Der Wendungsabschnitt 46 kann zwischen zwei Beinabschnitten 48 angeordnet sein, um die zwei Beinabschnitte 48 zu verbinden, die im Wesentlichen parallel sein können. Außerdem kann der Wendungsabschnitt 46 in einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen „u-förmige” Bauform aufweisen, obwohl in einigen Ausführungsformen der Wendungsabschnitt 46 eine v-Form, eine Wellenform, eine Kurvenform und andere Formen aufweisen kann. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen, wie in 5 dargestellt ist, wenigstens ein Teil der Leiter 44 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann wenigstens ein Teil der Leiter 44 andere Querschnittsformen aufweisen, wie zum Beispiel im Wesentlichen kreisförmig, quadratisch, hemisphärisch, regelmäßig oder unregelmäßig polygonal, etc. In einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 andere Bauformen aufweisen (z. B. im Wesentlichen eine nicht-segmentierte Bauform). In einigen Ausführungsformen kann, wie in 3 dargestellt ist, wenigstens ein Teil der Leiter 44 im Wesentlichen in den Schlitzen 42 positioniert sein. Zum Beispiel kann der Statorkern 34 in einigen Ausführungsformen derart ausgelegt sein, dass die mehreren Schlitze 42 im Wesentlichen axial angeordnet sind. Die Beinabschnitte 48 können in die Schlitze 42 eingesetzt werden, so dass sich wenigstens einige der Beinabschnitte 48 axial durch den Statorkern 34 erstrecken können. In einigen Ausführungsformen können die Beinabschnitte 48 in benachbarte Schlitze 42 eingesetzt werden. Zum Beispiel können die Beinabschnitte 48 eines Leiters 44 in Schlitzen angeordnet sein, die etwa eine magnetische Polteilung entfernt (z. B. sechs Schlitze, acht Schlitze, etc.) beabstandet sind. In einigen Ausführungsformen können mehrere Leiter 44 in dem Statorkern 34 angeordnet sein, so dass sich wenigstens einige der Wendungsabschnitte 46 der Leiter 44 von dem Statorkern 34 an einem ersten axialen Ende 50 des Statorkerns 34 erstrecken und sich wenigstens einige der Beinabschnitt 48 axial von dem Statorkern 34 an einem zweiten axialen Ende 52 des Statorkerns 34 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann wenigstens ein Teil der Bereiche der Leiter 44, die sich axial von dem Kern 34 an den axialen Enden 50, 52 erstrecken, Statorwicklungsköpfe 54 aufweisen.
In einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 allgemein aus einem im Wesentlichen geradlinigen Leiter 44 hergestellt sein, der in eine Form geformt und angeordnet sein kann, die im Wesentlichen ähnlich dem Leiter in 5 ist. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen eine Maschine (nicht dargestellt) eine Kraft auf wenigstens einen Abschnitt eines Leiters 44 anwenden (z. B. biegen, drücken, ziehen oder anderweitig betätigen), um im Wesentlichen den Wendungsabschnitt 46 und die zwei Beinabschnitte 48 eines einzelnen Leiters 44 zu bilden.
In einigen Ausführungsformen können wenigstens einige der Beinabschnitte 48 mehrere Bereiche aufweisen. Die Beinabschnitte 48 können Schlitzabschnitte 56, winkelige Abschnitte 58 und Verbindungsabschnitte 60 aufweisen. Wie zuvor erwähnt wurde, können in einigen Ausführungsformen die Beinabschnitte 48 in den Schlitzen 42 angeordnet sein und können sich axial von dem ersten Ende 50 zu dem zweiten Ende 52 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann nach dem Einbringen wenigstens ein in den Schlitzen 42 positionierter Teil der Beinabschnitte 48 den Schlitzabschnitt 56 aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Beinabschnitte 48 in einigen oder allen Schlitzen 42 im Wesentlichen radial ausgerichtet sein, wie in 3 dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen können die Beinabschnitte 48 in einigen oder allen Schlitzen 42 andere Bauformen aufweisen.
In einigen Ausführungsformen können wenigstens einige der Statorwicklungsköpfe 54, die sich von dem Statorkern 34 an dem zweiten axialen Ende 52 erstrecken, die winkeligen Abschnitte 58 und die Verbindungsabschnitte 60 aufweisen. Nach dem Einbringen der Leiter 44 in den Statorkern 34 können in einigen Ausführungsformen die Beinabschnitte 48, die sich von dem Statorkern 34 an dem zweiten axialen Ende 52 erstrecken, einem Biegevorgang (nicht dargestellt) unterzogen werden, der zur Erzeugung der winkeligen Abschnitte 58 und den Verbindungsabschnitten 60 führen kann. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Biegevorgang die winkeligen Abschnitte 58 an einer axial weiter innen liegenden Position vorsehen und die Verbindungsabschnitte 60 an einer axial weiter außen liegenden Position, wie in den 3 und 5 dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen können nach dem Biegevorgang die Verbindungsabschnitte 60 wenigstens eines Teils der Leiter 44 unmittelbar angrenzend an die Verbindungsabschnitte 60 anderer Leiter 44 sein. Folglich können die Verbindungsabschnitte 60 miteinander verbunden sein, um eine oder mehrere Statorwicklungen 36 zu bilden. In einigen Ausführungsformen können die Verbindungsabschnitte 60 mittels Schweißen, Hartlöten, Löten, Verschmelzen, Kleben oder anderer Verbindungsverfahren verbunden werden. Zusätzlich können sich in einigen Ausführungsformen die winkeligen Abschnitt 58 und die Verbindungsabschnitte 60 von dem ersten axialen Ende 50 erstrecken und können in einer ähnlichen Weise wie einige zuvor erwähnte Ausführungsformen ausgelegt und angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen können einige Komponenten der elektrischen Maschine 20, wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, die Rotorbaugruppe 24, die Statorbaugruppe 26 und die Statorwicklungsköpfe 54, während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 Wärme erzeugen. Wie durch die in 6 dargestellten Temperaturwerte widergespiegelt wird, können zum Beispiel unterschiedliche Bereiche der Statorbaugruppe 26 (z. B. unterschiedliche Bereiche der Statorwicklungsköpfe 54) bei unterschiedlichen Temperaturen unter unterschiedlichen Bedingungen arbeiten. Unter einigen oder allen Bedingungen (z. B. variierenden Betriebsdrehzahlen, Lasten und Betriebsrichtung) können unterschiedliche Bereiche der Statorbaugruppe 26 bei höheren und niedrigeren Temperaturen arbeiten. Außerdem können sich während des Betriebs des Moduls 10 einige oder alle Bedingungen, wie zum Beispiel Drehzahl, Last und/oder Richtung, ändern, so dass sich die Betriebstemperaturen in unterschiedlichen Bereichen als Folge der Änderung der Bedingungen ändern können. Während des Betriebs des Moduls 10 kann sich die Temperatur in unterschiedlichen Bereichen der Statorwicklungsköpfe 54 während des Betriebs des Moduls 10 fortlaufend ändern.
Um eine optimierte Leistungsdichte für das elektrische Maschinenmodul 10 zu schaffen, kann es wünschenswert sein, dass die elektrische Maschine 20 fortlaufend auf einem hohen Leistungsniveau arbeitet, was durch eine relativ sorgfältige und adäquate Kühlung erreicht werden kann. In einigen herkömmlichen elektrischen Maschinenmodulen können Kühlanordnungen während der Lebensdauer des Moduls 10 festgelegt sein (d. h. die Kühlanordnung kann während der Entwurfsphase des Moduls 10 vorherbestimmt werden und in den physischen Aufbau des Moduls 10 einbezogen werden). In einigen oder allen diesen herkömmlichen Modulen kann die Kühlung (z. B. fließt ein Kühlmittel von einem Kühlmittelmantel zu den Statorwicklungsköpfen 54) nicht an die thermischen Änderungen in den Statorwicklungsköpfen angepasst werden. Folglich kann eine sorgfältige und adäquate Kühlung nicht beständig erreicht werden, da unter vielen Bedingungen einige oder alle der herkömmlichen Modulkühlungsanordnungen nicht in der Lage sind, eine Kühlung für die wechselnden Wärmeschemen der Statorwicklungsköpfe 54 bereitzustellen. Wie nachstehend erläutert wird, können einige Ausführungsformen der Erfindung dynamische Kühlungsanordnungen aufweisen um zu ermöglichen, dass einige elektrische Maschinenmodule 10 auf einem oder nahe einem kontinuierlichen Spitzenleistungsniveau arbeiten.
Wie in 1 dargestellt ist, kann das Gehäuse 12 in einigen Ausführungsformen einen Kühlmittelmantel 62 aufweisen. Zum Beispiel kann das Hülsenelement 14 in einigen Ausführungsformen eine Innenfläche 64 und eine Außenfläche 66 umfassen und kann der Kühlmittelmantel 62 im Wesentlichen zwischen den Flächen 64, 66 positioniert sein. Wie zuvor erwähnt wurde, können in einigen Ausführungsformen der Behälter 15 und die Endkappe 17 in einem weiteren Gehäuse angeordnet sein und eine Aussparung (nicht dargestellt) kann zwischen einem Außenumfang des Behälters 15 und dem anderen Gehäuse (nicht dargestellt) definiert sein. In einigen Ausführungsformen kann die Aussparung den Kühlmittelmantel 62 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Kühlmittelmantel 62 im Wesentlichen wenigstens einen Teil der elektrischen Maschine 20 umgeben. Zum Beispiel kann der Kühlmittelmantel 62 im Wesentlichen wenigstens einen Teil des Außenumfangs 43 der Statorbaugruppe 26 einschließlich der Statorwicklung 36 umgeben, die sich sowohl an dem ersten Ende 50 als auch an dem zweiten Ende 52 erstreckt (d. h. die Statorwicklungsköpfe 54).
Ferner kann der Kühlmittelmantel 62 in einigen Ausführungsformen ein Kühlmittel enthalten, das Getriebeöl, Ethylenglykol, eine Ethylenglykol-/Wasser-Mischung, Wasser, Öl, Motoröl, einen Nebel, ein Gas oder eine andere Substanz, die durch das elektrische Maschinenmodul 10 erzeugte Wärmeenergie aufnehmen kann, umfasst. Der Kühlmittelmantel 62 kann in fluidleitender Verbindung mit einer Kühlmittelquelle (nicht dargestellt) stehen, die das Kühlmittel unter Druck setzen kann bevor oder während es in den Kühlmittelmantel 62 abströmt, so dass das unter Druck gesetzte Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 62 zirkulieren kann.
Ebenso können in einigen Ausführungsformen die Innenfläche 64 und/oder der Behälter 15 Kühlmittelöffnungen 68 umfassen, so dass der Kühlmittelmantel 62 in fluidleitender Verbindung mit dem Maschinenhohlraum 22 stehen kann. In einigen Ausführungsformen können die Kühlmittelöffnungen 68 im Wesentlichen angrenzend an die Statorwicklungsköpfe 56 positioniert sein. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel, während das unter Druck gesetzte Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 62 zirkuliert, wenigstens ein Teil des Kühlmittels den Kühlmittelmantel 62 durch die Kühlmittelöffnungen 68 verlassen und in den Maschinenhohlraum 22 eindringen. Ebenso kann das Kühlmittel in einigen Ausführungsformen die Statorwicklungsköpfe 54 berühren, was wenigstens zu einer Teilkühlung wenigstens teilweise abhängig von dem Betrieb der Maschine 20 führen kann. Nach dem Verlassen der Kühlmittelöffnungen 68 kann wenigstens ein Teil des Kühlmittels durch Teilbereiche des Maschinenhohlraums 22 strömen und kann verschiedene Elemente des Moduls 10 berühren, was in einigen Ausführungsformen wenigstens zu einer Teilkühlung des Moduls 10 führen kann.
In einigen Ausführungsformen kann wenigstens ein Teil des Kühlmittels von der und/oder im Wesentlichen angrenzend an die Rotorbaugruppe 24 herstammen. Zum Beispiel kann zusätzlich zu den Wärmeenergie erzeugenden Teilbereichen der Statorbaugruppe 26 ebenso die Rotorbaugruppe 24 Wärmeenergie erzeugen und für eine erhöhte Leistung Kühlung erfordern. In einigen Ausführungsformen können Teile der Rotorbaugruppe 24, wie zum Beispiel die Welle 30 und/oder die Rotornabe 32, einen oder mehrere Kanäle (nicht dargestellt) aufweisen, die in fluidleitender Verbindung mit der Kühlmittelquelle stehen. Folglich kann zusätzlich zu oder anstelle des Kühlmittels, das in den Maschinenhohlraum 22 über den Kühlmittelmantel 62 eindringt, wenigstens ein Teil des Kühlmittels in den Maschinenhohlraum 22 über die Rotorbaugruppe 24 in einer Weise eindringen, die im Wesentlichen ähnlich den Kühlmittelströmungswegen ist, die in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/016 940 offenbart sind, die demselben Begünstigten zugeteilt ist wie die vorliegende Anmeldung und die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
In einigen Ausführungsformen kann das elektrische Maschinenmodul 10 ausgelegt sein, eine verbesserte und/oder optimierte Kühlmittelverteilung durch wenigstens einige der Kühlmittelöffnungen 68 zu ermöglichen. Wie in den 7 und 8 dargestellt ist, kann das elektrische Maschinenmodul 10 in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Ventile 85 aufweisen, die mit einer oder mehreren Solenoidbaugruppen 70 verbunden sind, die innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet, von diesem getragen und/oder mit diesem verbunden sind, so dass sie im Wesentlichen angrenzend an einige oder alle Kühlmittelöffnungen 68 sind. Wie nachstehend erläutert wird, können zum Beispiel einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 ausgelegt und angeordnet sein, wenigstens einen Teil des Kühlmittelflusses von dem Kühlmittelmantel 62 in den Maschinenhohlraum 22 zu regeln. Wie in 7 dargestellt ist, können die Solenoidbaugruppen 70 in einigen Ausführungsformen mit einem Teilbereich des Gehäuses 12 verbunden sein. Zum Beispiel kann wenigstens ein Teil einiger der Solenoidbaugruppen 70 wenigstens teilweise zwischen der Innenfläche 64 und der Außenfläche 66 und/oder dem Behälter 15 und dem zusätzlichen Gehäuse positioniert sein. Als Ergebnis dieser Positionierung kann sich in einigen Ausführungsformen wenigstens ein Bereich einiger oder aller Solenoidbaugruppen 70 in den Kühlmittelmantel 62 erstrecken, was zur Regelung des Kühlmittelflusses von dem Kühlmittelmantel 62 in den Maschinenhohlraum 22 führen kann.
In einigen Ausführungsformen können die Solenoidbaugruppen 70 einen Kern 72, einen Plunger 74, eine oder mehrere Spulen 76 und eine Feder 78 aufweisen. Zum Beispiel können einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 einen herkömmlichen Solenoidaufbau aufweisen und in einigen Ausführungsformen können einige Solenoidbaugruppen 70 einen nicht-herkömmlichen Solenoidaufbau aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Kerne 72 wenigstens mit einem Teilbereich des Gehäuses 12 verbunden sein. Zum Beispiel können die Kerne 72 durch wenigstens einen Teilbereich des Gehäuses 12 angeordnet und mit diesem verbunden sein und um wenigstens einen Teilbereich eines Umfangs des Gehäuses 12 angeordnet sein, so dass die Solenoidbaugruppen 70 wenigstens teilweise Teilbereiche der elektrischen Maschine 20 umgeben (z. B. die Statorbaugruppe 26 umfassend die Statorwicklungsköpfe 54). Außerdem können die Kerne 72 in einigen Ausführungsformen derart positioniert sein, dass wenigstens ein Teil der Solenoidbaugruppen 70 (z. B. der Plunger 74) im Wesentlichen angrenzend (z. B. radial nach außen) an wenigstens einige der Kühlmittelöffnungen 68 ist, wie in 7 dargestellt ist.
Wie zuvor erwähnt wurde, können in einigen Ausführungsformen einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 einen herkömmlichen Solenoidaufbau aufweisen, wie in den 7 und 8 dargestellt ist. Zum Beispiel kann der Plunger 74 wenigstens teilweise in dem Kern 72 angeordnet sein und ausgelegt und angeordnet sein, sich innerhalb des Kerns 72 zu bewegen. In einigen Ausführungsformen können der Kern 72 und/oder der Plunger 74 ein Eisen enthaltendes Material, ein Stahl enthaltendes oder jedes andere Material aufweisen, das in einer elektromagnetischen Funktion arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen können einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 einen oder mehrere alternative Aufbauten aufweisen. Zum Beispiel kann zur Verringerung des Stromverbrauchs, von Geräuschen, der durch die Solenoidbaugruppe 70 in Anspruch genommenen Größe und des Gewichts der Solenoidbaugruppe 70 wenigstens ein Teil des Plungers 74 ein eisenfreies oder Stahl enthaltendes Material aufweisen und die Solenoidbaugruppe 70 kann durch einen Eisen oder Stahl enthaltenden Plunger betätigt werden (z. B. servobetätigt).
In einigen Ausführungsformen kann der Plunger 74 ausgelegt und angeordnet sein, mehrere Umfänge zu umfassen. Wie in 7 dargestellt ist, kann der Plunger zum Beispiel einen ersten Bereich 80 und einen zweiten Bereich 82 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der erste Bereich 80 einen geringeren Umfang relativ zu dem zweiten Bereich 82 aufweisen. Folglich kann, wenn die Solenoidbaugruppe 70 inaktiv ist, ein Spalt 84 zwischen dem ersten Bereich 80 und einem Innenumfang des Kerns 72 definiert sein. Darüber hinaus kann die Feder 78 in einigen Ausführungsformen um wenigstens einen Teil des ersten Bereichs 80 des Plungers 74 angeordnet sein und kann den Innenumfang des Kerns 72 berühren, um den Plunger 74 vorzuspannen, wenn sich die Solenoidbaugruppe 70 in einem inaktiven Zustand befinden. Wenn die Solenoidbaugruppe 70 inaktiv ist, kann der Plunger 74 in einigen Ausführungsformen derart angeordnet sein, dass das Ventil 85 unmittelbar angrenzend an eine oder mehrere Kühlmittelöffnungen 68 positioniert werden kann, wie in 7 dargestellt ist. Zum Beispiel kann ein erstes Ende des Plungers 74 das Ventil 85 aufweisen, das ausgelegt und angeordnet sein kann, die Kühlmittelöffnung 68 zu verschließen, so dass keine Materialmenge an Kühlmittel in den Maschinenhohlraum 22 durch die unmittelbar an die inaktiven Solenoidbaugruppen 70 angrenzenden Kühlmittelöffnungen 68 eindringen kann. In einigen Ausführungsformen können einige oder alle Kühlmittelöffnungen 68 einen Ventilsitz 86 aufweisen, der ausgelegt und angeordnet sein kann, einen Teil des Ventils 85 aufzunehmen, um im Wesentlichen die Kühlmittelöffnungen 68 zu verschließen, so dass keine Materialmengen an Kühlmittel in den Maschinenhohlraum 22 eindringen können, wie in den 8A und 8B dargestellt ist.
Die Spule 76 kann in einigen Ausführungsformen wenigstens teilweise um einen Außenumfang des Kerns 72 angeordnet (z. B. gewickelt) sein und kann mit einer oder mehreren Stromquellen verbunden sein. Als Ergebnis der Positionierung der Spule 76 um den Außenumfang des Kerns 72 kann ein Magnetfeld erzeugt werden, wenn ein Strom durch die Spule 76 fließt. Außerdem kann das Magnetfeld, das durch den durch die Spule 76 fließenden Strom erzeugt wird, den Plunger 74 veranlassen sich zu bewegen. Das Magnetfeld kann den Plunger 74 veranlassen sich zu bewegen, um den Spalt 84 zwischen dem Plunger 74 und dem Innenumfang des Kerns 72 im Wesentlichen oder vollständig zu beseitigen. Zum Beispiel kann sich der zweite Bereich 82 des Plungers 74 radial und/oder axial bewegen (z. B. kann durch das Magnetfeld gezogen werden) zu einer im Wesentlichen ähnlichen Position, an welcher der erste Bereich 80 angeordnet war, als die Solenoidbaugruppe 70 inaktiv war, was wenigstens zu einer Teilkompression der Feder 78 führen kann. Solange Strom durch die Spule 76 fließt und die Solenoidbaugruppe 70 ein Magnetfeld aufweist, kann der zweite Bereich 82 in einigen Ausführungsformen in einer im Wesentlichen ähnlichen Position verbleiben (d. h. einer im Wesentlichen der Position des ersten Bereichs 80 ähnlichen Position, wenn die Solenoidbaugruppe 70 inaktiv ist). Zusätzlich können in einigen Ausführungsformen wenigstens einige der Solenoidbaugruppen 70 derart ausgelegt und angeordnet sein, dass die Kühlmittelöffnungen 68 im Allgemeinen unversperrt sind und die Solenoidbaugruppen 70 nach der Erregung die Kühlmittelöffnungen 68 im Wesentlichen oder vollständig verschließen können. Dementsprechend können in einigen Ausführungsformen die Solenoidbaugruppen 70 ausgelegt und angeordnet sein, eine Kühlmittelströmung nach einer Aktivierung einer oder mehrerer der Baugruppen 70 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann wenigstens ein Teil der Solenoidbaugruppen 70 ausgelegt und angeordnet sein, die Kühlmittelströmung durch die Kühlmittelöffnungen 68 nach einer Aktivierung einer oder mehrerer der Baugruppen 70 zu versperren.
Darüber hinaus kann sich das Ventil 85 in einigen Ausführungsformen als Ergebnis der Bewegung des Plungers 74 von dem Ventilsitz 86 lösen, um ein Strömen des Kühlmittels in den Maschinenhohlraum 22 zu ermöglichen, was zu einer Kühlung der Statorwicklungsköpfe 54 und/oder anderer Elemente des elektrischen Maschinenmoduls 10 führen kann, wie in 8B dargestellt ist. Umgekehrt kann, wenn der Strom entweder im Wesentlichen oder vollständig aufhört, durch die Spule 76 zu fließen, das Magnetfeld schwach werden und/oder sich abbauen, was dazu führen kann, dass der zweite Bereich 82 in seine ursprüngliche Position zurückkehrt. Der Plunger 74 kann zum Beispiel in seine ursprüngliche Position zurückkehren, da sich die Kraft des Magnetfelds, die den zweiten Bereich 82 in Position hält, abschwächen kann bis zu einem Punkt, an dem die Vorspannkraft der Feder 78 das Magnetfeld überwinden kann und den Plunger 74 zurück zu seiner ursprünglichen Position bewegen kann, um den Spalt 84 zwischen dem ersten Bereich 80 und dem Innenumfang des Kerns 72 zu bilden. Als Ergebnis kann das Ventil 85 mit dem Ventilsitz 86 in Eingriff gelangen, um eine oder mehrere Kühlmittelöffnungen 68 im Wesentlichen zu verschließen um zu verhindern, dass Materialmengen an Kühlmittel in den Maschinenhohlraum 22 eindringen, wie in 8A dargestellt ist.
In einigen Ausführungsformen können einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 aktiviert und/oder deaktiviert werden, um die Kühlung des elektrischen Maschinenmoduls 10 zu koordinieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren (z. B. Temperatursensoren) (nicht dargestellt) mit Teilen des elektrischen Maschinenmoduls 10 verbunden sein. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen mehrere Temperatursensoren mit der Innenfläche 64 und/oder Teilen der Statorbaugruppe 26, wie zum Beispiel den Statorwicklungsköpfen 54 und/oder dem Statorkern 34, verbunden sein. Die Temperatursensoren können um einen Teil oder den gesamten Umfang der Statorwicklungsköpfe 54 in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen an dem ersten axialen Ende 50 und/oder dem zweiten axialen Ende 52 des Statorkerns 34 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Temperatursensoren an anderen Stellen angeordnet sein, so dass die Betriebstemperaturen der Statorbaugruppe 26 und anderer Teile des Moduls 10 durch die Sensoren detektiert werden können. In einigen Ausführungsformen kann das Positionieren einiger oder aller Temperatursensoren wenigstens teilweise durch Temperaturbereiche bestimmt sein, die mit verschiedenen Maschinendrehzahlen, Lasten und/oder Richtungen assoziiert sind. In einigen Ausführungsformen kann das Modul 10 irgendwelche andere Vorrichtungen aufweisen, die ausgelegt und angeordnet sind, die Temperatur des elektrischen Maschinenmoduls 10 zu messen.
In einigen Ausführungsformen können einige oder alle Sensoren in Verbindung mit einigen oder allen Solenoidbaugruppen 70 und/oder einem elektronischen Steuermodul 88 stehen (z. B. drahtgebundene und/oder drahtlose Verbindung), wie in 7 dargestellt ist. Zum Beispiel können einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 nach dem Empfang eines Eingangswerts von wenigstens einem Teil der Sensoren aktiviert werden. In anderen Ausführungsformen können einige oder alle Sensoren Temperaturdaten zu dem elektronischen Steuermodul 88 übertragen. Zum Beispiel kann das elektrische Maschinenmodul 10 in einigen Ausführungsformen in einem Fahrzeug installiert sein und die Temperatursensoren können mit dem elektronischen Steuermodul 88 des Fahrzeugs in Verbindung stehen. In anderen Ausführungsformen kann das elektrische Maschinenmodul 10 ein oder mehrere elektronische Steuermodule 88 aufweisen. Ungeachtet der Positionierung kann das elektronische Steuermodul 88 in Verbindung mit einigen oder allen Solenoidbaugruppen 70 stehen und kann ausgelegt und angeordnet sein, die Solenoidbaugruppen 70 wenigstens teilweise basierend auf den von den Sensoren erhaltenen Temperaturdaten zu aktivieren und/oder zu deaktivieren.
In einigen Ausführungsformen kann das elektronische Steuermodul 88 ein oder mehrere Programme aufweisen, die ausgelegt sind, die Kühlung des elektrischen Maschinenmoduls 10 zu optimieren. Zum Beispiel kann das elektronische Steuernmodul 88 den Stromfluss zu den Spulen 76 wenigstens einiger der Solenoidbaugruppen 70 steuern. Als Ergebnis der Steuerung des Stromflusses kann das elektronische Steuermodul 88 ebenso den Kühlmittelfluss durch den Ventilsitz 86 und wenigstens einen Teil der Kühlmittelöffnungen 68 steuern. Nach dem Empfang von Temperaturdaten von einem oder mehreren Sensoren, die angeben, dass die Temperatur in einem oder mehreren Bereichen der Statorwicklungsköpfe 54 über einem vorherbestimmten Schwellenwert liegt, kann das elektronische Steuermodul 88 den Stromfluss zu den Spulen 76 einiger oder aller Solenoidbaugruppen 70 ermöglichen, die im Wesentlichen angrenzend an die Stellen sind, an denen der Temperatursensor einen zu hohen Temperaturzustand detektiert. Wenn das elektronische Steuermodul 88 Daten von einigen oder allen Temperatursensoren erhält und einige der Sensoren, die im Wesentlichen angrenzend an eine „Zwölf Uhr”- und eine „Neun Uhr”-Position der Statorbaugruppe sind, wie in 6 dargestellt ist, zum Beispiel Daten übertragen, die andeuten, dass diese Bereiche der Statorwicklungsköpfe 54 über einem vorherbestimmten Schwellenwert arbeiten, kann das elektronische Steuermodule 88 einen Stromfluss zu wenigstens einem Teil der Solenoidbaugruppen 70 ermöglichen, die im Wesentlichen angrenzend an die „Zwölf Uhr”- und „Neun Uhr”-Positionen sind. Das Kühlmittel kann den Kühlmittelmantel 62 verlassen (d. h., da sich das Ventil 85 wenigstens teilweise von dem Ventilsitz 86 löst, um einen Kühlmittelabfluss aus dem Kühlmittelmantel 62 zu ermöglichen) und die Statorwicklungsköpfe 54 berühren, von denen wenigstens einige bei Temperaturen an oder oberhalb des vorherbestimmten Schwellenwerts arbeiten.
In einigen Ausführungsformen kann Strom zu den ausgewählten Solenoidbaugruppen 70 eine vorherbestimmte Zeit lang fließen um zu ermöglichen, dass eine vorherbestimmte Menge an Kühlmittel aus dem Kühlmittelmantel 62 austritt. In anderen Ausführungsformen kann Strom zu den ausgewählten Solenoidbaugruppen 70 fließen, bis die Temperatursensoren, die angrenzend an die aktivierten Solenoidbaugruppen 70 sind, Temperaturdaten an das elektronische Steuermodul 88 übertragen, die angeben, dass die Temperatur der Statorwicklungsköpfe 54 in einen akzeptablen Temperaturbereich zurückgekehrt ist. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen Strom fortlaufend durch die Spulen 76 der aktivierten Solenoidbaugruppen 70 fließen. In anderen Ausführungsformen kann der Strom über eine Pulsweitenmodulation gesteuert werden, so dass der Plunger 74 die Kühlmittelöffnungen 68 verschließt und öffnet, um den Kühlmittelfluss von dem Kühlmittelmantel 62 in den Maschinenhohlraum 22 zu steuern. Wenn der Strom zum Beispiel ausgelegt wäre, zu den Solenoidbaugruppen 70 mit einer Einschaltdauer von 25% zu fließen, würde etwa ein Viertel der Kühlmittelmenge durch die Kühlmittelöffnungen 68 strömen verglichen mit einer Solenoidbaugruppe 70, die mit einer Einschaltdauer von 100% arbeitet (d. h. in einem andauernd erregten Zustand). Außerdem kann das Gehäuse 12 in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Kühlmittelöffnungen 68 aufweisen, die ohne eine Solenoidbaugruppe 70 funktionieren, so dass Kühlmittel im Wesentlichen kontinuierlich von dem Kühlmittelmantel 62 in den Maschinenhohlraum 22 strömen kann. Dementsprechend können einige Bereiche des Moduls 10 im Wesentlichen kontinuierliche Änderungen des Kühlmittelflusses von dem Kühlmittelmantel 62 abhängig von der erfassten Temperatur erfahren (z. B. Solenoidbaugruppen 70, die als Folge von Temperaturerhöhungen und -rückgängen an den Statorwicklungsköpfen 54 aktiviert und deaktiviert werden).
In einigen Ausführungsformen kann das elektronische Steuermodul 88 alternative Steuerungsfähigkeiten aufweisen. Anstatt mit einigen oder allen Temperatursensoren in Verbindung zu stehen kann das elektronische Steuermodul in einigen Ausführungsformen mit Temperaturdaten vorprogrammiert sein, so dass das Steuermodul 88 einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 zu vorherbestimmten Zeiten aktivieren kann. Zum Beispiel können Temperaturdaten während des Zusammenbaus und/oder Entwurfs des elektrischen Maschinenmoduls 10 gesammelt werden, die bezeichnend für die Temperatur unterschiedlicher Abschnitte der unter unterschiedlichen Bedingungen (z. B. Last, Richtung und Drehzahl) arbeitenden Statorwicklungsköpfe 54 sind. Als Ergebnis kann das elektronische Steuermodul während des Betriebs des elektrischen Maschinenmoduls 10 den Betriebszustand des Moduls 10 abschätzen (z. B. Lastgröße, Richtung der Maschine 20, Drehzahl der Maschine 20, etc.) und kann den Betriebszustand mit dem vorprogrammierten Temperaturdaten vergleichen um zu bestimmen, welche Solenoidbaugruppen 70 erregt werden sollten, um die Statorwicklungsköpfe 54 zu kühlen, die wahrscheinlich eine erwünschte Temperatur basierend wenigstens teilweise auf dem Betriebszustand überschreiten.
In einigen Ausführungsformen können einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 zusätzlich oder anstelle des elektronischen Steuermoduls 88 und/oder der Temperatursensoren ein passives Temperaturregelungssystem (nicht dargestellt) aufweisen. Zum Beispiel können einige oder alle der Solenoidbaugruppen 70 einen herkömmlichen Wärmefühler oder eine andere, passiv arbeitende Temperaturerfassungsvorrichtung aufweisen, so dass, wenn der Wärmefühler eine Wärmeleistung von dem elektrischen Maschinenmodul 10 detektiert, welche den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, der herkömmliche Wärmefühler einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 aktivieren kann. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen ein Wärmefühler in Verbindung mit jeder der Solenoidbaugruppen 70 stehen, jede Solenoidbaugruppe 70 kann in Verbindung mit einem Wärmefühler stehen und einige Solenoidbaugruppen 70 können in Verbindung mit einem oder mehreren Wärmefühlern stehen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung bieten Verbesserungen relativ zu einigen herkömmlichen Kühlanordnungen. Wie zuvor erwähnt wurde, können einige herkömmliche Kühlanordnungen im Wesentlichen zu den Entwurfsphasen des Moduls 10 festgelegt werden, da lediglich Kühlmittelöffnungen 68 in dem Gehäuse 12 aufgenommen werden können, um einen Kühlmittelstrom zu ermöglichen. Folglich scheitern wenigstens einige herkömmliche Kühlanordnungen daran, ein Kühlleistungsvermögen bereitzustellen, das an Änderungen der Zustände des Moduls 10, wie zum Beispiel Last, Richtung und Drehzahl, anpassungsfähig ist. Einige Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine Optimierung des Kühlmittelflusses, so dass Kühlmittel Bereichen des Moduls 10 bereitgestellt wird, die bei höheren Temperaturen arbeiten. Die Solenoidbaugruppen 70 können einen optimierten Kühlmittelfluss ermöglichen, so dass eine sorgfältige und adäquate Kühlung erfolgen kann und das elektrische Maschinenmodul 10 eine erweiterte Zeitdauer auf einem oder nahe einem Spitzenleistungsniveau arbeiten kann. Außerdem können dadurch, dass es möglich ist, die Kühlung basierend auf der Temperatur zu optimieren, elektrische Maschinenmodule 10 in einer beliebigen Anzahl an Anordnungen und Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel können elektrische Maschinenmodule 10 in einer beliebigen Anzahl an Anwendungen installiert sein und die optimierte Kühlanordnung umfassend die Solenoidbaugruppen 70 kann eingesetzt werden, Kühlmittel ungeachtet der Positionierung oder Verwendung des Moduls 10 wegen seiner temperaturbasierten Kühlung bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann der durch die Solenoidbaugruppen 70 gesteuerte Kühlmittelfluss wenigstens teilweise die Kühlung der Rotorbaugruppe 24 beeinflussen. Wie zuvor erwähnt wurde, kann in einigen Ausführungsformen eine Kühlmittelmenge in den Maschinenhohlraum 22 eindringen, nachdem sie zusätzlich zu von dem Kühlmittelmantel 62 strömendem Kühlmittel durch Teile der Rotorbaugruppe 24 und der Welle 30 geströmt ist. Als Folge davon, dass Kühlmittel durch Teile der Rotorbaugruppe 24 strömt, kann wenigstens ein Teil des Drehmoments, das durch die Rotorbaugruppe 24 erzeugt wird, die sich während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 dreht, verloren gehen. Einige Ausführungsformen der Erfindung können eine Kühlung der Rotorbaugruppe 24 ermöglichen und den Drehmomentverlust minimieren, der von der Kühlmittelströmung durch die Rotorbaugruppe 24 herstammt. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 62 und die Rotorbaugruppe 24 und die Welle 30 mit einer oder mehreren derselben Kühlmittelquellen verbunden sein. In einigen Ausführungsformen können einige oder alle Solenoidbaugruppen 70 erregt werden, so dass Kühlmittel durch einige oder alle Kühlmittelöffnungen 68 strömen kann. Folglich kann wenigstens ein Teil der Kühlmittels, der normalerweise durch die Welle 30 und die Rotorbaugruppe 24 strömen würde, durch die offenen Kühlmittelöffnungen 68 umgeleitet werden, was wegen der verringerten Kühlmittelströmung durch die Rotorbaugruppe 24 zu minimierten Drehmomentverlusten führt. Obwohl die Rotorbaugruppe 24 eine geringere Kühlmittelströmung relativ dazu aufweist, wenn Kühlmittel nicht durch einige der Kühlmittelöffnungen 68 strömt, kann außerdem noch wenigstens ein Teil der Rotorbaugruppe 24 wegen der erhöhten Kühlmittelströmung durch die Kühlmittelöffnungen 68, die zu größeren, in den Maschinenhohlraum 22 eindringenden Kühlmittelmengen führt, gekühlt werden.
Es ist von den Fachleute zu verstehen, dass, obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen und Beispielen beschrieben worden ist, die Erfindung nicht notwendigerweise derart beschränkt ist und dass zahlreiche andere Ausführungsformen, Beispiele, Verwendungen, Modifizierungen und Abweichungen von den Ausführungsformen, Beispielen und Verwendungen als von den hieran angefügten Ansprüchen umfasst beabsichtigt sind. Die vollständige Offenbarung jedes Patents und Veröffentlichung, die hierin zitiert sind, ist durch Bezugnahme aufgenommen, als wenn jedes solche Patent oder Veröffentlichung einzeln hierin durch Bezugnahme aufgenommen würde. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Elektrisches Maschinenmodul, aufweisend: ein Gehäuse, das wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum definiert; einen Kühlmittelmantel, der wenigstens teilweise durch das Gehäuse definiert ist; mehrere Kühlmittelöffnungen, die durch Teilbereiche des Gehäuses angeordnet sind, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum fluidleitend zu verbinden; und eine oder mehrere Solenoidbaugruppen, die wenigstens teilweise durch das Gehäuse getragen werden und die im Wesentlichen angrenzend an wenigstens einen Teil der mehreren Kühlmittelöffnungen positioniert sind und wobei die Solenoidbaugruppen ausgelegt und angeordnet sind, den Durchfluss wenigstens eines Teils eines Kühlmittels von dem Kühlmittelmantel in den Maschinenhohlraum zu regeln.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1 und ferner aufweisend eine elektrische Maschine, die wenigstens teilweise in dem Maschinenhohlraum angeordnet ist und von dem Gehäuse umgeben ist, wobei die elektrische Maschine derart positioniert ist, dass der Kühlmittelmantel wenigstens einen Teil der elektrischen Maschine umgibt.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 2, wobei die elektrische Maschine Statorwicklungsköpfe aufweist und wobei wenigstens einige der Kühlmittelöffnungen radial nach außen von wenigstens einem Teil der Statorwicklungsköpfe angeordnet sind.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei wenigstens einige der mehreren Kühlmittelöffnungen einen Ventilsitz aufweisen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 4, wobei die Solenoidbaugruppen einen Plunger, eine um einen Kern angeordnete Spule und eine Feder aufweisen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 5, wobei ein Ende des Plungers ein Ventil aufweist und das Ventil ausgelegt und angeordnet ist, mit dem Ventilsitz in Eingriff zu stehen, um die Kühlmittelöffnung, die den Ventilsitz aufweist, im Wesentlichen zu verschließen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein Hülsenelement aufweist, das mit wenigstens einer Endkappe verbunden ist, und wobei das Hülsenelement eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist und der Kühlmittelmantel wenigstens teilweise zwischen der Innenfläche und der Außenfläche angeordnet ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen Behälter aufweist, der mit wenigstens einer Endkappe verbunden ist, und wobei wenigstens ein Teil des Behälters wenigstens einen Teil des Kühlmittelmantels definiert.
Elektrisches Maschinenmodul, aufweisend: ein Gehäuse, das wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum definiert; einen Kühlmittelmantel, der wenigstens teilweise durch das Gehäuse definiert ist; eine Statorwicklungsköpfe aufweisende elektrische Maschine, die wenigstens teilweise in dem Maschinenhohlraum angeordnet ist, so dass Teile der elektrischen Maschine wenigstens teilweise von dem Kühlmittelmantel umgeben sind; mehrere Kühlmittelöffnungen, die durch Teilbereiche des Gehäuses angeordnet sind, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum fluidleitend zu verbinden, wobei wenigstens einige der mehreren Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen an die Statorwicklungsköpfe angrenzend sind; eine oder mehrere, einen Plunger aufweisende Solenoidbaugruppen, die wenigstens teilweise durch das Gehäuse getragen werden und die an wenigstens einen Teil der mehreren Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen angrenzend positioniert sind, wobei der Plunger wenigstens einiger der Solenoidbaugruppen ausgelegt und angeordnet ist, mit wenigstens einigen der mehreren Kühlmittelöffnungen in Eingriff zu stehen; und ein elektronisches Steuermodul, das in Verbindung mit wenigstens einem Teil der Solenoidbaugruppen steht.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9, wobei das Gehäuse ein Hülsenelement aufweist, das mit wenigstens einer Endkappe verbunden ist, und wobei das Hülsenelement eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist und der Kühlmittelmantel wenigstens teilweise zwischen der Innenfläche und der Außenfläche angeordnet ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9, wobei das Gehäuse einen Behälter aufweist, der mit wenigstens einer Endkappe verbunden ist, und wobei wenigstens ein Teil des Behälters wenigstens einen Teil des Kühlmittelmantels definiert.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9 und ferner aufweisend einen oder mehrere Temperatursensoren, die wenigstens mit der elektrischen Maschine oder dem Gehäuse verbunden sind.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 12, wobei die Temperatursensoren mit wenigstens dem elektronischen Steuermodul oder mit einer oder mehreren Solenoidbaugruppen in Verbindung stehen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9, wobei wenigstens einige der mehreren Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen nicht angrenzend an eine Solenoidbaugruppe sind.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9, wobei wenigstens einige der Solenoidbaugruppen ausgelegt und angeordnet sind, durch Fließenlassen eines Stroms durch das Solenoid erregt zu werden, um einen Kühlmittelfluss von dem Kühlmittelmantel in den Maschinenhohlraum zu ermöglichen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 15, wobei die Erregung pulsweitenmoduliert ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9, wobei ein Ende des Plungers ein Ventil aufweist und das Ventil ausgelegt und angeordnet ist, mit den Kühlmittelöffnungen in Eingriff zu stehen, um die Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen zu verschließen.
Verfahren zum Zusammenbauen eines elektrischen Maschinenmoduls, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses, das wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum und einen Kühlmittelmantel definiert; Positionieren einer elektrischen Maschine wenigstens teilweise in den Maschinenhohlraum, so dass wenigstens ein Teil der elektrischen Maschine im Wesentlichen von dem Kühlmittelmantel umgeben ist; Anordnen mehrerer Kühlmittelöffnungen durch Teilbereiche des Gehäuses, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum fluidleitend zu verbinden, wobei wenigstens ein Teil der mehreren Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen angrenzend an Teile der elektrischen Maschine ist; und Positionieren einer oder mehrerer Solenoidbaugruppen im Wesentlichen angrenzend an wenigstens einen Teil der mehreren Kühlmittelöffnungen und wobei die Solenoidbaugruppen ausgelegt und angeordnet sind, den Durchfluss wenigstens eines Teils eines Kühlmittels von dem Kühlmittelmantel in den Maschinenhohlraum zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 18 und ferner aufweisend das Bereitstellen eines elektronischen Steuermoduls, das mit wenigstens einigen der Solenoidbaugruppen in Verbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 19 und ferner aufweisend das Verbinden eines oder mehrerer Temperatursensoren mit wenigstens der elektrischen Maschine oder dem Gehäuse.